MicroVec-粒子图像测速(PIV)

粒子影像测速技术概述粒子影像测速（Particle Image Velocimetry，PIV）技术是一种非侵入式流体力学测量方法，用于研究流体的运动和流场。

该技术通过在流体中悬浮微小颗粒，并利用激光照射和相机拍摄的方式，获得颗粒在不同时间间隔内的位置信息，从而推导出流体的速度场。

PIV技术的基本原理是利用流体中的颗粒作为标记物，在连续拍摄的图像序列中跟踪颗粒的运动轨迹，从而得到流体速度场的空间分布情况。

其中，激光光束被用来照射流体中的颗粒，通过相机拍摄颗粒图像，并计算相邻两幅图像中颗粒位置的变化，从而计算颗粒的位移和速度。

PIV技术的实施过程主要包括以下几个步骤：1.准备实验环境：选择合适的流场实验装置和流体介质，并在流体中悬浮微小颗粒，以便在图像中能够清晰地观察到颗粒的运动轨迹。

2.激光照射：通过激光光源照射流体，形成一个平面光束，并在流体中的颗粒上产生散射，从而在图像中形成明亮的颗粒光斑。

3.图像拍摄：使用高速相机或摄像机对照明的颗粒图像进行连续拍摄，并以一定的时间间隔记录图像序列。

4.图像处理：对连续的图像序列进行处理，包括背景校正、图像配准、颗粒定位等步骤，以获得颗粒位置信息。

5.数据分析：通过比较颗粒在不同时间间隔内的位置信息，计算颗粒的位移和速度，并进一步推导出整个流体区域的速度场分布。

PIV技术的优点在于它能够提供全场的速度信息，而不仅仅是单点或线性的数据。

这使得PIV技术在研究流体湍流、气动性能以及流体工程等领域具有广泛的应用。

同时，PIV技术还可以与其他测量技术相结合，如激光雷达、压力传感器等，以提供更加全面和准确的流体力学数据。

然而，PIV技术也存在一些局限性。

首先，要求流体中应有足够数量和密度的微小颗粒，以便在图像中清晰可见，这对于一些实验环境下的流体可能是困难的。

其次，由于颗粒在流体中的多次散射，会造成颗粒在一些位置上的位置模糊，从而影响速度计算的准确性。

总的来说，粒子影像测速（PIV）技术作为一种先进的非侵入式流体力学测量方法，具有高时空分辨率、全场测量等优点，被广泛应用于航空航天、水力学、气动学等领域的流体力学研究。

粒子图像测速技术（PIV ）1．PIV 简介粒子图像测速技术(PIV)作为一种全新的无扰、瞬态、全场速度测量方法，在流体力学及空气动力学研究领域具有极高的学术意义和实用价值。

粒子图像测速技术（PIV ）是一种用多次摄像以记录流场中粒子的位置，并分析摄得的图像，从而测出流动速度的方法。

PIV 是流场显示技术的新发展。

它是在传统流动显示技术基础上, 利用图形图像处理技术发展起来的一种新的流动测量技术。

动测量技术。

综合了单点测量技术和显示测量技术的优点综合了单点测量技术和显示测量技术的优点, 克服了两种测量技术的弱点而成的, 既具备了单点测量技术的精度和分辨率, 又能获得平面流场显示的整体结构和瞬态图像。

的整体结构和瞬态图像。

图1. 粒子图像测速技术粒子图像测速技术2．PIV PIV的原理的原理PIV 技术原理简单，就是在流场中撤入示踪粒子，以粒子速度代表其所在流场内相应位置处流体的运动速度．应用强光(片形光束)照射流场中的一个测试平面，用成像的方法(照像或摄像)记录下2次或多次曝光的粒子位置，用图像分析技术得到各点粒子的位移，由此位移和曝光的时间间隔便可得到流场中各点的流速矢量，并计算出其他运动参量(包括流场速度矢量图、速度分量图、流线图、漩度图等)。

因采用的记录设备不同, 又分别称FPIV FPIV ( ( 用胶片作记录) 和数字式图像测速DPIV （用CCD 相机作记录)。

3．PIV PIV系统组成系统组成PIV 系统通常由三部分组成, 每一部分的要求都相当严格。

每一部分的要求都相当严格。

图2. 粒子图像测速系统结构粒子图像测速系统结构（1）直接反映流场流动的示踪粒子。

除要满足一般要求( 无毒、无腐蚀、无磨蚀、化学性质稳定、化学性质稳定、清洁等清洁等) 外,还要满足流动跟随性和散光性等要求。

还要满足流动跟随性和散光性等要求。

要使要使粒子的流动跟随性好, 就需要粒子的直径较小, 但这会使粒子的散光性降低,不易于成像。

piv测速原理Piv测速原理。

PIV（Particle Image Velocimetry）是一种流体力学实验技术，用于测量流体中的速度场。

它通过在流体中注入颗粒或在流场中存在颗粒的情况下，利用高速摄像机拍摄颗粒图像，进而获取流场速度信息。

PIV技术在流体动力学、空气动力学、生物力学等领域广泛应用，成为研究流体运动的重要手段之一。

PIV测速原理的基本思想是利用颗粒在流场中的运动来推导流体的速度场。

首先，在流体中加入颗粒示踪剂，这些颗粒要足够小，以至于它们的质量对流体的运动不会产生显著影响。

然后，利用激光或者其他光源照射流场，使颗粒产生光斑，再利用高速摄像机拍摄颗粒图像。

最后，通过对连续两帧图像进行处理，可以得到颗粒的位移，从而计算出流场的速度分布。

PIV测速原理的关键在于对颗粒图像的处理和分析。

首先，需要对拍摄到的颗粒图像进行预处理，包括去噪、增强对比度等操作，以便更准确地提取颗粒的位置信息。

接着，利用相关算法或者其他图像处理方法，对两帧图像进行匹配，得到颗粒的位移矢量。

最后，通过位移矢量的计算，可以得到流场中各点的速度信息。

PIV测速原理的优势在于可以在短时间内获取大范围流场的速度信息，且不需要干涉流场，对流体运动不会产生影响。

同时，由于可以获取流场中每个点的速度信息，因此可以对流体运动进行全面的分析和研究。

此外，PIV技术还可以应用于多相流、湍流等复杂流动情况下的速度场测量，具有广泛的适用性。

然而，PIV测速原理也存在一些局限性。

首先，颗粒图像的处理和分析需要较为复杂的算法和技术，对于图像质量和颗粒分布有一定要求；其次，颗粒图像的拍摄需要高速摄像机和高功率激光等设备，成本较高；最后，对于流体中速度梯度较大的情况，PIV技术可能会出现测量误差。

总的来说，PIV测速原理是一种重要的流体力学实验技术，通过对颗粒图像的处理和分析，可以获取流场的速度信息。

它在流体力学研究、流体工程、空气动力学等领域具有广泛的应用前景，对于理解流体运动规律、优化流体设备等具有重要意义。

《现代流体测试技术》第九章粒子成像测速技术刘宝杰，于贤君2015年6月15日速度的定义是什么？能不能根据速度的定义直接测量速度？粒子图像测速技术：Particle Image Velocimetry简称PIVParticle Image Velocimetry 简称PIV典型的PIV原理图系统构成：PIV只能测量激光片光平面内的速度分量。

PIV 能干什么？加力燃烧室火焰稳定器流场：单点测量技术都能做到只有PIV技术能做到是一种全场测量技术，能够获得非定常流动的瞬态速度场。

测量速度快，周期短，成本低。

是一种先进的流场诊断技术。

激光散斑测速技术（固体力学）层流、射流和对流（流体力学）七十年代末八十年代初从而建立了流体力学的激光散斑测速技术！发现一般情况下添加的示踪粒子浓度不足以产生激光散斑！1984年：Pickering & HalliwellAdrianPIV技术诞生1985年全数字化的PIV和SPIV已经商品化1998年LDV PIV时间序列的空间单点测量在一个瞬时的空间多点测量时间统计平均瞬时速度场，由多个速度场平均获得统计平均数据由测量移动已知距离的时间来获得速度测量已知时间内粒子位移来获得速度测量统计的尺寸决定了空间分辨率最大的图象位移给出了空间分辨率测量时间长，实验消耗大测量时间短，实验消耗小对于粒子的跟随性要求相同选择的标准是什么？散射特性好跟随性好双腔的Nd：YAG激光器•脉冲光，10ns•能量高，50~1000mJ•频率较低，10~30Hz其它光源为什么要用脉冲光？3．图像记录•胶片式照相机•数码照相机（CCD,CMOS）4．图像处理：4．图像处理：4．图像处理：4．图像处理：1.杨式条纹法2.自相关方法3.互相关方法PIV图像分析过程示意图4．图像处理：4．图像处理：He－Ne激光器杨氏条纹观测平面CCD摄像机L1L2二维扫描移动支架三维扫描移动支架控制电机图像处理计算机PIV底片杨氏条纹法自动判读系统示意图4．图像处理：自相关(Auto-Correlation)方法两次Fourier变换的结果最大峰值和次大峰值之间的距离即为粒子的位移！自相关第二次FFT变换方向如何确定？有噪音后会是什么情况？互相关第三次FFT变换4．图像处理：互相关（Cross-Correlation）方法方向如何确定？有噪音后是什么情况？自相关和互相关的对比#空间分辨率高；#测量的动态范围大；#查问域的偏移量允许有更多的有效粒子对；#不需要像移装置。

piv粒子测速仪技术参数
PIV（Particle Image Velocimetry）粒子测速仪是一种常用的
流体力学实验技术，用于测量流体中的速度场分布。

以下是一些常
见的 PIV 粒子测速仪的技术参数：
1. 分辨率：PIV 粒子测速仪的分辨率是指它能够检测到的最小
速度变化。

通常以像素/距离的形式表示，例如 1 pixel/mm。

2. 采样率：采样率指的是测速仪在单位时间内进行测量的次数。

它决定了测速仪对流体速度变化的响应能力。

3. 测量范围：测量范围是指测速仪可以有效测量流体速度的区
域大小。

它通常由测速仪的光学系统和图像传感器决定。

4. 粒子浓度：粒子浓度是指在测量中所使用的示踪粒子的浓度。

适当的粒子浓度可以提高图像的质量和测量的准确性。

5. 曝光时间：曝光时间是指光源照射示踪粒子的时间。

适当的
曝光时间可以保证图像清晰度和示踪粒子的轨迹清晰可见。

6. 图像处理算法：PIV 粒子测速仪通常使用图像处理算法来分析图像序列，提取流体速度信息。

常见的算法包括互相关算法和基于相关峰的算法。

这些是一些常见的 PIV 粒子测速仪的技术参数，不同型号的测速仪可能会有一些差异。

在选择和使用 PIV 粒子测速仪时，需要根据实际需求和实验条件来确定合适的技术参数。

PIV操作使用手册一、注意事项（使用前必看）1.操作一定要按规定的方法执行。

2.激光开启时，人眼绝对不能看激光源。

3.用相机标定时，需要拆下滤光镜，不能打开激光器；实验时，打开激光器前，必须盖上相机镜头盖。

4.相机不能长时间连接电源，实验完成后一定要将电源线拔掉。

5.激光器必须每周至少使用一次，否则性能下降。

6.实验时，实验台不容许有多于3个人停留。

二、开机步骤先检查线路连接是否正确，然后打开所有仪器的电源（包括相机、激光器、移动架和计算机）。

开启计算机，启动DynamicStudio操作软件。

三、标定步骤采用三维标定靶标定1.运行DynamicStudio软件，新建一个Database并切换到采集模式，在System Control中，点击“Free Run”模式调整两个相机，使标定靶在两个相机拍摄区域的中间位置（注意此时需使标定靶大概在片光平面内调整）。

2.点击“stop”关闭相机，并盖上相机盖，打开激光，激光强度要弱，使用标定靶确定准确的片光平面。

3.标定靶不动，将激光关闭（用激光控制面板），打开相机盖。

4.选择Single Frame Mode单帧拍摄模式，采集图片数量输入1，点击Acquire采集图片，选择Do Not Start（此时激光器处于关闭状态），切换到Acquired Data栏，点击Save for Calibration，把数据存为标定数据，确保拍到图片中心及四周都很清楚（调节相机焦距）；然后分别向前或向后移动坐标靶，对称的采集几个位置（一般6个就可以，步骤如粗体字所示）。

5.采集并存储完成后，点击采集按钮回到Database模式。

右键点击Calibration里面的FlowSenseEO 4M#1，选择Calibrate...，进去后选择Calibrations，选择Multi Camera Calibration，点OK。

进去后观察绿色网格是否充满整个标定纸，如果没有充满需重新标定（返回第4步），如果充满，点击OK，此时图片下方出现Multi Calibration。

PIV实验技术报告摘要：本文介绍了PIV（粒子图像测速）实验技术的原理、仪器设备、实验过程和数据处理方法。

通过PIV实验，可以精确地测量流体介质中的速度分布，并对流场的运动特性进行分析和研究。

实验结果表明，PIV技术是一种高精度、高分辨率的流场测量方法，对于流体力学研究和工程应用具有重要意义。

1.引言粒子图像测速(PIV)是一种用于测量流体介质中速度场分布的非接触式测量方法。

它通过在流场中添加颗粒或通过实验液体中的已有颗粒来测量流场中颗粒的运动轨迹，并利用计算算法来获得流场中的速度矢量场。

本文主要介绍PIV技术的原理、仪器设备、实验过程和数据处理方法。

2.原理PIV实验的基本原理是通过拍摄两幅连续时间间隔极短的图像，再通过计算机处理这两幅图像来获得流场速度分布。

实验中，通过成像装置将流场中的颗粒的二维图像记录下来，并通过图像处理软件对这些图像进行处理，得到颗粒运动的位移信息。

根据颗粒在两幅图像中的位置变化以及两幅图像之间的时间间隔，可以计算出流场中颗粒的平均速度。

3.仪器设备PIV实验所需的主要仪器设备有：激光器、摄像机、成像装置、实验容器和图像处理软件。

激光器用于提供激光光源，摄像机用于捕捉流场中颗粒的图像，成像装置用于将颗粒的图像传送给摄像机进行记录，实验容器用于容纳流体介质，图像处理软件用于对图像进行处理和分析。

4.实验过程PIV实验的基本步骤包括：实验准备、实验装置安装、调试系统、进行实验和数据处理。

实验前需要根据具体情况选择合适的颗粒，并进行流动性能测试以确定实验参数。

然后需要根据实验要求进行装置安装和调试，确保实验装置的稳定性和准确性。

实验过程中，通过激光照射流体中的颗粒，并通过摄像机记录颗粒的图像。

最后，通过图像处理软件对图像进行处理和分析，得到流场的速度分布数据。

5.数据处理方法PIV实验得到的数据需要经过一系列处理方法来提取有用的流场信息。

数据处理方法包括：图像预处理、图像匹配、自相关分析、位移矢量计算和速度矢量分析。

粒子影像测速(PIV)技术概述1.PIV技术介绍1.1.引言目前为止，人类对流体力学仍有许多疑难问题，如对湍流、非定常流动等现象了解甚少，而在许多工程应用如飞行器外形设计、内燃机燃烧室中的多相流动等中又迫切需要解决这些问题，因而使流场测量问题变得极为重要。

流场测速新方法研究中，至今已发展了激光多普勒测速LDV(Laser Doppler Velocimetry)、粒子影像测速PIV(Particle Image Velocimetry)等技术。

LDV的综合性能较高，具有高精度、高分辨率和非接触测量等优点，通常作为仪器标校技术使用，但LDV只能实现单点测量。

PIV技术是一种全场、动态、非接触测量手段，已获得广泛使用，成功应用于风洞、水洞、水槽燃烧及喷射等实验中。

PIV研究始于上个世纪80年代，随着光学和计算机图像处理技术的迅猛发展，PIV取得了长足进步，测量精度已与LDV接近。

1.2.PIV原理图1是PIV 技术应用的简单原理图。

散播在流场中的跟随性及反光性良好的示踪粒子，由激光光束首先入射到一组球面透镜上，经聚焦后通过全反射镜至一组可调的柱面透镜形成具有一定厚度的片光，照亮流场中特定的区域，此时经过此区域的示踪粒子被照亮，通过CCD（CMOS）成像设备进行成像。

对这个特定的区域在一定时间间隔内利用图1 PIV简单原理图激光脉冲连续照亮两次，就能得到粒子在第一次照亮时间t 和第二次照亮时间t’的两个图像，对这两幅图像进行互相关分析，就能得到流场内部的二维速度矢量分布。

在利用PIV 技术测量流速时,需要在二维流场中均匀散布跟随性、反光性良好且比重与流体相当的示踪粒子。

将激光器产生的光束经透镜散射后形成厚度约1 mm 的片光源入射到流场待测区域,CCD 摄像机以垂直片光源的方向对准该区域。

利用示踪粒子对光的散射作用,记录下两次脉冲激光曝光时粒子的图像,形成两幅PIV 底片(即一对相同待测区域、不同时刻的图片) ,底片上记录的是整个待测区域的粒子图像。

粒子影像测速(PIV)技术概述1.PIV技术介绍1.1.引言目前为止，人类对流体力学仍有许多疑难问题，如对湍流、非定常流动等现象了解甚少，而在许多工程应用如飞行器外形设计、内燃机燃烧室中的多相流动等中又迫切需要解决这些问题，因而使流场测量问题变得极为重要。

流场测速新方法研究中，至今已发展了激光多普勒测速LDV(Laser Doppler Velocimetry)、粒子影像测速PIV(Particle Image Velocimetry)等技术。

LDV的综合性能较高，具有高精度、高分辨率和非接触测量等优点，通常作为仪器标校技术使用，但LDV只能实现单点测量。

PIV技术是一种全场、动态、非接触测量手段，已获得广泛使用，成功应用于风洞、水洞、水槽燃烧及喷射等实验中。

PIV研究始于上个世纪80年代，随着光学和计算机图像处理技术的迅猛发展，PIV取得了长足进步，测量精度已与LDV接近。

1.2.PIV原理图1是PIV 技术应用的简单原理图。

散播在流场中的跟随性及反光性良好的示踪粒子，由激光光束首先入射到一组球面透镜上，经聚焦后通过全反射镜至一组可调的柱面透镜形成具有一定厚度的片光，照亮流场中特定的区域，此时经过此区域的示踪粒子被照亮，通过CCD（CMOS）成像设备进行成像。

对这个特定的区域在一定时间间隔内利用图1 PIV简单原理图激光脉冲连续照亮两次，就能得到粒子在第一次照亮时间t 和第二次照亮时间t’的两个图像，对这两幅图像进行互相关分析，就能得到流场内部的二维速度矢量分布。

在利用PIV 技术测量流速时,需要在二维流场中均匀散布跟随性、反光性良好且比重与流体相当的示踪粒子。

将激光器产生的光束经透镜散射后形成厚度约1 mm 的片光源入射到流场待测区域,CCD 摄像机以垂直片光源的方向对准该区域。

利用示踪粒子对光的散射作用,记录下两次脉冲激光曝光时粒子的图像,形成两幅PIV 底片(即一对相同待测区域、不同时刻的图片) ,底片上记录的是整个待测区域的粒子图像。

PIV，全名：Particle Image Velocimetry，简单来说是一种二维的方式显示速度矢量，使流体可视化的一种测量技术。

该方法是七十年代末发展起来的一种瞬态、多点、无接触式的激光流体力学测速方法。

近几十年来得到了不断完善与发展，PIV技术的特点是超出了单点测速技术（如CTA、LDA）的局限性，能在同一瞬态记录下大量空间点上的速度分布信息，并可提供丰富的流场空间结构以及流动特性。

粒子图像测速系统（PIV）技术简介PIV流速测量范围为0.02~500.00m/s。

在流体力学领域中，流场测量技术与流场理论研究相辅相成，共同推进本学科的前进与发展。

但是该研究领域中湍流、涡流等复杂非定常流动的存在使得传统流场测量技术的单点测量，已经不能满足人们对流体流动认知的需求。

这就需要新的流场测量技术，实现流场测量由单点向多点、平面向空间、稳态向瞬态、单相向多相发展。

流场测量技术随着时代迅速发展，从20世纪初对湍流流动测量有开创性意义的热线热膜流速计（Hot Wire/Film Anemometer，HWFA）的出现。

到20世纪60年代，激光多普勒测速仪（Laser Doppler Velocimetry，LDV）利用流场中粒子的Mie散射。

实现流场的无接触测量。

再到20世纪80年代，粒子图像测速技术（Particle ImageVelocimetry，PIV）实现了点向面的流场测量。

PIV技术是一种瞬态、多点、无接触式的流体力学（水和空气）测速方法。

可以在同一瞬时记录下大量空间上的速度矢量分布信息，并可以提供丰富的流场空间结构和流动特性。

目前，PIV技术也是在不断的发展，从一个切面发展到一个容积空间、从平面二维速度矢量的二维切片发展到二维切片内三位速度矢量、从瞬间速度场的测量发展到一个连续时间过程内的速度场测量。

粒子图像测速系统（PIV）的基本原理PIV技术的基本原理是在待测流场中布散示踪粒子，示踪粒子代表流场空间中相应的流体质点，粒子会随着流场运动而运动，使用相机来记录不同时刻下示踪粒子的位置信息，通过计算机的图像处理算法分析相机所拍摄的粒子图片，将示踪粒子的位置信息和时间信息转换为流场流动的速度矢量信息，进而分析出流场的流动结构、涡量场等流动特性。

简述二维piv测量方法的原理二维粒子图像测速（Particle Image Velocimetry, PIV）是一种用于测量流体速度场的非侵入式方法。

它通过追踪空气、液体或气固界面中的小颗粒来获取流场中物质的动态信息。

其基本原理是利用流体中的颗粒在快速连续曝光下的位移来计算流场的速度。

PIV测量技术主要分为两个步骤：颗粒图像拍摄和图像处理。

在图像拍摄阶段，液体或气体中被称为追溯颗粒的小颗粒会被注入流场中。

然后，通过一个激光光源对颗粒进行照亮，并利用高速相机捕捉两幅连续图像。

接着进行图像处理，包括颗粒图像的光流检测、颗粒匹配、位移和速度计算等。

在PIV测量中，颗粒图像的光流检测是其中一个重要步骤。

它通过分析两幅连续图像之间的亮度变化来确定颗粒的位移。

颗粒的位移是通过计算两幅图像上对应颗粒位置的亮度互相关来估计的。

由于连续图像中的颗粒位置不同，因此需要使用其中一种算法将其对齐。

常用的光流检测算法有相关法、互相关法、基于模型法等。

接下来是颗粒匹配阶段，它是确定两幅图像中对应颗粒位置的过程。

颗粒匹配的目标是找到两幅图像中最接近的颗粒匹配对，从而计算出颗粒的位移。

这可以通过计算两幅图像中颗粒的亮度互相关来实现。

一种常见的颗粒匹配算法是基于相关峰值的匹配算法，通过在互相关函数中寻找最大峰值来确定匹配颗粒的位置。

在位移和速度计算阶段，通过测得的颗粒位移和已知的时间间隔，可以计算出流场中颗粒的平均速度。

常见的位移和速度计算方法有全局、局部和迭代方法。

全局方法是对整个流场进行统一的位移和速度计算，适用于均匀的速度场。

局部方法只考虑特定区域内的位移和速度，适用于非均匀的速度场。

迭代方法则通过多次迭代计算来提高位移和速度计算的精度。

最后，通过将颗粒的位移和速度进行插值和平滑处理，可以得到整个流场的速度分布。

PIV测量方法的优点是非常适用于高速流动和动态流动的实时定量测量。

它不需要在流体中放置传感器，也不会干扰流场的流动特性。

PIV，全名：Particle Image Velocimetry，简单来说是一种二维的方式显示速度矢量，使流体可视化的一种测量技术。

该方法是七十年代末发展起来的一种瞬态、多点、无接触式的激光流体力学测速方法。

近几十年来得到了不断完善与发展，PIV技术的特点是超出了单点测速技术（如CTA、LDA）的局限性，能在同一瞬态记录下大量空间点上的速度分布信息，并可提供丰富的流场空间结构以及流动特性。

粒子图像测速系统（PIV）技术简介PIV 流速测量范围为0.02~ 500.00 m/ s。

在流体力学领域中，流场测量技术与流场理论研究相辅相成，共同推进本学科的前进与发展。

但是该研究领域中湍流、涡流等复杂非定常流动的存在使得传统流场测量技术的单点测量，已经不能满足人们对流体流动认知的需求。

这就需要新的流场测量技术，实现流场测量由单点向多点、平面向空间、稳态向瞬态、单相向多相发展。

流场测量技术随着时代迅速发展，从20世纪初对湍流流动测量有开创性意义的热线热膜流速计（Hot Wire/Film Anemometer，HWFA）的出现。

到20世纪60年代，激光多普勒测速仪（Laser Doppler Velocimetry，LDV）利用流场中粒子的Mie散射。

实现流场的无接触测量。

再到20世纪80年代，粒子图像测速技术（Particle ImageVelocimetry，PIV）实现了点向面的流场测量。

PIV技术是一种瞬态、多点、无接触式的流体力学（水和空气）测速方法。

可以在同一瞬时记录下大量空间上的速度矢量分布信息，并可以提供丰富的流场空间结构和流动特性。

目前，PIV技术也是在不断的发展，从一个切面发展到一个容积空间、从平面二维速度矢量的二维切片发展到二维切片内三位速度矢量、从瞬间速度场的测量发展到一个连续时间过程内的速度场测量。

粒子图像测速系统（PIV）的基本原理PIV技术的最基本原理是在待测流场中布散示踪粒子，示踪粒子代表流场空间中相应的流体质点，粒子会随着流场运动而运动，使用相机来记录不同时刻下示踪粒子的位置信息，通过计算机的图像处理算法分析相机所拍摄的粒子图片，将示踪粒子的位置信息和时间信息转换为流场流动的速度矢量信息，进而分析出流场的流动结构、涡量场等流动特性。

piv粒子测速仪技术参数Piv粒子测速仪技术参数一、引言Piv粒子测速仪是一种用于测量流体中粒子速度和流场特性的先进仪器。

它通过激光照射和相机捕捉图像的方式，对流体中的微小颗粒进行跟踪，从而获得粒子的运动轨迹和速度信息。

本文将介绍Piv粒子测速仪的技术参数，包括分辨率、测速范围、测速精度、采样率和测量原理。

二、分辨率Piv粒子测速仪的分辨率是指其能够分辨的最小距离或最小尺寸。

一般来说，分辨率越高，粒子测速仪能够捕捉到更小的颗粒并更准确地测量其速度。

常见的Piv粒子测速仪分辨率范围在1-100像素之间，根据实际需要选择合适的分辨率。

三、测速范围Piv粒子测速仪的测速范围是指其能够测量的粒子速度范围。

不同型号的Piv粒子测速仪测速范围不同，一般可达0.1 m/s至100 m/s。

此外，还有一些高速型号的Piv粒子测速仪，可以测量更高速度范围的粒子。

四、测速精度Piv粒子测速仪的测速精度是指其测量结果与真实值之间的偏差。

测速精度受多种因素影响，包括光学系统的精度、图像处理算法的准确性等。

一般来说，Piv粒子测速仪的测速精度可以达到百分之一到百分之几。

五、采样率Piv粒子测速仪的采样率是指每秒钟测量的图像帧数。

采样率越高，可以提供更多的数据用于分析和处理。

常见的Piv粒子测速仪采样率在1 kHz至10 kHz之间，高速型号的Piv粒子测速仪采样率可达几十kHz。

六、测量原理Piv粒子测速仪的测量原理基于散射光的特性。

当激光照射到流体中的微小颗粒上时，颗粒会散射出光线，并形成一个散射光斑。

通过记录颗粒在不同时间间隔内的散射光斑位置，就可以计算出颗粒的位移和速度。

Piv粒子测速仪通常使用两个相机同时记录两个不同时刻的散射光斑图像，然后通过图像处理算法计算出颗粒的速度。

七、应用领域Piv粒子测速仪广泛应用于流体力学、空气动力学、水力学等领域的研究中。

例如，在风洞实验中，可以使用Piv粒子测速仪来测量飞行器表面周围的气流速度，从而评估其气动性能。

PIV和PTV系统这是一种针对最苛刻的实验流体力学情况集成硬件和软件的先进的2D PIV系统。

它适用于从微米到1米测试场和从几毫米/秒到7马赫的速度范围之内，用于观察流动。

粒子图像测速（ PIV）是在教育和研究中使用流程可视化的光学方法。

它被用于测量瞬时速度以及和流体有关的属性。

液体通过用激光来照射示踪粒子（比如空气中的烟雾，与水密度相同的小型空心颗粒）使其可见并捕捉他们的图像。

利用示踪粒子运动的连续图像来计算正在被观察的流体的速度和方向，进一步处理可以标示旋涡，流线，等速度线和流场参数分布。

MicroVec PIV 系统的标准配置包括一个数字CCD或CMOS相机，配有光学装置的激光，同步器，示踪粒子和所研究的场，一个用来连接激光到透镜设置的激光手臂，将光束转化为光片，PIV软件用来处理光学图像。

该MicroVec PIV和PTV系统是由Litron（英国），宽泰（法国），或者Kingder光电（中国）的世界领先的双脉冲PIV激光器，FastecImaging（美国）的高速CMOS摄像头和Imperx（美国）的高分辨率双帧CCD摄像机集成的。

VA公司坐落于亚洲高科技中心新加坡，已经与MicroVec合作，将这些解决方案推向国际市场。

MicroVec PIV和PTV系统提供了前所未有的，非常强大的解决方案，该商业PIV技术应用的价格是世界各地研究人员从未见过的的经济实惠。

标准组件：●PIV激光：2x50mJ/15Hz，2x200mJ/15Hz，2x350mJ/10hHz，2x500mJ/10Hz●CCD摄像机：含镜头，所有的接口电缆和摄像头图像采集卡：2 MP/30fps，5MP/16fps,11MP/6fps，16MP/4fps或29MP/2fps●同步器：7或15通道TTL控制，0.15ns 抖动，USB控制●PIV图像采集模块和二维高精度的PIV●软件包（Windows 32位和64位）●轻松升级到3D PIV系统产品特点：●Microcap软件用于图像捕捉,MicroVec软件用于图像处理和分析●所有集成的硬件组件都易于控制：CCD，激光，同步器，外部触发器●支持多种图像文件：TIFF，BMP，JPG和AVI●联机采集粒子图像采集和分析速度●技术多通道，多格窗口变形算法的高解析度2D PIV ●支持屏蔽功能和多平均值功能（粒子图像和矢量结果平均功能）●批处理：单个目录或多个目录自动处理●支持高密度的PTV功能●先进的矢量滤波和多组合范围扩大功能●设计基于网络技术和处理能力●支持GPU，提高计算加速度应用范围：●风洞和水洞●航天航空●压缩机，汽轮机，风机，水泵，喷雾●微机电系统（MEMS）●邻化工搅拌设备●变形和应力分析模块选●正交分解（POD）模块●动态模式分解（DMD）模块。

粒子图像测速技术与应用粒子图像测速技术（Particle Image Velocimetry, PIV）是一种非侵入式流场测量技术，其原理是利用高速数字摄像机捕捉流体中由体积或表面轮廓的微粒所组成的图像序列，并通过计算处理来得到流体的速度场信息。

PIV技术的应用范围非常广泛，既可以用于研究天然流体运动现象，又可以用于工业流体力学领域的实验研究，还可以应用于医学、环境、生态等领域的研究。

1. PIV技术原理PIV技术主要基于两帧流场图像的匹配和计算，其中流体中的不透明微粒被认为是运动的跟踪标记。

首先，在被测流场中加入微粒探针，并用高速摄像机记录粒子在不同时刻的位置分布图像序列，然后通过图像处理技术，选定两个特定的时间点，提取出图像中的微粒位置，并进行匹配。

匹配后，根据匹配到的微粒在两个时间点的位置变化，即可得到流体中的速度矢量场分布。

最后，通过计算流体中的不同位置的速度值，得到流量、涡量、剪切应力等流体动力学参数。

2. PIV技术的应用2.1 工业流体力学领域PIV技术广泛应用于工业流体力学领域的实验研究，例如：航空、汽车等领域的气动力学研究。

在飞行器的设计和研发过程中，需要研究其外形对飞行性能的影响，包括气动阻力和升力，而PIV技术可以帮助识别飞行器表面的速度分布，为改善其性能提供参考。

同样，汽车的气动设计也需要通过PIV技术来评估不同外形对车速、空气阻力的影响。

2.2 医学、环境、生态研究PIV技术还可以应用于医学、环境、生态等领域的研究。

例如，PIV技术可以研究心脏壁的运动，进而分析心脏的收缩过程；还可以用于细菌、气溶胶等颗粒的测速和分布分析；在水流环境中，PIV技术可以帮助研究河流和海洋生态系统中的流体运动，以及水动力学问题，如洪水预警、海洋污染控制等方面。

3. PIV技术的优劣虽然PIV技术被广泛应用于流体力学领域中，但PIV技术本身存在一些局限性。

首先，由于流场中粒子的亮度和聚集程度可能受到流体物性、涡旋等因素的影响，粒子图像的质量会受到一定的影响，对测量结果的准确性产生影响。

粒子影像测速(PIV)技术概述1.PIV技术介绍1.1.引言目前为止，人类对流体力学仍有许多疑难问题，如对湍流、非定常流动等现象了解甚少，而在许多工程应用如飞行器外形设计、内燃机燃烧室中的多相流动等中又迫切需要解决这些问题，因而使流场测量问题变得极为重要。

流场测速新方法研究中，至今已发展了激光多普勒测速LDV(Laser Doppler Velocimetry)、粒子影像测速PIV(Particle Image Velocimetry)等技术。

LDV的综合性能较高，具有高精度、高分辨率和非接触测量等优点，通常作为仪器标校技术使用，但LDV只能实现单点测量。

PIV技术是一种全场、动态、非接触测量手段，已获得广泛使用，成功应用于风洞、水洞、水槽燃烧及喷射等实验中。

PIV研究始于上个世纪80年代，随着光学和计算机图像处理技术的迅猛发展，PIV取得了长足进步，测量精度已与LDV接近。

1.2.PIV原理图1是PIV 技术应用的简单原理图。

散播在流场中的跟随性及反光性良好的示踪粒子，由激光光束首先入射到一组球面透镜上，经聚焦后通过全反射镜至一组可调的柱面透镜形成具有一定厚度的片光，照亮流场中特定的区域，此时经过此区域的示踪粒子被照亮，通过CCD（CMOS）成像设备进行成像。

对这个特定的区域在一定时间间隔内利用图1 PIV简单原理图激光脉冲连续照亮两次，就能得到粒子在第一次照亮时间t 和第二次照亮时间t’的两个图像，对这两幅图像进行互相关分析，就能得到流场内部的二维速度矢量分布。

在利用PIV 技术测量流速时,需要在二维流场中均匀散布跟随性、反光性良好且比重与流体相当的示踪粒子。

将激光器产生的光束经透镜散射后形成厚度约1 mm 的片光源入射到流场待测区域,CCD 摄像机以垂直片光源的方向对准该区域。

利用示踪粒子对光的散射作用,记录下两次脉冲激光曝光时粒子的图像,形成两幅PIV 底片(即一对相同待测区域、不同时刻的图片) ,底片上记录的是整个待测区域的粒子图像。