Метод измерения скорости анализатора изображений частиц в основном основан на технологии цифровой обработки изображений, которая выводит скорость путем захвата и анализа траектории движения частиц в жидкости, а основные методы включают измерение скорости изображения частиц (PIV), измерение скорости отслеживания частиц (PTV) и алгоритм инверсии скорости, основанный на нечетком изображении движения. Ниже приводится анализ принципов, способов реализации и технических характеристик:
I. Измерение скорости изображения частиц (PIV)
Принцип:
В жидкости разбрасываются меченые частицы (например, микронные частицы), освещаются измеренные области с помощью импульсного лазерного источника света и непрерывно снимаются два кадра изображений с помощью высокоскоростной камеры. Используя алгоритм корреляции, вычисляется среднее смещение групп частиц в одном и том же интерпретационном окне в двух кадрах изображения, получая поле скорости в сочетании с интервалом экспозиции.
Шаги реализации:
Буза меченых частиц: Выбирайте частицы, которые хорошо следуют (диаметр частицы < 50 мкм), чтобы убедиться, что их движение отражает скорость жидкости.
Лазерное освещение: использование импульсного лазера для формирования пластинчатого света, освещающего измерительную плоскость.
Сбор изображений: Высокоскоростная камера синхронизирует два кадра изображений частиц.
Взаимозависимые вычисления: интерпретация изображений частиц в окне для интерпретации корреляции и получения вектора смещения.
Расчет скорости: смещение делится на интервал времени, чтобы получить поле скорости.
Технические характеристики:
Полные измерения: можно синхронизировать получение двумерного или трехмерного поля скорости.
Бесконтактная: конвективное поле без помех.
Зависимость от точности: концентрация частиц, размер интерпретируемого окна и точность корреляционного алгоритма.
Сценарий применения:
Применяется для измерения скорости сложных потоков, таких как двухфазный поток газа и жидкости, поле горения и т. Д., Например, измерение скорости частиц хвостового пламени твердотельного ракетного двигателя.
II. Скорость отслеживания частиц (PTV)
Принцип:
Прямое отслеживание траектории движения отдельных частиц в поле течения вычисляет скорость, распознавая изменения положения частиц в непрерывном кадре.
Шаги реализации:
Идентификация частиц: извлечение профилей частиц из изображений с помощью алгоритмов обнаружения границ или машинного обучения.
Отслеживание траектории: соединение одной и той же частицы в непрерывном кадре с помощью алгоритма соответствия центра массы или вероятности.
Расчет скорости: получение мгновенной скорости в зависимости от смещения частиц и временных интервалов.
Технические характеристики:
Точность одной частицы: можно получить скорость и ускорение одной частицы.
Высокая сложность вычислений: необходимо обрабатывать большое количество данных о траекториях частиц.
Применимость: сценарий, подходящий для потока разреженных частиц или требующий высокого пространственного разрешения.
Сценарий применения:
Используется для микродинамических поведенческих исследований, таких как столкновение частиц, воссоединение и т.д., таких как анализ диффузии наночастиц в растворе.
Алгоритм инверсии скорости на основе размытых изображений движения
Принцип:
Контролируя время экспозиции камеры, быстро движущиеся частицы образуют тень на изображении. Используйте геометрическую зависимость длины буксировки от времени экспозиции и скорости частицы.
Шаги реализации:
Контроль времени экспозиции: Выберите подходящее время экспозиции (например, микросекундный уровень) в зависимости от скорости движения частицы.
Сбор изображений: получение изображений частиц, содержащих размытые движения.
Анализ перетаскивания: извлечение длины перетаскивания с помощью алгоритма обработки изображений (например, пороговое разделение, обнаружение края).
Технические характеристики:
Недорогая реализация: не требует сложных лазерных систем, подходит для промышленных площадок.
Ограничение точности: зависит от контроля времени экспозиции и точности измерения длины перетаскивания.
Реальность в реальном времени: онлайн - измерение скорости частиц может быть достигнуто.
Сценарий применения:
Для измерения скорости капель на входе в газожидкостный циклонный сепаратор, онлайнового мониторинга локальной средней скорости частиц в циркулирующем турбулентном псевдоожиженном слое и т.д.
Выбор предложений:
Требуется распределение скорости по всему полю: приоритет отдается технологии PIV для достижения трехмерных измерений в сочетании с PIV - визуальным или слоистым PIV.
Внимание к поведению одной частицы: использование технологии PTV в сочетании с высокоскоростными камерами и алгоритмами машинного обучения для повышения точности отслеживания.
Мониторинг в реальном времени на промышленной площадке: на основе алгоритма нечеткой инверсии движения, балансируя затраты и требования к точности.