PIVの原理

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PIVは、レーザーシート光によって照射された空間平面内の速度分布を測定するための画像技術です。 様々な流体力学的研究において広く使用されています。本項ではPIVの原理について説明します。


PIV計測のための画像取得方法

PIVは、いわゆる飛行時間(TOF)測定技術の1つです。 PIVの基本原理は、測定すべき流れを視覚化するために小さな粒子を散布した流れ場を形成し、その流れ場内の測定領域に対してレーザーシート光を照射し、照射タイミングに合わせてダブルシャッターカメラで2枚連続で画像を取得します。 ダブルパルスYAGレーザーとダブルシャッターカメラは、非常に短い時間間隔、例えば100μ秒未満の2つの粒子画像を記録するように同期されます。

PIV01.gif

フレームストラドリング(Frame Straddling)

PIVは、一般的に100マイクロ秒未満の非常に短い時間間隔の連続する2つの粒子画像を必要とします。 フレームストラドリングの手法は、100ナノ秒までの時間間隔の連続する2つの画像を記録することを可能にします。 ダブルパルスレーザーとダブルシャッターカメラは、タイミングコントローラによって同期されます。 ダブルパルスレーザは、独立して動作することができる2つのレーザヘッドを有するので、ダブルシャッターカメラの2つのフレーム間の非露光時間の長さに関わらずごく短時間のレーザー発振が可能です。

 img-framestraddling-jp.gif

移動量と速度の評価

PIVに適正な画像を取得すると、次のステップはPIV解析になります。 画像は小さな検索エリア、通常は32×32ピクセルに分割されます。(検索エリアは粒子画像に応じて検討します) これらの小さな検索エリアは、解析窓(Interrogation Window)と呼ばれます。 相互相関は、2つの画像の両方についてこれらの解析窓に適用され、各解析窓について相関面を得ます。 両方の画像における解析窓の位置は同じです(標準FFT相互相関では、解析窓は高度アルゴリズムでシフトされます)。

次いで、ピーク検出および移動量評価を適用して、各解析窓内で支配的な移動量を得ます。 フロー中(取得した画像)のピクセルのサイズおよび2つの画像間の時間間隔が分かっているので、速度を計算することができます。 取得画像におけるピクセルのサイズは、スケールを撮影し値を入力するなど比較的単純な較正によって決定されます。


img-Displacement-jp.gif

PIV解析アルゴリズム

西華デジタルイメージが提供するPIVではドイツ航空宇宙局(DLR)で開発された最新のディフォーメーションコリレーションを採用しています。詳細の説明については以下のページをご参照下さい。

 

 

   PIVの各グリッドにおける時間的速度変動周波数や乱れの解析、高精度の時空間バリデーション等が可能

   ブラウン運動によるノイズを低減/ブラウン運動量の測定

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