Die Geschwindigkeitsmessungsmethoden von Partikelbildanalysatoren basieren hauptsächlich auf digitalen Bildverarbeitungstechnologien, die die Geschwindigkeit berechnen, indem die Bewegungsbahn von Partikeln in Flüssigkeiten erfasst und analysiert wird. Die Kernmethoden umfassen die Partikelbildgeschwindigkeitsmessung (PIV), die Partikelverfolgungsgeschwindigkeitsmessung (PTV) und die Geschwindigkeitsumkehralgorithmen, die auf Bewegungsbildern basieren. Im Folgenden werden die Prinzipien, Umsetzungen und technische Merkmale analysiert:
Partikelbildgeschwindigkeitsmessung (PIV)
Grundsatz:
Spurpartikel (z. B. Mikropartikel) in der Flüssigkeit versehen, den Messbereich mit einer pulsierten Laserlichtquelle beleuchten und mit einer Hochgeschwindigkeitskamera zwei Bilder aufnehmen. Berechnen Sie die durchschnittliche Verschiebung der Partikelgruppen innerhalb des gleichen Interpretationsfensters in zwei Bildbildern mit einem zusammenhängenden Algorithmus und erhalten ein Geschwindigkeitsfeld in Kombination mit dem Belichtungszeitintervall.
Umsetzungsschritte:
Tracking-Partikel-Spray: Wählen Sie Partikel mit guter Folgbarkeit (Partikelgröße < 50 μm), um sicherzustellen, dass ihre Bewegung die Flüssigkeitsgeschwindigkeit widerspiegelt.
Laserbeleuchtung: Ein pulsierter Laser bildet Licht, um die Messebene zu beleuchten.
Bilderfassung: Die Hochgeschwindigkeitskamera fotografiert gleichzeitig zwei Bilder von Partikeln.
Zusammenhängende Berechnung: Durchführen Sie Zusammenhängende Berechnungen der Partikelbilder im Interpretationsfenster, um einen Verschiebungsvektor zu erhalten.
Geschwindigkeitsberechnung: Bitentfernung erhält Geschwindigkeitsfelder in Zeitintervallen.
Technische Merkmale:
Vollfeldmessung: 2D- oder 3D-Geschwindigkeitsfelder können synchron erfasst werden.
Berührungslos: Keine Störungen im Flussfeld.
Präzisionsabhängigkeit: Partikelkonzentration, Interpretationsfenstergröße und Algorithmusgenauigkeit.
Anwendungsszenarien:
Geeignet für die Geschwindigkeitsmessung komplexer Strömungen wie zweiphasiger Gas- und Flüssigkeitsströme, Verbrennungsströmungsfelder, wie z. B. die Geschwindigkeitsmessung von Rückflammenpartikeln in festen Raketenmotoren.
Partikelverfolgungsgeschwindigkeit (PTV)
Grundsatz:
Verfolgen Sie direkt die Bewegungsbahn einzelner Teilchen im Flussfeld und berechnen Sie die Geschwindigkeit, indem Sie die Positionsänderungen der Teilchen in einem kontinuierlichen Rahmen erkennen.
Umsetzungsschritte:
Partikelerkennung: Extrahieren Sie Partikelkonturen aus Bildern mit Randerkennung oder maschinellen Lernalgorithmen.
Traffic Tracking: Verbinden Sie dasselbe Partikel in einem aufeinanderfolgenden Frame über einen Massenzentrumsübereinstimmungs- oder Wahrscheinlichkeitsalgorithmus.
Geschwindigkeitsberechnung: Erhalten Sie eine sofortige Geschwindigkeit basierend auf der Partikelverschiebung und dem Zeitintervall.
Technische Merkmale:
Einzelteilchengenauigkeit: Die Geschwindigkeit und Beschleunigung einzelner Teilchen können erfasst werden.
Komplexe Berechnungen: Viele Partikelbahndaten müssen verarbeitet werden.
Anwendbarkeit: Geeignet für dünne Partikelströme oder Szenarien, die eine hohe räumliche Auflösung erfordern.
Anwendungsszenarien:
Für mikrodynamische Verhaltensstudien wie Partikelkollisionen, Reunion, wie die Diffusionsanalyse von Nanopartikeln in Lösungen.
3. Geschwindigkeits-Inversion-Algorithmus auf Basis von Bewegungs-Verschleiß-Bildern
Grundsatz:
Durch die Kontrolle der Belichtungszeit der Kamera können sich schnell bewegende Partikel im Bild schieben. Verwenden Sie die geometrische Beziehung zwischen der Verschleppungslänge und der Belichtungszeit und der Partikelgeschwindigkeit.
Umsetzungsschritte:
Belichtungszeitsteuerung: Wählen Sie die geeignete Belichtungszeit (z. B. Mikrosekunden) basierend auf der Partikelbewegungsgeschwindigkeit.
Bilderfassung: Erhalten Sie Partikelbilder, die Bewegungen verschwommen enthalten.
Drag-Analyse: Extrahiert die Drag-Länge mit Bildverarbeitungsalgorithmen wie Schwellenteilung, Randerkennung.
Technische Merkmale:
Kostengünstige Realisierung: Kein komplexes Lasersystem erforderlich, geeignet für industrielle Anwendungen.
Genauigkeitsbegrenzung: Die Genauigkeit der Messung hängt von der Belichtungszeitsteuerung und der Verschleppungslänge ab.
Echtzeit: Online-Messung der Partikelgeschwindigkeit möglich.
Anwendungsszenarien:
Für die Messung der Eingangstropfengeschwindigkeit von Gas-Flüssigkeit-Zyklon-Separatoren, die Online-Überwachung der lokalen Durchschnittsgeschwindigkeit von zirkulierenden Fluidbettpartikeln usw.
Auswahlvorschläge:
Geschwindigkeitsverteilung im gesamten Feld erforderlich: PIV-Technologie wird bevorzugt ausgewählt, um dreidimensionale Messungen in Kombination mit physiologischem PIV oder hierarchischem PIV zu realisieren.
Aufmerksamkeit auf das Verhalten einzelner Partikel: Verbesserte Tracking-Genauigkeit durch PTV-Technologie in Kombination mit High-Speed-Kameras und Machine Learning-Algorithmen.
Industrielle Echtzeitüberwachung vor Ort: Ausgleich zwischen Kosten und Genauigkeitsanforderungen basierend auf einem Algorithmus für Bewegungsschwäche.