MicroPIV近场光学显微镜-北京冷泉科技有限公司

解决方案

MicroPIV近场光学显微镜

Micro-PIV是近年来发展起来的一种微尺度流动测速技术. 它是传统PIV 测量与光学显微技术相结合的一种整场、瞬态、定量测量方法, 其基本测速原理与传统PIV相同, 但在示踪粒子选择、图像获取和处理等方面两者存在较大差别. Micro一PIV突破了传统微尺度流体力学测量手段的局限性, 使得对微尺度流动元件的研究从过去只能给出流量、阻力特性等有限信息逐步转向对全流场内流结构的直接测量上, 并且达到了相当高的分辨率和测量精度.

系统特点

技术参数

相关应用

PIV技术是20 世纪80 年代发展起来的一种流动测量与显示技术.它突破了传统流动单点测试技术的局限, 能够在对流场不产生干扰的基础上, 实现流动瞬态、全场的测试,具有较高的测量精度和分辨率. PIV的应用离不开光学技术、计算机技术、照相技术、图像处理等技术的支持,并且随着这些技术的发展使得PIV能在复杂流动领域中得到越来越广泛的应用.

Micro-PIV测速原理

与传统PIV测速的原理一样，目前采用的Micro-PIV也是在流场中播撒流动跟随性很好的示踪粒子，对粒子进行激光照明，有CCD相机记录连续两次曝光时间间隔粒子的位移情况，最后通过计算机图像分析技术给出瞬时速度场。但由于所研究问题的特殊性，Micro-PIV技术与传统的PIV存在较大差别，主要表现在如下几个方面：

1、获取图像的方式不同。由于流动尺度在数十微米到亚毫米量级，普通CCD相机没有办法获取如此小尺度下粒子的图像，因此，必须采用显微观测技术才能够得以实现。

2、光照明方式不同。传统PIV测量流场的照明方式采用片光源技术仅对测量平面进行照明。为了获得较高的测量精度，光片厚度要求小于照相系统的景深。但是对Micro-PIV而言，由于待测流场尺度微小，无论采用何种方式对流场进行照明，光照区域都可能超出流动通道截面的尺度。此外由于加工条件的限制，流体元件往往仅有一个开窗面能够通过光路，作为进光与采集图像共同的窗口。因此，对于Micro-PIV测量流场是被通体照亮，称为体照明方式。

3、播撒粒子的要求高。在微尺度条件下，粒子的选择更为严格。示踪粒子应不对流场产生干扰，也不能对流道造成堵塞，所以粒径一般控制在数百纳米大小，这样容易受到布朗运动的影响，造成较大的随机误差，需要采用有效方法减小这样误差；另外，由于普通粒子的散射光强度无法满足成像要求，必须采用荧光粒子作为示踪粒子，选择的荧光物质激发光波长应和照明波长匹配。

4、图像处理算法与常规PIV算法有一定的区别。由于采用体照明方式，照相机景深之外的荧光粒子也有发射光进入CCD相机，图像中会有较大的背景噪音，采用传统的相关技术进行处理误差会很大，需要发展新的算法减小误差提高速度计算的准确性。目前，体照明方式，小粒子以及布朗运动是Micro-PIV区别于传统大尺度PIV 的3个基本问题。

系统组成：

- 微尺度流动元件

- 激光器

- 显微物镜

- 三棱镜

- 滤光镜

- 中继镜

- CCD相机