Os métodos de medição de velocidade dos analisadores de imagens de partículas baseiam-se principalmente em tecnologias de processamento de imagens digitais para calcular a velocidade capturando e analisando a trajetória de movimento das partículas no fluido, com métodos centrais que incluem medição de velocidade de imagem de partículas (PIV), medição de velocidade de rastreamento de partículas (PTV) e algoritmos inversos de velocidade baseados em imagens de movimento borrosas. A seguir analisamos os princípios, implementações e características técnicas:
Medição de velocidade de imagem de partículas (PIV)
Princípio:
Coloque partículas de rastreamento (por exemplo, partículas à escala de mícrons) no fluido, ilumine a área de medição com uma fonte de luz de laser de pulso e tire duas imagens consecutivas através de uma câmera de alta velocidade. Calcule o deslocamento médio do grupo de partículas dentro da mesma janela de interpretação em duas imagens fotográficas usando um algoritmo de correlação, combinando o intervalo de tempo de exposição para obter o campo de velocidade.
Passos de implementação:
Rastreamento de partículas: selecione partículas com boa sequência (tamanho de partícula < 50 μm) para garantir que seu movimento reflita a velocidade do fluido.
Iluminação a laser: o laser de pulso forma um pedaço de luz para iluminar o plano de medição.
Captura de imagem: uma câmera de alta velocidade captura duas imagens de partículas sincronizadas.
Cálculo de correlação: realiza um cálculo de correlação das imagens de partículas na janela de interpretação para obter um vetor de deslocamento.
Cálculo de velocidade: a remoção de bits obtém o campo de velocidade em intervalos de tempo.
Características técnicas:
Medição de campo completo: Campos de velocidade bidimensionais ou tridimensionais podem ser obtidos sincronicamente.
Sem contato: sem interferência no campo de fluxo.
Dependência da precisão: concentração de partículas, tamanho da janela de interpretação e precisão do algoritmo correlacionado.
Aplicação:
É adequado para medição de velocidade de fluxos complexos como fluxos bifásicos de gás e líquido, campos de combustão, como medição de velocidade de partículas de cauda de motores de foguetes sólidos.
Velocidade de rastreamento de partículas (PTV)
Princípio:
Rastrea diretamente a trajetória do movimento de partículas individuais no campo de fluxo, calculando a velocidade reconhecendo as mudanças de posição das partículas em quadros contínuos.
Passos de implementação:
Reconhecimento de partículas: extrai contornos de partículas de imagens usando algoritmos de detecção de bordas ou aprendizado de máquina.
Rastreamento de trajetória: conecta a mesma partícula em quadros consecutivos por meio de um algoritmo de correspondência de centro de massa ou probabilidade.
Cálculo de velocidade: obtenha velocidades instantâneas de acordo com o deslocamento das partículas e os intervalos de tempo.
Características técnicas:
Precisão de partículas individuais: obtém a velocidade e a aceleração de partículas individuais.
Alta complexidade de cálculo: é necessário processar grandes quantidades de dados sobre a trajetória das partículas.
Aplicabilidade: adequado para fluxos de partículas diluídas ou cenários que exigem alta resolução espacial.
Aplicação:
Utilizado para estudos comportamentais microdinâmicos, como colisões de partículas, reuniões, tais como análise de difusão de nanopartículas em soluções.
Algoritmo de inversão de velocidade baseado em imagens de movimento
Princípio:
Controlando o tempo de exposição da câmera, as partículas em movimento rápido se deslocam na imagem. Velocidade de repulsão usando a relação geométrica entre o comprimento do arrasto e o tempo de exposição e a velocidade das partículas.
Passos de implementação:
Controle do tempo de exposição: selecione o tempo de exposição adequado (por exemplo, em microsegundos) de acordo com a velocidade de movimento das partículas.
Captura de imagens: obtenha imagens de partículas que contêm movimentos borrosos.
Análise de arrasto: extrai o comprimento do arrasto através de algoritmos de processamento de imagem, como segmentação de limiar, detecção de bordas.
Características técnicas:
Implementação de baixo custo: não é necessário um sistema de laser complexo, ideal para locais industriais.
Limitações de precisão: Depende do controle do tempo de exposição e do comprimento do arrasto para medir a precisão.
Tempo real: medição on-line da velocidade das partículas.
Aplicação:
Utilizado para medição da velocidade de gotas de entrada de separadores de ciclone de gás e líquido, monitoramento on-line da velocidade média local de partículas de leito fluido circulante, etc.
Sugestão de seleção:
Distribuição de velocidade em todo o campo é necessária: escolha a tecnologia PIV como prioridade para medições tridimensionais combinadas com PIV corporal ou PIV analítico.
Foco no comportamento de partículas individuais: Aproveite a tecnologia PTV para melhorar a precisão do rastreamento com câmeras de alta velocidade e algoritmos de aprendizado de máquina.
Monitoramento de campo industrial em tempo real: equilibra custos e necessidades de precisão com base em algoritmos de inversão de borrosidade de movimento.