伴随着PIV的发展,其类型也在不断地扩展。一般来说,按照不同的划分标准,有以下若干类型:
1) 根据被测量的空间维数和所得到的被测空间中速度矢量的分量的个数可以划分为:
(2D2C) PIV:表示速度场所在的区域是一个平面(2D),平面上的每个速度矢量是2分量的(2C,C表示Components)。这2个速度分量是三维速度矢量在所测量平面上的两个投影分量。由于历史的原因,人们习惯称这种PIV为“二维PIV”或者“2D PIV”
(2D3C) PIV: 表示速度场所在的区域是一个平面(2D),平面上的每个速度矢量是3分量的(3C,C表示Components)。这3个速度分量是三维速度矢量在所测量平面上的两个投影分量加上一个垂直于所测量平面的方向上的投影分量。同样历史上,人们惯称这种PIV为“三维PIV”,“立体PIV”,“3D PIV”或者“Stereo PIV)
(3D3C) PIV: 表示速度场所在的区域是一个立体区域(3D),在这个立体区域中的每个速度矢量是3分量的(3C,C表示Components)。这3个速度分量是三维速度矢量在所测量空间上某点的三维笛卡儿坐标三个方向矢量上的三个投影分量。这是真正的立体PIV!在2006年LaVision公司和荷兰Tu-Delf 大学合作,共同研发实现了全数字化的(3D3C)PIV技术,并命名为Tomo-PIV(层析PIV)。目前LaVision公司是全世界唯一一家可以提供商品化层析PIV系统的厂家!
沙漠蝗虫尾流场
(4D3C) PIV: 这种PIV系统和前面的3D3C系统唯一不同的是:测量的相机具有高帧频拍摄能力,以便配合高重复频率的脉冲激光光源,这样就实现了第四维—时间维测量。因此这种PIV系统也可以定义为时间分辨的(3D3C)PIV系统。同样,LaVision公司是目前唯一可以提供这种PIV系统的厂家。
水射流,1000Hz
2) 根据被测量的空间尺度,可以划分为宏观PIV和显微PIV(Micro-PIV)。目前LaVision已经可以实现Micro-TOMO PIV的测量。
1mm液滴的提拉实验,右侧为不同Y轴截面的流场线
1kHz帧频记录的100 µm运动浮游生物诱发的流动
3) 根据测量的应用场合可以单独划出一类,如水下PIV(under-water PIV)
4) 根据测量的方式和采用的特殊部件可以划分出,例如内窥式PIV(Endo-PIV)
5) 根据测量系统激光片状光源的产生组合机制可以划分出,例如双平面PIV(Dual-Plan-PIV)
6) 根据测量的时间分辨能力,可以划分出时间分辨PIV(TR-PIV)。TR代表“Time Resolved”时间分辨的意思。
PIV硬件特点
1、图像记录系统:
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相机带有两级帕尔贴效应制冷器。可以将CCD芯片工作温度降低到低于环境温度50摄氏度。有效降低热噪声。成像质量大大优于没有制冷的相机。
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带有相机头内存。可以循环拍摄。避免丢帧现象。
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可配备真实的14比特,科研级里面的高端相机!!
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采集卡为多通道,方便日后升级3D PIV或者TOMO PIV系统
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配置的为真正的高性能科研级相机,非低质量的工业相机。
2、高性能进口品牌激光器
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性能稳定,尤其是高频激光器,在技术上仍有较多瓶颈,进口品牌激光器可以保障高速PIV系统的正常工作
3、片光源及体光源成型
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LaVision的片光源成型器由三片镜组组成,可以实现焦距在0.3-2米内连续可调,并且不需要移动片光源位置,就可以调节片光聚焦位置。与其他厂家的两个凹透镜组合完全不同,两片透镜固定放置,焦距实际上是固定的,只有整体一定片光位置或者更换不同焦距的凹透镜才能调节焦距,操作复杂。
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LaVision的体光源成型器分别有A+B两部分组成,分别在两个方向上扩展激光光束,并且可调整光束发散角。并不是简单的两个凹透镜交叉使用。
4、同步控制器
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专门为激光成像测量研发的可编程时间控制单元PTU。
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具有16路高精度和16路低精度共32路可编程同步输出通道。
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4路外触发输入通道。
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最多可控制多达8台相机4台激光器构成的复杂系统。具有强大的灵活配置和升级能力。
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时间分辨率10ns,抖动50ps,精确同步各触发输出信号。
软件特点:
很多软件的功能都是LaVision独自开发的,并且拥有专利。同时也增加了多种软件功能,方便用户进行试验操作和结果的分析,这是其他厂家都达不到。例如:
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TOMO层析和3D立体PIV的自标定功能。标定是两台以上的相机协同工作的重要步骤,标定的好坏会直接影响到多台相机的数据相互吻合的准确程度。特别是TOMO层析PIV,为了进行体空间粒子的重构,必须使图像的标定精度<0.3像素。相机支架及其它机械部件永远不会达到100%的理想刚性。温度变化会导致机械部件的膨胀或收缩,风载荷或其它振动源会影响相机的调整。目前只有LaVision专利的自标定技术可以实现如此高的标定效果。
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自适应PIV功能,可根据流动梯度(流动自适应)和粒子图像质量(信号自适应)信息自动计算优化设置局域问询窗口的尺寸和形状。这种新技术显著地改善了PIV分析的精度和空间分辨率,尤其对于流动梯度较大,例如接近壁面的场合。
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TOMO层析PIV的重构粒子密集,精确的自标定技术为实现更高密度的粒子重构提供可能,可实现三维体空间内精细流场的测量。
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为TOMO层析PIV开发的MART算法,可接受更多的粒子密度计算,比常规的Minlos算法可容纳计算的粒子密度约大10倍。
红色框:LaVision4相机系统用MART算法能够重构的粒子密度
黄色框:MinLos重构方法所能处理的粒子密度
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自适应掩膜定义功能
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超级时间采样功能
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空间时间相关分析
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大涡模拟分解
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支持图形处理单元(GPU) 运算
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支持分布式计算机簇运算
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实验调试助手向导