הד Velocimetry תמונת חלקיקים
Summary
Velocimetry מערכת הד חלקיק תמונה (EPIV) מסוגלת לרכוש שדות דו ממדים של מהירות בנוזלים אופטיים אטומים או באמצעות גיאומטריות אופטיות אטומות מתוארת, ומדידות אימות בזרימת צינור מדווחות.
Abstract
ההובלה של מסה, תנע ואנרגיה בזורמת נוזל נקבעה סופו של דבר על ידי חלוקת חלל ובזמן של שדה מהירות הנוזל. 1 כתוצאה מכך, תנאים הכרחי להבנה, ניבוי, ובקרה על זרימת נוזל הוא היכולת למדוד את שדה המהירות עם מספיק מרחב ו החלטה זמנית. 2 למדידות מהירות בנוזלים אופטיים אטומים או באמצעות גיאומטריות אופטיות אטומות, הד velocimetry תמונת החלקיקים (EPIV) היא טכניקת אבחון אטרקטיבית ליצירת שדות "מיידיים" דו ממדים של מהירות. 3,4,5,6 בזה נייר, פרוטוקול הפעלה למערכת EPIV נבנתה על ידי שילוב של מכשיר אולטרסאונד רפואי עסקי 7 עם מחשב פועל velocimetry המסחרי חלקיק תמונה (PIV) תוכנה 8 מתוארת, ומדידות אימות באגן-Poiseuille (כלומר, עלעלי צינור) הזרימה מדווח .
למידת EPIVמפעלים, בדיקת מערך מדורג מחוברת למכשיר אולטרסאונד הרפואי משמשת ליצירת תמונת אולטרסאונד דו ממדית על ידי פועם אלמנטי הבדיקה פיזואלקטריים בזמנים שונים. כל רכיב חללית משדר דופק אולטרסאונד לנוזל, וחלקיקים נותבים בנוזל (או באופן טבעי או seeded) משקפים אולטרסאונד הדים חזרה לחללית שבו הם נרשמו. המשרעת של הגלים המוחזרים אולטרסאונד ולעכב את זמנם ביחס להעברה המשמשת ליצירה מה שמכונה B-mode (מצב בהירות) תמונות אולטרסאונד דו ממדים. באופן ספציפי, עיכוב הזמן משמש כדי לקבוע את המיקום של scatterer בנוזל ומשרעת משמש להקצאת עצמה לscatterer. הזמן הנדרש לקבלת תמונה אחת ב-מצב, לא, נקבע על ידי הזמן שלוקח לדופק כל האלמנטים של בדיקת המערך המדורג. לרכישת מספר רבים של תמונות ב-mode =, קצב פריימים של המערכת במסגרות לשנייה (fps) 1 / & דהLTA; לא. (ראה 9 לביקורת של הדמית אולטרה סאונד).
לניסוי EPIV טיפוסי, במסגרת השיעור שבין 20-60 FPS, תלוי בתנאי זרימה, ו100-1000 תמונות ב-mode של ההתפלגות המרחבית של החלקיקים נותבים בזרימה נרכשת. רכש פעם אחת, את תמונות אולטרסאונד B-mode משודרות באמצעות חיבור Ethernet למחשב פועל תוכנה המסחרית PIV. שימוש PIV התוכנה, שדות עקירת חלקיקים נותבים, D (x, y) [פיקסלים], (שבו x ו-y מציינים מיקום במרחב אופקי ואנכי בתמונת אולטרסאונד, בהתאמה) נרכשים על ידי יישום אלגוריתמי מתאם צולבות לאולטרסאונד ברציפות ב- תמונות מצב. 10 בשדות המהירים, u (x, y) [מ / ש], נקבעים משדות העקירות, בידיעת צעד הזמן בין זוגות תמונה, ΔT [s], והגדלת תמונה, ז [המטר / פיקסל ], כלומר, u (x, y) = MD (x, y) / ΔT. ב צעד הזמןetween התמונות ΔT = 1/fps + D (x, y) / B, שבו ב '[פיקסלים / s] הוא הזמן שלוקח לבדיקת אולטרסאונד כדי לטאטא לרוחב התמונה. במחקר הנוכחי, M = 77 [מיקרומטר / פיקסל], fps = 49.5 [1 / s], ו-B = 25047 פיקסלים [/ s]. רכש פעם, שדות המהירות ניתן לנתח לחשב כמויות זרימה של ריבית.
Protocol
Representative Results
Discussion
הפרוטוקול פועל velocimetry מערכת הד חלקיק תמונה (EPIV) מסוגלת לרכוש שדות דו ממדים של מהירות בנוזלים אופטיים אטומים או באמצעות גיאומטריות אופטיות אטומות תואר. יישום מעשי של EPIV מותאם היטב לחקר מערכות זרימה תעשייתיות וביולוגיות, שבו זרימת נוזלים אטומים מתרחשת ביישום רב מאוד. ה…
Divulgations
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
החוקרים מכירים תודה תמיכה על ידי הקרן הלאומי למדע, CBET0846359, מענק צג הורסט הנינג החורף.
Materials
| Name of the reagent | Company | Catalogue number | Comments (optional) |
| Ultrasound Machine | GE | Vivid 7 Pro | |
| Linear Ultrasound Array | GE | 10 L | |
| DC Water Pump | KNF | NF 10 KPDC | |
| Vector Processing Software | Lavision | DaVis 7.2 | |
| Post Processing Software | Mathworks | MATLAB 7.12 | |
| Acrylic Tubing | McMaster-Carr | 8486K531 | |
| Ultrasound Gel | Parker | Aquasonic 100 |
References
- White, F. M. . Fluid Mechanics. , (1994).
- Hak, M. G. a. d. -. e. l. . Flow Control: Passive, Active, and Reactive Flow Management. , (2000).
- Kim, B. H., Hertzberg, J. R., Shandas, R. Development and validation of echo PIV. Exp. Fluids. 36, 455-462 (2004).
- Zheng, H., Liu, L., Williams, L., Hertzberg, J. R., Lanning, C., Shandas, R. Real time multicomponent echo particle image velocimetry technique for opaque flow imaging. Appl. Phys. Lett. 88, 261915 (2006).
- Beulen, B., Bijnens, N., Rutten, M., Brands, P., van de Vosse, F. Perpendicular ultrasound velocity measurement by 2D cross correlation of RF data. Part A: validation in a straight tube. Exp. Fluids. 49, 1177-1186 (2010).
- Poelma, C., Mari, J. M., Foin, N., Tang, M. -. X., Krams, R., Caro, C. G., Weinberg, P. D., Westerweel, J. 3D Flow reconstruction using ultrasound PIV. Exp. Fluids. 50, 777-785 (2011).
- GE VINGMED ULTRASOUND A/A. . Vivid 7/Vivid 7 PRO User’s Manual. , (1988).
- Szabo, T. . Diagnostic Ultrasound Imaging: Inside Out. , (2004).
- Raffel, M., Willert, C., Wereley, S., Kompenhans, J. . Particle Image Velocimetry: A Practical Guide. , (2007).
