입자 이미지 분석기의 속도 측정 방법은 주로 디지털 이미지 처리 기술을 기반으로 유체에서 입자의 운동 궤적을 포착하고 분석하여 속도를 추산하며, 핵심 방법은 입자 이미지 속도 측정 (PIV), 입자 추적 속도 측정 (PTV) 및 운동 흐림 이미지에 기반한 속도 반사 알고리즘을 포함한다.다음은 원리, 실현방식 및 기술특징으로부터 분석을 전개한다.
1. 입자 이미지 속도 측정(PIV)
원리:
유체에 추적 입자 (예: 마이크로미터급 입자) 를 뿌려 펄스 레이저 필름 광원으로 측정 영역을 밝히고 고속 카메라를 통해 두 프레임의 이미지를 연속적으로 촬영한다.상호 관련 알고리즘을 이용하여 두 프레임 이미지에서 같은 판독 창 내 입자군의 평균 변위를 계산하고 노출 시간 간격을 결합하여 속도장을 얻는다.
구현 단계:
추적 입자 배치: 추종성이 양호한 입자 (입경 <50 μm) 를 선택하여 그 운동이 유체 속도를 반영하도록 한다.
레이저 조명: 펄스 레이저로 편광을 형성하여 측정 평면을 밝게 비춘다.
이미지 수집: 고속 카메라는 두 프레임의 입자 이미지를 동시에 촬영합니다.
상관 관계 계산: 판독 창의 입자 이미지를 상관 관계 연산하여 변위 벡터를 얻습니다.
속도 계산: 변위를 시간 간격으로 나누어 속도장을 얻는다.
기술적 특징:
전체 측정: 2D 또는 3D 속도장을 동시에 가져올 수 있습니다.
비접촉식: 유장에 대한 간섭이 없다.
정밀도 의존: 입자 농도, 판독 창 크기 및 상호 관련 알고리즘 정밀도.
장면을 적용하려면 다음과 같이 하십시오.
고체 로켓 엔진 꼬리불꽃 입자 속도 측정과 같은 가스 양상류, 연소 유장 등 복잡한 흐름의 속도 측정에 적용됩니다.
2. 입자 추적 속도 측정(PTV)
원리:
흐름장에 있는 개별 입자의 동작 궤적을 직접 추적하여 연속 프레임에서 입자의 위치 변화를 식별하여 속도를 계산합니다.
구현 단계:
입자 인식: 테두리 감지 또는 기계 학습 알고리즘을 사용하여 이미지에서 입자 윤곽을 추출합니다.
궤적 추적: 질량 중심 일치 또는 확률 알고리즘을 통해 연속 프레임의 동일한 입자를 연결합니다.
속도 계산: 입자의 변위와 시간 간격에 따라 순간 속도를 얻는다.
기술적 특징:
단일 입자 정밀도: 개별 입자의 속도와 가속도를 얻을 수 있습니다.
계산 복잡도: 대량의 입자 궤적 데이터를 처리해야 한다.
적합성: 미세한 입자 흐름이나 높은 공간 해상도가 필요한 장면에 적합합니다.
장면을 적용하려면 다음과 같이 하십시오.
용액에서 나노입자의 확산 분석과 같은 입자 충돌, 재결합 등 미시적 동력학적 행위 연구에 사용된다.
3. 운동 모호 이미지에 기반한 속도 반연 알고리즘
원리:
카메라의 노출 시간을 제어하여 빠르게 움직이는 입자가 이미지에서 드래그됩니다.드래그 길이와 노출 시간, 입자 속도의 기하학적 관계를 이용하여 속도를 반추한다.
구현 단계:
노출 시간 제어: 입자 운동 속도에 따라 적절한 노출 시간 (예: 마이크로초) 을 선택합니다.
이미지 수집: 동작이 흐릿한 입자 이미지를 가져옵니다.
그림자 분석: 임계값 분할, 에지 체크 등의 이미지 처리 알고리즘을 통해 그림자 길이를 추출합니다.
기술적 특징:
저렴한 비용: 복잡한 레이저 시스템이 필요 없으며 산업 현장에 적합합니다.
정밀도 제한: 노출 시간 제어 및 드래그 길이에 따라 정밀도를 측정합니다.
실시간성: 입자 속도를 온라인으로 측정할 수 있습니다.
장면을 적용하려면 다음과 같이 하십시오.
가스 사이클론 분리기 입구 액적 속도 측정, 순환 물살 동류화상 입자 국부 평균 속도 온라인 모니터링 등에 사용된다.
모델 선택 권장사항:
전체 속도 분포 필요: PIV 기술을 우선적으로 선택하고 체시 PIV 또는 계층 분석 PIV와 결합하여 3차원 측정을 실현한다.
단일 입자 동작에 주목: PTV 기술을 사용하여 고속 카메라와 기계 학습 알고리즘을 결합하여 추적 정밀도를 향상시킵니다.
산업 현장 실시간 모니터링: 모션 모호 반사 알고리즘을 기반으로 비용과 정밀도 요구를 균형 잡습니다.