粒子成像测速
固体火箭发动机尾焰粒子流速测量方法
固体火箭发动机尾焰粒子流速测量方法作者：宫秀良来源：《硅谷》2013年第05期摘要固体火箭发动机的非透明尾焰由固体推进剂燃烧形成，尾焰由气体和固体粒子混合组成。
利用高速CCD相机，激光器研制粒子成像测速测量系统，测量装置完全不介入流场，对固体火箭发动机尾焰粒子流速进行测量，是真正意义上的非接触测量，还具有较高的测量精度。
关键词发动机尾焰；粒子流速；CCD中图分类号：V435 文献标识码：A 文章编号：1671—7597（2013）031-064-02火箭发动机的尾焰通常可以分为：透明和不透明两种尾焰。
液体火箭发动机的尾焰由液体燃料燃烧形成的透明羽流；而固体火箭发动机的非透明尾焰由固体推进剂燃烧形成，尾焰由气体和固体粒子混合组成。
针对不同的羽流流体，其参数测量方法也不相同。
对于非透明火焰（含固体粒子），无需示踪粒子，测量装置完全不介入流场，是真正意义上的非接触测量，还具有较高的测量精度。
本方法利用激光技术的非接触测量，采用图像记录的方式，再经过图像处理技术测试出粒子的运动速度。
1 尾焰粒子流速测量原理由于固体火箭发动机的尾焰可近似为具有轴对称特点的对象。
因为尾焰的对称性而使得其形成的粒子流场具有轴对称的几何特征。
正是因为对如此对称性的考虑，我们可以把三维分布形式的粒子流场转化为其对称轴线的平面来代替整个三维场。
只要我们重建出轴面上的场，就可以根据对称性获得三维空间的粒子流场数值，从而简化了三维场重建问题。
目标所在平面是CCD相机成像的物面。
这样物和像之间就可以建立起一个光学成像模型来描述。
P（x，y）表示目标平面的点，而P1（x1，y1）表示CCD相机记录平面上的点。
P点和P1点之间的距离D可以表示为：如果两次曝光的时间间隔为t，则粒子流速V=D/t。
对多个粒子进行分析，就可以测量所有粒子的流速。
并用矢量标记大小和方向。
粒子成像测速又称粒子图像测速法，是一种瞬态、多点、无接触式的流体力学测速方法。
显微粒子图像测速技术Micro-PIV研究进展
M =10 NA =0.25
2.9 4.3 9.4 18 55
M =20 NA =0.5
2.3 2.8 5.0 9.3 27
M =40 NA =0.6
2.2 2.6 4.3 7.9 23
M =40 NA =0.75
2.2 2.4 3.7 6.4 18
M =60 NA =0.1.4
2.1 2.2 2.6 3.9 10
2
面，获得 2 维粒子图像，只能实现 2 维速度测量。
v
s t
（1）
但由于微器件特征尺度十分微小，对其内部流动进行测量提出了许多新的挑战。因此，与传统 PIV 相 比，Micro-PIV 在粒子图像获取方法、示踪粒子和图像处理三方面存在较大差别[12]，下面将对这三方面差 别及关键技术的最新研究进展进行介绍。
1 引言
近年来，微流动器件(Microfluidic devices)应用成为国内外研究的热点[1,2]，微流动器件结构和功能也越 来越复杂，微流动器件内部的流动行为问题成为了研究的重要内容[3,4]，引起来了广泛关注[5,6]。已有研究 表明，由于流动特征尺度的微小，流体分子间作用力、静电力等表面力效应相对增强，同时流动还受到微 流体器件构型、壁面粗糙度和浸润性等因素影响，微尺度流动行为表现得非常复杂，目前还无法对这些复 杂流动现象进行合理的解释[7,8]。流动可视化技术是微尺度流动研究的重要实验方法[9,10]。显微粒子图像测 速技术(Micro-scale particle image velocimetry, Micro-PIV or µ PIV)是 20 世纪 90 年代发展起来的一种微尺度 流动测量与显示技术[11]，可以实现无干扰、整场、瞬态、定量的微尺度速度场测量，有效测量的尺度范围 为 0.1-100µm[12]，目前已达到相当高的分辨率（<1µ m） ，测速范围从每秒数纳米到数米，成为重要的微流 动研究手段，受到了研究者的广泛关注。目前，其它的微尺度流场测速技术，如磷光显示测速[13]、光漂白 测速[14]、分子标记测速[15]和拉曼散射技术[16]等，只能获得定性研究结果，也被称作流动定性可视化研究， 其分辨率和测量精度都无法和 Micro-PIV 相比。 Micro-PIV 是在 PIV 技术基础上发展起来的，两者基本原理相同，都是通过观测流场中散布的示踪粒 子，获得两副或多幅粒子图像，并对这些粒子图像进行空间相关性分析得到流场速度[17-24]。但是由于两者 的光路设计及组成部件有重大不同，一般认为这是两种相互独立流场测速技术[12,25,26]。最早的利用示踪粒 子进行微流动可视化研究的技术也被称作微尺度粒子跟踪技术(Micro-scale particle tracking, PTV)[27]，最初 被应用于生物和医学研究中[28]。利用 PTV 技术，Taylor 等人[29]和 Brody 等人[30]使用超荧光显微镜对直径 900nm 的荧光示踪粒子进行长时间照明观测，获得粒子运动轨迹图像。这种方法获得的速度场具有不准确
粒子成像测速图像的模糊聚类识别
粒子成像测速图像的模糊聚类识别
双凯;董守平
【期刊名称】《中国石油大学学报（自然科学版）》
【年(卷),期】2000(024)006
【摘要】聚类是流体运动的基本规律,聚类由几个相邻的粒子开始.随着流体的运动,粒子簇在第二次曝光时改变其形状及位置,通过模糊聚类可获得粒子运动的规律.应用聚类分析方法可改善非标识PIV图像的处理效率.将粒子运动轨迹追踪算法应用于PIV图像分析,取得了较好的效果.
【总页数】4页(P66-68,71)
【作者】双凯;董守平
【作者单位】石油大学机电工程系,北京,102200;石油大学机电工程系,北
京,102200
【正文语种】中文
【中图分类】TP753
【相关文献】
1.多光谱成像的粒子图像测速 [J], 胡文斌;马志敏;田猛;赵小红;胡向阳
2.用于层析粒子图像测速的模拟粒子场成像 [J], 张小航;曾波;李少甫;刘艺
3.显微粒子图像测速技术——微流场可视化测速技术及应用综述 [J], 申峰;刘赵淼
4.三维粒子成像测速(PIV)中粒子像斑定位的透视成像原理、方法及其可确定性讨论 [J], 董守平
5.近红外成像的便携式大尺度粒子图像测速仪 [J], 张振;严锡君;樊棠怀;王鑫;徐立中
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基于量子滤光及跟踪算法的火箭发动机尾焰粒子测速方法研究
第 31 卷第 16 期2023 年 8 月Vol.31 No.16Aug. 2023光学精密工程Optics and Precision Engineering基于量子滤光及跟踪算法的火箭发动机尾焰粒子测速方法研究郭宸1，常胜利1，2*，张文杰1，肖广益2，王飞1，2，鲍桐2（1.湖南工业大学轨道交通学院湖南株洲 412007；2.湖南大学物理与微电子科学学院湖南长沙 410082）摘要：粒子喷射速度的测速是火箭发动机结构改进设计极其重要的依据。
但是由于火箭发动机尾焰喷射速度快、背景辐射强，传统的滤光器件（滤光片）与运动目标检测算法无法适用。
针对上述问题，本文采取新型量子滤光技术，利用量子高信噪比，低背景噪声的特点，以原子滤光器为核心，将超窄带量子滤光技术应用到粒子图像测速法（Particle Image Ve⁃locimetry， PIV）中，组成量子滤光PIV系统，滤光带宽可窄至GHz量级。
同时基于量子滤光PIV系统提出了一种新的基于图像灰度互相关的虚拟粒子图像示踪算法，该算法通过对虚拟粒子的标记跟踪而表征实际粒子的运动轨迹，达到测量粒子速度的目的。
经外场试验表明：量子滤光技术抑制复杂背景干扰强，相较于传统滤光器件信噪比提高了30 dB，滤光效果明显；该算法准确性高，粒子测速误差低于0.5 m/s，计算测量精度优于0.06%。
同时，相关系统已经在国家相关研究单位获得应用。
关键词：火箭发动机；粒子喷射速度；量子滤光；示踪算法；信噪比；测量精度中图分类号：TP391.41 文献标识码：A doi：10.37188/OPE.20233116.2352Research on velocity measurement method of rocket engine tail flame particle based on quantum filter and tracking algorithm GUO Chen1，CHANG Shengli1，2*，ZHANG Wenjie1，XIAO Guangyi2，WANG Fei1，2，BAO Tong2（1.College of Railway Transportation， Hunan University of Technology， Zhuzhou 412007， China；2.School of Physics & Electronics， Hunan University， Changsha 410082，China）* Corresponding author， E-mail： slchang@Abstract：Measuring the ejected particle’s velocity is crucial for rocket motor development design.Be⁃cause of the intense light background radiation of the rocket motor flame， the conventional filter device and moving object detection algorithm cannot be used. To address these problems， this study presents a novel quantum filter technology.Considering the characteristics of quantum high signal-to-noise ratio and low background noise， taking the atomic filter as the core， the ultra-narrow band quantum filter technology is applied to particle image velocimetry （PIV）， which makes up the quantum filter PIV system. The filter bandwidth is on the order of magnitude of MHz to GHz. Simultaneously， based on the quantum filter PIV system，a new virtual particle image tracer algorithm based on image gray cross-correlation is proposed.文章编号1004-924X（2023）16-2352-10收稿日期：2022-11-01；修订日期：2022-12-11.基金项目：横向项目资助（No. JH20219447051）第 16 期郭宸，等：基于量子滤光及跟踪算法的火箭发动机尾焰粒子测速方法研究This algorithm obtains the trajectory of particle motion by tracking and marking to characterize the particle motion in the flow field. The results indicate that the quantum filter technology exhibited strong suppres⁃sion of complex background interference， the signal-to-noise ratio was improved by 30 dB compared with the conventional filter device，and the filtering effect was significant.The algorithm had high accuracy，the particle velocity measurement error was less than 0.5 m/s， and the calculation measurement accuracy was better than 0.06%. The relevant system had already been used in national research institutes.Key words： rocket motor；ejected particle′s velocity；quantum light filter；tracer algorithm；signal-to-noise ratio； precision of measurement1 引言通过近50年来的建设和发展，我国虽然在火箭发动机技术［1］上达到了较高的水准，尤其是在导弹拦截、探空火箭、运载火箭和卫星上的应用取得了显著的成果，但是由于我国火箭发动机技术起步晚，底蕴比较浅薄，相关成果较少，与国外有显著差距，迫切需要促进相关技术的提升。
离焦数字粒子图像测速中粒子中心检测方法
ｖ ｄ ｄ ｉ ｔ ｅ ｅ ａ ｖ ｒａ ｐ ｎ ｕ — ｅ ｉ ｎ ，ａ ｄ ｔ ｅ ｐ ｒ ｉｌ ｄ ｅ ｒ ｅ ｅ ｔ ｄ ａ ｄ ｔ ｉ ｎ ｄ ｉ ｅ ｎ ｏ ｓ ｖ ｒ ｌ ｏ ｅ ｌ ｐ ｉ ｇ ｓ ｂ ｒ ｇ ｏ ｓ ｎ ｈ ａ ｔｃｅ ｅ ｇ ｓ ａ ｅ ｄ ｔ ｃ ｅ ｎ ｈ ｎ ｅ ． Ｓ ｃｎ ｌ ｅ ｏ ｄ ｙ，ｔ ｅ ｃ ｒ ｕ ａ ｕ ｈ ｔ ａ ｓ ｏ ｍ ｎ ｈ ｉｒ ｒ ｈ ｃ ｌｐ ｒ ｉｌ ｅ ｅ ｔｏ ｔ ｏ ｓ ｄ ｔ ｈ ｉｃ ｌ ｒ Ｈｏ ｇ ｒ ｎ ｆ ｒ ａ ｄ ｔ ｅ ｈ ｅ ａ ｃ ｉａ ａ ｔｃｅ ｄ ｔ ｃ ｉ ｎ ｍｅ ｈ ｄ ｕ ｅ ｏ
直线 ｚ 的截 距 ； ， ） Ｄ 空间平 面坐标 。 （ 为２ 同理 ，
在２ Ｄ空 间平 面 内可获 得 圆上所 有点对 应 的有 向直
线。 在理 想情 况下 ， 这些 有 向直 线将交 于一 点 ， 点 交 即 为 目标 圆 的圆心 。 沿直 线 方 向对 线上 每一 点相 交 的直 线数 进行 累加 ， 由这 些 有 向直线上 的全部 累 加 点构 成 的空 间 即为 Ｃ ＨＴ 变换 空 间 ， 内任 一 点 的 其 值 均表 示 属 于 同一 目标 圆 的点 的个 数 。由上 述 可
检 测 方 法可 获 取 无 重 叠 粒 子 、 遮挡 粒 子 和被 遮 挡 粒 子 的 中 心位 置 。最后 ， 本 文 方 法分 别 进 行 了仿 真 和 实验 。实 对
基于数字粒子图像测速的水雾粒径测量算法及实验
第6卷 第3期2013年6月 中国光学 Chinese Optics Vol.6 No.3June 2013 收稿日期:2012⁃12⁃21;修订日期:2013⁃01⁃23 基金项目:国防预研基金资助项目(No.1010502020202)文章编号 1674⁃2915(2013)03⁃0408⁃07基于数字粒子图像测速的水雾粒径测量算法及实验杜永成,杨 立∗,刘 天(海军工程大学船舶与动力学院,湖北武汉430033)摘要:针对利用传统数字粒子图像测速(DPIV)法测量水雾粒径时粒子影像拉长对测试结果的影响,提出了基于DPIV 建立的改进图像法(IIM)。
设计了水雾粒径测量试验系统,对细水雾进行实时测试,并对比了采用本文算法与直接等效法测试水雾粒径子半径的差异。
结果表明:采用本文的IIM 得到的测试结果更为准确。
通过最小二乘法对粒径分布进行拟合,发现对数正态分布函数和威布尔函数都可以较好地描述粒径分布。
关 键 词:细水雾;粒径测量;数字粒子图像测速;粒径分布中图分类号:TH821;TK421.43 文献标识码:A doi:10.3788/CO.20130603.0408Algorithm and experiment on droplet sizing based on DPIVDU Yong⁃cheng,YANG Li ∗,LIU Tian(College of Naval Architecture and Power ,Naval University of Engineering ,Wuhan 430033,China )∗Corresponding author ,E⁃mail :lyang 39@Abstract :When traditional Digital Particle Image Velocimetry(DPIV)is used to measure water spray parti⁃cles,the elongated image from a common CCD will effect the measuring results.To eliminate the effect of the elongated image of water spray particles,an Improved Image Method(IIM)was built based on DPIV.An ex⁃periment system was designed to make a real⁃time test for the water spray,by which the difference of measured particle sizes obtained by the improved image method and the direct equal method was contrasted.The results show that the algorithm used in this paper is more available to measure the radius of water spray particle.Theradius distribution curve is fitted by least square method,which shows that both the lognormal function and Weibull function can describe the radius distribution well.Key words :water spray;droplet sizing;Digital Particle Image Velocimetry(DPIV);radius distribution1 引 言 细水雾在灭火降燥、除尘增湿等诸多领域有着重要应用,此外,其在舰艇红外隐身领域的应用也引起人们高度重视,因此,获取准确、实时的粒径谱和数密度对细水雾的应用研究非常重要[1]。
基于数字粒子图像测速的水雾粒径测量算法及实验_杜永成
。 相位多普勒
粒子分析仪（ Phase Doppler Particle Analyzer， 简记 PDPA） 是两相流粒度测试中应用较多的方法， 但 该技术只能实现同一时刻的单点测量
［4 ， 6 ］
， 同时，
也存在着设备昂贵的问题。由于计算机图像处理 技术的飞速发展， 近年来数字粒子图像测速 （ Digital Particle Image Velocimetry， 简记 DPIV ） 技术引 起了粒度测试研究者的广泛重视 。 DPIV 是上世纪末及本世纪初发展成熟的一 项跨学科流场诊断技术， 它分别应用和发挥了激 光技术、 图像和信息处理技术、 计算机技术和近代 光学技术的最新成果
第6 卷
第3 期
2013 年 6 月 2915 （ 2013 ） 03040807 文章编号 1674-
中国光学 Chinese Optics
Vol． 6
No． 3
June 2013
基于数字粒子图像测速的水雾粒径 测量算法及实验
* 杜永成， 杨 立 ， 刘 天
（ 海军工程大学 船舶与动力学院， 湖北 武汉 430033 ）
［4 ］ ［23 ］
， 这些方法的测试
滴速度的设备是相同的， 都是以激光片光照射雾 场， 采用高分辨率的 CCD 摄像头在大光圈系数下 拍摄得到雾滴图像， 再以 MATLAB 为平台， 通过 数字图像处理技术获取雾滴信息 。不同的是前者 通过粒子识别分析提取粒径信息， 而后者通过互 获取水 相关算法等分析短暂间隔内的两幅图像， 雾的速度场。 两者在图像处理方面是迥然不同 本文重点考虑的是使用简单设备 ， 如家庭用单 的， 反相机， 作为图像采集设备时所产生的问题 。 2． 1 粒径公式推导 图像区域实际尺寸可根据变焦换算获得： 设 物距为 L， 图像的垂直高度为 h， 水平长 焦距为 f， 度为 l， 则拍摄区域的水平长度 dx 和垂直高度 dy 可表示为： dx = lL hL ，dy = ． f f （ 1）
粒子图像测速互相关中亚像素位移定位的改进方法
粒子图像测速互相关中亚像素位移定位的改进方法第一章：引言- 研究背景- 研究意义- 文章结构第二章：粒子图像测速（Particle Image Velocimetry, PIV）简介- PIV原理- PIV系统构建- PIV数据处理第三章：互相关算法及其存在的问题- 互相关算法原理- 亚像素位移定位问题- 互相关算法存在的问题第四章：改进的互相关算法- 基于插值的亚像素位移定位方法- 基于重叠区域的滑动窗口互相关算法- 比较分析改进算法与传统算法第五章：实验与分析- 实验流程- 实验结果分析- 结论与展望第六章：结论- 文章主要贡献- 可能存在的局限性- 进一步研究的建议第一章：引言研究背景：随着精密制造技术和精密测量技术的不断发展，实验测量技术得到了广泛的应用。
粒子图像测速（PIV）技术是一种常用的非接触式测量流场速度的方法。
PIV技术通过先对流场内的流体进行标记，然后利用两个不同时间间隔内的流场图像进行对比，最终得到流场速度场分布。
然而，由于PIV技术采用的是像素级别的图像采集和处理方法，因此在像素级别上存在位置测量误差，这使得精度受到了限制。
研究意义：为了提高PIV技术的精度和准确性，在PIV技术的研究中，亚像素位移定位技术是一个重要的挑战。
互相关算法是一种广泛应用的位移测量方法，被广泛应用于PIV算法的亚像素位移定位中。
然而，传统的互相关算法存在着一些问题，例如：由于互相关算法是基于像素级别的方法，因此在像素尺度上无法进行亚像素位移测量，这限制了PIV技术的精度和准确性。
因此，本文将探讨基于插值的亚像素位移定位方法和基于重叠区域的滑动窗口互相关算法，以提高PIV技术的测量精度和准确性。
文章结构：本文将包括五个章节：第一章：引言，主要介绍了PIV技术及其测量精度的限制，以及本文研究的意义和阐述了文章的结构。
第二章：将介绍PIV技术的基本原理、系统构建、数据处理等方面的知识。
第三章：将介绍互相关算法及其存在的问题，包括亚像素位移定位问题等。
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在实际的应用中,根据所使用PIV设备参数（激光强度， 照机分辨率等）和测量流场的具体情况，选择适合于 具体问题的示踪粒子来得到较好的图像质量，才能通 过图像后处理，提取出比较精确的测量结果。目前国 内外很多人都对各种不同类型的粒子进行了广泛的研 究，使得各领域流场测试结果更精确，更符合实际流 场情况。根据示踪粒子的不同，应用于空气流中的散 播设备可大致分为三种：一种是用来产生油粒子的， 其核心部件是拉斯金喷（Laskin nozzle）；一种是适 用于固体粉末的，利用喷雾器来形成具有均匀粒子的 喷雾；还有一种是用来产生皂泡的系统，皂泡的运用 能够增大观察区域（FOV）。
在目前的实际应用中，PIV已经成功 的应用在很多流场测试中，并取的了重 大的突破。如在风洞试验中的流场测试， 超音速喷流瞬时的流畅测量，船体模型 周围流场分部的测试等等。PIV在研究瞬 态流动中提供了一个强而有力的手段。
1、/share/225371584/3289960 360 2、/zxxw/2013-0615/358.htm l 3、/link?url=Ky61w93DVl1JurKuY4G8nRIC8QSF_gmHxpGeGGhp_bZd7KrO29VsoSE4WGGUe1db6ITbAvPYGsBxAIAykIYyOds05 tYRh6AtSX0kO5e
激光在产生后通过一些光学镜的反 射、折射后，汇集成所需强度的激光束， 这一激光束再通过一些按照一定顺序和 规律排列的光学透镜，最终形成照亮观 察区域的片光。下图为利用透镜形成片 光的原理图。
PIV 的图像记录方式可以分为两大类：单 帧/多曝光PIV( single frame /mu lti - exposure PIV)和多帧/ 单曝光PIV（multi - frame/ s ingle exposure PIV），如图所示。单帧/多曝光PIV 通过在很短的时间内照相，获得明显的流线斑 图，再通过图像处理，就能得到流场信息。但 这种方式仍然存在一些缺陷，在对其进行处理 时比较复杂。相反，随着数字图像Байду номын сангаас录方式的 进步，多帧/单曝光PIV显示出其独特的优势， 在高速甚至高超音速的领域有更好的表现。
通过相机采集到PIV图像后，就要利用合适的算法 将图片中的有用信息提取出来（主要是粒子的位移）。 当粒子浓度较低时，因为可以肉眼分辨出每一个粒子， 就能够利用手动的方式来提取出粒子位移参数，这种 建立在低密度情况下的形式可以形象的表述为对粒子 的追踪办法，因此可称为“粒子追踪测速”（PTV）。 这种方法一般是在早期计算机技术不发达的时候所采 用的，如今计算机强大的计算能力使得自动和快速的 得出流场信息成为了可能。如今的PIV算法，大部分都 是采取互相关技术，这种算法主要是用来对单帧/ 多曝 光PIV图像进行处理，PIV Challenge还对粒子跟踪技 术和互相关算法进行了比较。本文主要讨论互相关算 法。
PIV 系统在对流场速度进行测试时，实际上是通 过测量流场中示踪粒子的位移来间接得到流体质 点的位移，从而推算出质点的瞬时速度，得到流 场信息。因此，示踪粒子是否能够准确的反映实 际流体质点的位置决定了PIV测试系统的准确性。 如果流体的密度同示踪粒子的密度不相同，就会 由于重力的影响而对测量结果造成误差。因此示 踪粒子必须要足够小，才能保证良好的跟随性， 但是又不能太小使其光反射性能无法满足相机的 要求，而降低了其成像可见性。
关键词：粒子成像测速（PIV）；光学测量
PIV作为一种非介入式全场技术，是从80年代初 第一次在文献中出现后开始发展的。起初的PIV技术 应该说是从激光散斑干涉测量技术发展而来的。激光 散斑干涉技术（Laser Speckle Interferometry）原先 是用于工程结构中的，可以检测复合材料材料的变形， 得到材料的热膨胀系数。其基本原理是通过双曝光得 到散斑图，经图像处理后提取出所需要的信息。在过 去20多年里，随着光学，激光，电子，摄像和计算机 科学技术的进步，PIV经历了从模拟技术到数字技术 的转变，已经发展成为一种比较成熟的具有自己特色 的流场测试方法。下图所示是光学速度测量技术的进 展，可以看出，光学测量是从单点到二维再到三维的 实现。随着技术的进步，利用立体、多域、全息甚至 是断层技术来实现复杂流场的全场观测已经成为可能。
PIV是一种基于光学的速度测量技术， 主要是通过在流体中加入跟随流体运 动的示踪粒子，这些粒子在流经一个 特定平面时被连续照亮两次，利用照 相技术将被照亮的粒子记录起来，通 过图像的后处理，就能够得到粒子在 两次照亮的时间间隔中的位移，从而 得出流体的速度场。
PIV系统由硬件和软件两部分组成，硬件 部分主要包括控制电路、CCD(CMOS)相机、 光源、图像采集电路、采集图像所用的计算 机和抓取同步信号的计算机等。软件部分包 括系统的控制软件和分析软件。控制软件主 要包括进行图像采集的控制程序和同步程序 以及比例标定程序。分析软件由两部分组成： 一部分是粒子图像处理和分析，第二部分是 流场速度矢量的实现和修正。
下图是PIV应用的简单原理图。散播在流场 中的跟随性及反光性良好的示踪粒子，由激光光 束首先入射到一组球面透镜上，经聚焦后通过全 反射镜至一组可调的柱面透镜形成具有一定厚度 的片光，照亮流场中特定的区域，此时经过此区 域的示踪粒子被照亮，通过CCD（CMOS）成 像设备进行成像。对这个特定的区域在一定时间 间隔内利用激光脉冲连续照亮两次，就能得到粒 子在第一次照亮时间t 和第二次照亮时间t’的两 个图像，对这两幅图像进行互相关分析,就能得 到流场内部的二维速度矢量分布。
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我们可以简单的对其数学模型进行 描述。假设流场中某一示踪粒子在二维 平面上运动，其在x，y 两个方向上的 位移随时间的变化为x(t),y(t),是时间t 的 函数，那么，该示踪粒子所在处的流体 质点的二维流速可以表示为公式2.1
PIV技术就是通过测量示踪粒子的瞬 时平均速度实现对二维流场的测量。左图 是单个流体质点的位移示意图，右图是示 踪粒子移动示意图，通过测量多个示踪粒 子的瞬时平均速度就可以实现对二维流场 的测量。
粒子成像测速
粒子成像测速（ParticleImageVelocimetry,PIV） 作为一种新的流场测试技术，不同于传统的热线、 探针、雷达等测速方法，是能够在不扰乱流场的 情况下（非介入），迅速地捕捉到整个流场速度 信息的测量技术。它的出现为复杂流场的研究提 供了更直接有效的方法。本PPT主要介绍了粒子 成像测速方法的工作原理，核心技术，讨论了 PIV 技术的发展趋势。
示踪粒子投入到流场中后，必须被照亮后 才能被相机记录下来，因此对流场的照明也是 PIV 核心技术之一。而激光作为一种高能量密 度的单色光源，能够轻松地汇集成质量较好的 薄光片照明流场而不产生色差，是适用于PIV 优质光源。根据不同的应用场合，可以选取不 同的激光来更好的实现，一些经常被选用的激 光如下：氦-氖激光（λ=633nm）、铜蒸汽激 光（λ=510nm,578nm）、氩离子激光 （λ=514nm,488nm）、红宝石激光 （λ=694nm）以及半导体激光。