Система анемометрии по изображениям частиц FlexPIV
Система анемометрии по изображениям частиц FlexPIV
Отличное соотношение цены и функциональности
Предварительно настроенное удобное решение для анемометрии по изображениям частиц
FlexPIV — универсальная система, предназначенная для исследования потоков воздуха и воды. Данная система позволяет охватить поля обзора малого и среднего размеров и измерять скорости до 100 м/с. Великолепное соотношение цены и функциональности.
Система FlexPIV помогает проводить бесконтактные измерения двух компонентов полных полей скоростей потока в плоскости. Данная система укомплектована всем необходимым для незамедлительного начала измерений: лазер DualPower мощностью 65 мДж, высококачественная оптика светового ножа, видеокамера GigE 1,3 Мп с объективом C-Mount (35 мм, F2.1), интерфейсная плата GigE, синхронизатор TimingHub и расширенный программный пакет DynamicStudio, предназначенный для сбора, обработки, визуализации и хранения данных в безопасной надежной базе данных. Компьютер, на котором установлен программный пакет DynamicStudio, должен обладать интерфейсом Gigabit Ethernet для подключения видеокамеры, а также разъемом USB, к которому подключается синхронизатор TimingHub.
Основные преимущества
• Универсальная предварительно настроенная система анемометрии по изображениям частиц
• Бесконтактный метод визуализации результатов измерения полей потоков в газах и жидкостях
• До 15 полей скоростей в секунду
• Максимальная скорость 100 м/с
• Минимальное поле обзора 37 x 27 мм
• Максимальное поле обзора 500 x 370 мм
• Способность различать в потоках структуры размером до 0,925 мм
• Возможность автоматической настройки (Plug –and-Play) синхронизатора после подключения к разъему USB
• Автоматически настраиваемая (Plug –and-Play) видеокамера 1,3 Мп с интерфейсом Gigabit Ethernet
• Лазер с аттенюатором для юстировки при низкой интенсивности лазерного луча без ухудшения качества излучения
|
Принцип работы системы FlexPIV Поток освещается в области измерения с помощью светового ножа. Объектив видеокамеры передает изображение области измерения на матрицу сенсора цифровой видеокамеры. Видеокамера преобразует каждый световой импульс в отдельный кадр изображения. После записи последовательности, состоящей из двух световых импульсов, изображения разделяются на небольшие части, называемые областями опроса (IA). Области опроса из каждого кадра изображения (I1 и I2) взаимно коррелируются друг с другом попиксельно. Корреляция формирует пик сигнала, идентифицирующий общее смещение частиц (dx) каждой области опроса с субпиксельной интерполяцией. Для получения точной информации о скорости необходимо знать смещение частиц и время между экспозициями. Векторная карта скорости по всей области измерения строится путем повторения взаимной корреляции для каждой области опроса. Измерительные возможности системы FlexPIV Предварительно настроенная система FlexPIV помогает исследовать низко- или высокоскоростные потоки газов или жидкостей при малых или средних размерах поля обзора. Минимальное поле обзора 37 x 27 мм отлично подходит для явлений малого масштаба. При исследовании потоков жидкостей, содержащих засеянные частицы размером 50 мкм, максимальное поле обзора достигает 500 x 370 мм. Система FlexPIV позволяет измерять скорости величиной 100 м/с даже при минимальном поле обзора. Мощный лазер 65 мДж в сочетании с объективом F2.1 обеспечивает достаточно хорошее освещение поля обзора до 270 x 200 мм в потоках газа при использовании диэтилгексилсебацината (Di-Ethyl-Hexyl-Sebacat - DEHS) в качестве аэрозольной жидкости (капли диаметром 2-2,5 мкм). Высококачественная оптика светового ножа характеризуется коэффициентом пропускания более 95 % и содержит угловые модули для создания угла расхождения лазерного луча от 4° до 12°. Лазеры PIV для анемометрии по изображениям частиц спроектированы с учетом необходимости обеспечения наилучших характеристик при номинальной энергии их импульсов. Снижение энергии рабочих импульсов лазера ухудшает качество лазерного луча. Лазер оснащен моторизованный аттенюатором, позволяющим выполнять юстировку при низкой выходной энергии, но с сохранением номинальной энергии импульсов лазерного излучения. Обзор системы FlexPIV
Общее представление компонентов системы FlexPIV с указанием синхронизации и потока данных. Система FlexPIV обладает всеми необходимыми компонентами для незамедлительного начала измерений. Потребуется всего лишь подключить компьютер и систему диспергирования потока, а также установить средства защиты от лазерного излучения, учитывая местные правила и нормативы. Ознакомьтесь с описаниями технических характеристик для каждого из этих компонентов. |
Лазерный нож освещает засеянные частицы, следующие за потоком. Свет, рассеянный частицами, регистрируется видеокамерой.
Обтекание водой ног пловца во время дельфиноподобного удара.
Предоставлено Йенским университетом имени Фридриха Шиллера (Институт спортивных исследований, науки о движении). Указание по применению: https://www.dantecdynamics.com/
Изотермический переходный процесс в прямоугольных каналах с большим соотношением сторон. Предоставлено компанией APEX Research B.V. (г. Ворбург, Нидерланды).
Публикация: https://www.sciencedi-rect.com/ |
|
Лазер Лазер DualPower 65-15 представляет собой импульсный лазер с двумя резонаторами, выдающий двойные импульсы мощностью 65 мДж с частотой 15 Гц. Длительность импульса очень мала (около 5 нс), что позволяет зафиксировать движение частиц даже в высокоскоростных потоках. Диапазон скоростей определяется одновременно полем обзора видеокамеры и временем между лазерными импульсами (Δt). Благодаря двум независимым резонаторам величина Δt может быть очень малой величиной с целью охват высоких скоростей. Более подробная информация доступна в документе под названием «DualPower lasers for imaging applications» (Лазеры DualPower для получения изображений). Оптика светового ножа Угол расхождения составляет 4° или 8°. Возможно комбинирование этих значений для увеличения угла расхождения. Фокусное расстояние регулируется в диапазоне от 200 мм до 4000 мм. Более подробная информация доступна в документе под названием «Light Sheet Optics» (Оптика светового ножа). Видеокамеры и объективы Система FlexPIV оснащена видеокамерой FlowSense GigE 1M-39, которая характеризуется разрешением 1280 x 960 пикселей (1,3 Мп) и максимальной частотой кадров 39 Гц. Такая видеокамера хорошо соответствует частоте повторения лазерных импульсов. Лазер обладает двумя резонаторами, каждый из которых работает на максимальной частоте 15 Гц, поэтому для регистрации изображений всех лазерных импульсов необходима частота кадров видеокамеры не менее 30 Гц. В видеокамере используется ПЗС-матрица, хорошо известная своим низким уровнем шума. Максимальная квантовая эффективность > 52 % при длине волны 530 нм обеспечивает получение изображений хорошего качества даже в условиях плохого освещения. Пиксели 3,75 мкм достаточно малы, чтобы исключить фиксацию пиков, но одновременно с этим достаточно велики, чтобы собрать большое количество света для хорошо экспонированных PIV изображений. Минимальный межкадровый интервал времени величиной 1 мкс позволяет измерять скорости до 100 м/с в самых маленьких полях обзора. Синхронизатор Синхронизатор TimingHub обеспечивает своевременность выполнения отдельных операций всеми устройствами. Для подключения этого синхронизатора к компьютеру используется USB-интерфейс. TimingHub является мощным инструментом не только для сбора анемометрических данных, но и позволяет получать данные от датчиков или синхронизировать внешние устройства экспериментальных/промышленных установок. Синхронизатор TimingHub полностью интегрирован с программным обеспечением DynamicStudio, что упрощает его установку и настройку. Все устройства, связанные с PIV , обнаруживаются и настраиваются автоматически, благодаря чему сокращаются сроки подготовки к измерениям. Схема подключения синхронизирующих кабелей отображается с помощью программного обеспечения. Программное обеспечение DynamicStudio Программное обеспечение DynamicStudio — ключевой компонент системы, который позволяет выполнять сбор, синхронизацию, обработку, анализ и визуализацию экспериментальных данных. Для анализа результатов измерений и расчета полей скоростей на основе полученных необработанных изображений используют базовый пакет DynamicStudio и дополнительный модуль PIV. Возможно также он-лайн визуализация потоков. Сбор и анализ данных реализуются в рамках одной программной платформы, поэтому перемещение данных не требуется. Межотраслевые исследователи, находясь в лаборатории, могут получить результаты для изучения гидромеханической составляющей, а позже сосредоточиться на анализе данных. Специальные процедуры и последовательности анализа способствуют быстрому исследованию и визуализации результатов. Программное обеспечение очень удобно в использовании и обладает обширными функциями обмена данными с такими системами как MatLab, Octave, Tecplot и многими другими. Для получения дополнительной информации о программном обеспечении ознакомьтесь с отдельной спецификацией, посвященной базовому пакету DynamicStudio. |
Лазер DualPower 65-15 с оптикой светового ножа
Видеокамера FlowSense с интерфейсом Gigabit Ethernet
Синхронизатор TimingHub |
Дополнительный модуль DynamicStudio для двухмерной анемометрии по изображениям частиц
Дополнительный модуль помогает рассчитывать двухмерные векторные поля с помощью современных методов анализа, в том числе на основе адаптивной анемометрии по изображениям частиц. При этом используется многосеточная взаимная корреляция, которая адаптируется к градиентам скорости и изменениям плотности засеивания, а также средняя корреляция. Благодаря этому модулю возможно изменение формы исследуемых областей и получение высокоточных результатов расчетов доказаной в испытаниях 2014 PIV Challenge. Ортогональное разложение по собственным функциям (POD) позволяет исследовать основные пространственные моды. Более подробная информация доступна в листке данных дополнительного модуля DynamicStudio для двухмерной анемометрии по изображениям частиц «DynamicStudio Planar PIV ad-on».
Дополнительные возможности
Очки, защищающие от лазерного излучения
В целях обеспечения безопасности пользователя при работе с лазером настоятельно рекомендуется использовать специальные очки, защищающие от лазерного излучения во время эксплуатации и/или юстировки лазера. Ознакомьтесь с местными правилами и нормативными документами, регламентирующими обеспечение безопасности при использовании лазерного излучения. Дополнительная информация доступна также в литке данных очков защищающих от лазерного излучения «Laser Protective eyewear».
Засеивание потока частицами
В большинстве случаев для получения хороших результатов измерения характеристик потоков требуется добавление диспергированных частиц. При исследовании жидкостных потоков крошечные частицы, как правило, смешивают с соответствующей жидкостью. Сведения о доступных типах засеиваемых частиц опубликованы на веб-сайте компании Dantec Dynamics. При исследовании воздушных потоков смешивание засеиваемых частиц с потоком воздуха осуществляется распылителями жидкостей или дымогенераторами. Сведения о доступных типах распылителей опубликованы на веб-сайте компании Dantec Dynamics.
Информация для заказа системы FlexPIV
Система FlexPIV (9081N0301) состоит из следующих компонентов:
|
• Двухимпульсный твердотельный лазер (Nd:YAG) с мощностью импульсов 65 мДж и частотой их следования 15 Гц (лазер также обладает встроенным моторизированным аттенюатором) • Высококачественная оптика светового ножа, оптимизированная для волн длиной 532 нм • Видеокамера 1,3 Мп (1280 x 960 пикселей) • Объектив F2.1 35 мм с креплением типа C-Mount |
• Автоматически настраивающийся интерфейс Gigabit Ethernet для видеокамеры • 8-канальный синхронизатор TimingHub, обеспечивающий улучшенную синхронизацию • Базовый программный пакет DynamicStudio для визуализации • Дополнительный модуль DynamicStudio для анемометрии по изображениям частиц |
Обзор продукции
|
Характеристика системы |
FlexPIV |
Комментарии |
|
Минимальное рабочее расстояние |
300 мм |
При комплектации объективом 35 мм |
|
Минимальное поле обзора |
37 x 27 мм |
Для рабочего расстояния 300 мм |
|
Максимальная измеряемая скорость в двухкадровом режиме |
100 м/с |
При минимальном поле обзора |
|
Максимальное поле обзора для газовой среды |
270 x 200 мм |
Рассеивание частиц DEHS (ограничено размером частиц и мощностью лазера) |
|
Максимальное поле обзора для жидкой среды |
500 x 375 мм |
Рассеивание частиц PSP 50 мкм (ограничено размером частиц и разрешающей способностью видеокамеры) |
|
Рабочее расстояние для 500 x 370 мм Оптическая разрешающая способность |
3,7 м |
Оптическая разрешающая способность определяется в микрометрах на один пиксель видеокамеры. |
|
- 37 x 27 мм - 100 x 75 мм - 270 x 200 мм - 500 x 375 мм |
- 0,029 мкм/пиксель - 0,078 мкм/пиксель - 0,211 мкм/пиксель - 0,391 мкм/пиксель |
|
|
Векторная разрешающая способность - 37 x 27 мм - 100 x 75 мм - 270 x 200 мм - 500 x 375 мм |
- 0,925 мм - 2,5 мм - 6,75 мм - 12,5 мм |
Векторная разрешающая способность зависит от размера одной области опроса (здесь предполагается область 32 x 32 пикселя). Следовательно, с вектором на каждую ¼ области опроса, векторная разрешающая способность соответствует наименьшему срезу исследуемых вихрей. |
|
Продолжительность записи |
Примерно 20 секунд на 1 ГБ памяти |
|
|
Точность |
От 90 % до 99,99 % начального смещения в пикселях |
Зависит от смещения векторов |
|
Количественная оценка неопределенности |
DynamicStudio использует различные процедуры для оценки ошибки анализа, вносимой PIV (отдельно для каждого вектора) |
Возможно прослеживание результатов, а и можно определить неределенность измерений согласно методам, описанным в литературе |