Phương pháp đo tốc độ của máy phân tích hình ảnh hạt chủ yếu dựa trên công nghệ xử lý hình ảnh kỹ thuật số để tính toán tốc độ bằng cách chụp và phân tích quỹ đạo chuyển động của các hạt trong chất lỏng, với các phương pháp cốt lõi bao gồm vận tốc hình ảnh hạt (PIV), vận tốc theo dõi hạt (PTV) và thuật toán đảo ngược tốc độ dựa trên hình ảnh mờ chuyển động. Sau đây là phân tích về nguyên tắc, cách thực hiện và đặc điểm kỹ thuật:
B5-03=giá trị thông số Ki, (cài 3)
Nguyên tắc:
Đặt các hạt theo dõi (chẳng hạn như các hạt cấp micron) trong chất lỏng, chiếu sáng khu vực đo bằng nguồn ánh sáng laser xung, chụp liên tục hai khung hình bằng máy ảnh tốc độ cao. Sử dụng thuật toán tương quan để tính toán sự dịch chuyển trung bình của các nhóm hạt trong cùng một cửa sổ phán đoán trong hai khung hình, kết hợp với khoảng thời gian phơi sáng để có được trường vận tốc.
Các bước thực hiện:
Phân tán hạt theo dõi: Chọn các hạt có kích thước hạt<50μm để đảm bảo chuyển động của chúng phản ánh tốc độ của chất lỏng.
Chiếu sáng laser: Sử dụng laser xung để tạo thành một mảnh ánh sáng, chiếu sáng mặt phẳng đo lường.
Thu thập hình ảnh: Máy ảnh tốc độ cao chụp hai khung hình ảnh hạt đồng bộ.
Tính toán tương quan lẫn nhau: Thực hiện các phép toán tương quan lẫn nhau trên hình ảnh của các hạt trong cửa sổ phán đoán để thu được vectơ dịch chuyển.
Tính toán vận tốc: Sự dịch chuyển được chia cho khoảng thời gian để có được trường vận tốc.
Đặc điểm kỹ thuật:
Đo lường toàn trường: Trường tốc độ hai hoặc ba chiều có thể thu được đồng bộ.
Không tiếp xúc: Không can thiệp vào trường đối lưu.
Độ chính xác phụ thuộc: nồng độ hạt, kích thước cửa sổ phán đoán và độ chính xác thuật toán tương quan.
Áp dụng kịch bản:
Thích hợp cho các phép đo tốc độ của các dòng chảy phức tạp như dòng chảy hai pha của khí lỏng và trường dòng chảy cháy, chẳng hạn như phép đo tốc độ hạt ngọn lửa đuôi của động cơ tên lửa rắn.
B5-05=giá trị thông số Kd, (cài 2)
Nguyên tắc:
Theo dõi trực tiếp quỹ đạo chuyển động của các hạt riêng lẻ trong trường dòng chảy, tốc độ được tính bằng cách xác định sự thay đổi vị trí của các hạt trong các khung liên tục.
Các bước thực hiện:
Nhận dạng hạt: Sử dụng các thuật toán phát hiện cạnh hoặc học máy để trích xuất các đường viền hạt từ hình ảnh.
Track Tracking: Kết nối cùng một hạt trong một khung liên tục thông qua thuật toán phù hợp khối tâm hoặc xác suất.
Tính toán vận tốc: Nhận vận tốc tức thời dựa trên sự dịch chuyển của hạt và khoảng thời gian.
Đặc điểm kỹ thuật:
Độ chính xác của hạt đơn: có thể thu được tốc độ và gia tốc của từng hạt.
Độ phức tạp tính toán cao: Cần xử lý một lượng lớn dữ liệu quỹ đạo hạt.
Ứng dụng: Thích hợp cho các dòng hạt thưa thớt hoặc các tình huống đòi hỏi độ phân giải không gian cao.
Áp dụng kịch bản:
Được sử dụng trong nghiên cứu hành vi vi động lực học như va chạm hạt, tái hợp, chẳng hạn như phân tích khuếch tán các hạt nano trong dung dịch.
III. Thuật toán đảo ngược tốc độ dựa trên hình ảnh mờ chuyển động
Nguyên tắc:
Bằng cách kiểm soát thời gian phơi sáng của máy ảnh, các hạt chuyển động nhanh tạo thành bóng kéo trong hình ảnh. Sử dụng mối quan hệ hình học giữa chiều dài kéo và thời gian phơi sáng, vận tốc hạt để đảo ngược tốc độ.
Các bước thực hiện:
Kiểm soát thời gian phơi sáng: Chọn thời gian phơi sáng thích hợp (chẳng hạn như cấp micro giây) dựa trên tốc độ chuyển động của hạt.
Thu thập hình ảnh: Lấy hình ảnh hạt có chứa chuyển động mờ.
Phân tích bóng kéo: Độ dài bóng kéo được trích xuất thông qua các thuật toán xử lý hình ảnh như phân chia ngưỡng, phát hiện cạnh.
Đặc điểm kỹ thuật:
Thực hiện chi phí thấp: Không cần hệ thống laser phức tạp, thích hợp cho các trang web công nghiệp.
Giới hạn độ chính xác: phụ thuộc vào điều khiển thời gian phơi sáng và độ chính xác đo chiều dài kéo.
Thời gian thực: Đo tốc độ hạt trực tuyến có thể đạt được.
Áp dụng kịch bản:
Nó được sử dụng để đo tốc độ giọt chất lỏng đầu vào lốc xoáy khí, giám sát trực tuyến tốc độ trung bình cục bộ của các hạt tầng sôi hỗn loạn tuần hoàn, v.v.
Đề xuất lựa chọn:
Yêu cầu phân phối tốc độ toàn trường: Công nghệ PIV được ưu tiên cho phép đo ba chiều kết hợp với PIV thị giác hoặc PIV phân loại.
Tập trung vào hành vi của các hạt đơn: Sử dụng công nghệ PTV, kết hợp với máy ảnh tốc độ cao và thuật toán học máy để tăng độ chính xác theo dõi.
Giám sát hiện trường công nghiệp theo thời gian thực: Dựa trên thuật toán đảo ngược mờ chuyển động, cân bằng chi phí với nhu cầu về độ chính xác.