粒子画像速度測定とは何ですか？

粒子画像速度測定（PIV）は、流体内の粒子の流れを視覚化するために一般的に使用される方法です。 PIVは、多くの場合、研究または教育目的で実施され、科学者が水などの液体の速度と動きを測定できるようにします。粒子画像速度測定にはいくつかのアプローチがあり、新しい技術が開発されるにつれて技術は改善され続けています。

流体の動きを視覚化するために、「トレーサー」と呼ばれる非常に小さな粒子が流れに導入されます。サイズが小さいため、これらのトレーサー粒子は、研究対象の流体とほぼ同一の方法で動作します。 PIVで使用されるトレーサーは、科学者によって照らされる可能性があるため、簡単に表示できます。粒子画像の速度測定は、多くの場合、コンピューターソフトウェアを使用して、可視トレーサーを記録および強化します。

いくつかの異なるトレーサー粒子を使用できます。小さなガラスビーズ、アルミニウムフレーク、およびオイル液滴は、この目的のために実装できる3つの一般的な材料です。SEトレーサーは光を非常によく反射し、流体の視認性を高めます。光の反射は、肉眼で研究することも、分析のためにカメラで捕らえられます。 PIVには光源が十分である可能性がありますが、精度が重要な場合はレーザーが通常使用されます。

フィルム写真は、PIVが最初に開発されたときに粒子の動きを記録する主要な方法でしたが、安価なデジタルカメラの発明により、アナログアプローチが時代遅れになりました。 高解像度のデジタル粒子画像が一般的になりました。一部のコンピュータープログラムは、PIV画像で各トレーサーを自動的に認識して追跡し、液体の動きに関するリアルタイムデータを提供することができます。

標準粒子画像速度測定は、2次元の流体の動きを記録します。 PIVのいくつかのバリエーションは、この機能を強化し、3次元の視覚化を可能にします。このアプローチでは、代わりに2つのカメラを使用します1つ、そしてしばしば立体的なpiv と呼ばれます。特別なコンピューターソフトウェアを使用して、これら2つのカメラからの視点を組み合わせて、新しい視点を作成します。

粒子画像速度測定には多くのアプリケーションがあります。航空宇宙工学の分野で一般的に使用されており、科学者は航空機の翼または他の制御面の上で気流を見ることができます。 PIVは、ヘルスケアコミュニティでも使用されています。体内の体液の動きの研究は、医師が血液循環を視覚化し、新しい医療インプラントを開発するのに役立ちます。さらに、生物学者は時々、粒子画像の速度測定を使用して、魚や他の海の生き物の水泳の動きを研究することもあります。