PIV – آزمایشگاه تشخیصی و تصویربرداری اپتیکی

سرعت سنجی تصویری ذرات (PIV)

روش سرعت سنجی تصویری (PIV) بر ردیابی مجموعه ذرات تمرکز دارد.

تراکم ذرات ردیاب:

در مورد تصاویر با تراکم پایین (شکل a)، می توان در تصاویر تک تک ذرات را تشخیص داد و در تصاویر همان ذره را که از نورهای مختلف منشاء می‌گیرد، شناسایی کرد. تصویر با تراکم پایین به روش‌های ردیابی برای ارزیابی نیاز دارد. بنابراین در این حالت از روش سرعت سنجی ردیابی ذرات (PTV) استفاده می‌شود. در مورد تصویر با تراکم متوسط (شکل b)، نیز می‌توان تصاویر تک تک ذرات را تشخیص داد. با این حال، دیگر امکان شناسایی تصاویر منطبق با همان ذره ردیاب بدون ابهام وجود ندارد. بنابراین در تصاویر با تراکم متوسط از روش سرعت سنجی تصویری ذرات (PIV) استفاده می‌شود. در مورد تصویر با تراکم بالا (شکل c)، از آنجائیکه در اکثر موارد ذرات با هم همپوشانی دارند و لکه‌هایی را تشکیل می‌دهند، حتی تشخیص تک تک ذرات ممکن نیست. در این گونه تصاویر از روش سرعت سنجی لکه‌ای لیزر (LSV) استفاده می‌شود.

سه حالت تراکم ذرات تصویر شامل:

(a) کم: روش سرعت سنجی ردیابی ذرات (PTV)

(b) متوسط: روش سرعت سنجی تصویری ذرات (PIV)

راه اندازی آزمایشی یک سیستم PIV معمولاً از چندین زیر سیستم تشکیل شده است.

کاشت: در اکثر کاربردها ذرات ردیاب باید به جریان اضافه شوند.
روشنایی: این ذرات ردیاب باید در یک صفحه یا حجم جریان حداقل دو بار در یک بازه زمانی کوتاه و مشخص روشن شوند.
ضبط: نور پراکنده شده توسط ذرات ردیاب باید بر روی دو فریم مجزا یا بر روی یک دنباله از فریم های دوربین ثبت شود.
کالیبراسیون: به منظور تعیین رابطه بین جابجایی تصویر ذرات در صفحه تصویر و جابجایی ذرات ردیاب در جریان، یک کالیبراسیون مورد نیاز است.
ارزیابی: جابجایی تصاویر ذرات بین پالس های نور باید از طریق ارزیابی تصاویر ذخیره شده تعیین شود.
پس پردازش: به منظور شناسایی و حذف اندازه گیری های نامعتبر و استخراج مقادیر جریان پیچیده مورد علاقه، پس پردازش پیچیده مورد نیاز است.

اندازه‌گیری سرعت غیرتداخلی:

برخلاف روش‌های اندازه‌گیری سرعت جریان که از پروب‌هایی مانند لوله‌های فشار (لوله پیتوت) یا سیم‌های داغ استفاده می‌کنند، روش PIV که روشی نوری است، به‌صورت غیرتداخلی کار می‌کند. این مزیت امکان استفاده از PIV را حتی در جریان‌های پرسرعت همراه با شوک و یا در لایه‌های مرزی آرام نزدیک به دیواره می‌دهد، جایی که ممکن است جریان با وجود پروب‌ها مختل شود. PIV روشی است که امکان ضبط تصاویر از بخش‌های بزرگ میدان جریان را در کاربردهای مختلف جریان‌های گازی و مایع و استخراج اطلاعات سرعت از این تصاویر فراهم می‌کند.

PIV به جای سرعت سیال، سرعت ذرات ردیاب را تعیین می کند. بنابراین، تعامل ذرات و سیال اطراف آن باید مورد بررسی قرار گیرد تا از اختلافات قابل توجه بین حرکت سیال و ذرات جلوگیری شود. از آنجائیکه اساس این روش بر تصویربرداری است، خواص نوری ذرات نقش مهمی برای انتخاب ردیاب‌های مناسب بازی می کند.