Echo Velocimetria por Imagem de Partículas
Summary
Um eco partícula imagem velocimetria sistema (EPIV) capaz de adquirir bidimensionais campos de velocidade em fluidos opacos opticamente ou através de geometrias opticamente opacas é descrita, e as medições de validação no fluxo do tubo são relatados.
Abstract
O transporte de massa, momentum e energia em fluxos de fluidos, em última análise determinada por distribuições espaço-temporais do campo de velocidade do fluido. Uma conseqüência, um pré-requisito para a compreensão, previsão e controle dos fluxos de fluidos é a capacidade de medir o campo de velocidade com adequada espacial e resolução temporal. 2 Para medições de velocidade em fluidos opticamente opacos ou através de geometrias opticamente opacos, ecoam velocimetria de partículas de imagem (EPIV) é uma técnica de diagnóstico atrativo para gerar "instantâneas" bidimensionais campos de velocidade. 3,4,5,6 Neste papel, o protocolo de funcionamento de um sistema de EPIV construída através da integração de uma máquina de ultra-som comercial médico 7 com um PC rodando velocimetria de imagem de partículas comercial (PIV) de software 8 é descrito, e medições de validação em Hagen-Poiseuille (ou seja, laminar tubo) fluxo são relatados .
Para a medida EPIVmentos, uma sonda de agrupamento por fase ligada à máquina de ultra-som médico é usado para gerar uma imagem de ultra-som bidimensional pulsando os elementos piezoeléctricos de sonda em momentos diferentes. Cada elemento de sonda transmite um impulso de ultra-som para dentro do fluido, e as partículas de marcadores nos fluidos (de ocorrência natural ou semeado) reflectem ecos de ultra-som de volta para a sonda onde são registados. A amplitude das ondas de ultra-som reflectido e seu tempo de atraso em relação à transmissão, são utilizadas para criar o que é conhecido como modo B (modo de luminosidade) imagens bidimensionais de ultra-som. Especificamente, o tempo de atraso é usado para determinar a posição do dispersor no fluido e a amplitude é utilizado para designar a intensidade do espalhador. O tempo necessário para obter uma imagem B de modo único, t, é determinado pelo tempo que leva para pulsar todos os elementos da sonda phased array. Para a aquisição de várias imagens no modo B, a taxa de quadros do sistema em quadros por segundo (fps) = 1 / e delta; t. (Veja 9 para uma revisão de ultra-sonografia.)
Para uma experiência típica EPIV, a taxa de fotogramas é entre 20-60 fps, dependendo das condições de fluxo e 100-1000 B-modo imagens da distribuição espacial das partículas no fluxo de traçadores foram adquiridos. Uma vez adquirido, as imagens de ultra-som modo B são transmitidos através de uma conexão ethernet para o PC rodando o software PIV comercial. Utilizando o software de PIV, os campos de deslocação das partículas de rastreamento, D (x, y) [pixels], (em que x e y indicam horizontal e vertical, a posição espacial da imagem de ultra-som, respectivamente) foram adquiridos através da aplicação de algoritmos de correlação cruzada para ultra-som sucessivo B- Imagens no modo. 10 Os campos de velocidade, u (x, y) [m / s], são determinados a partir dos campos de deslocamentos, sabendo que o passo de tempo entre pares de imagens, AT [s] e ampliação da imagem, M [metros / pixel ], ou seja, u (x, y) = MD (x, y) / AT. O passo b momentontre imagens AT = 1/fps + D (x, y) / B, em que B [pixels / s] é o tempo que leva para que a sonda de ultra-som para varrer toda a largura da imagem. No presente estudo, M = 77 [um / pixel], fps = 49,5 [1 / s], e B = [25047 pixels / s]. Uma vez adquirido, os campos de velocidade podem ser analisados para calcular as quantidades de escoamento de interesse.
Protocol
Representative Results
Discussion
O protocolo de funcionamento para um sistema de eco de partícula imagem velocimetria (EPIV) capaz de adquirir bidimensionais campos de velocidade em fluidos opacos opticamente ou através de geometrias opticamente opacas foi descrito. A aplicação prática da EPIV é bem apropriado para o estudo dos sistemas industriais de fluxo e biológico, em que o fluxo de fluidos opacos ocorre em uma grande aplicação muitos. O sistema particular aqui apresentado foi propositadamente construídos para estudar as propriedades de …
Divulgations
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Os autores agradecem o apoio da National Science Foundation, CBET0846359, monitor de concessão Horst Henning inverno.
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
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