입자 이미지 Velocimetry 에코
Summary
광학 불투명 유체 또는 광학적으로 불투명 한 형상을 통해 속도의 2 차원 필드를 습득 할 수있는 에코 입자 이미지 velocimetry (EPIV) 시스템이 설명되어 있으며, 파이프 흐름 검증 측정은보고됩니다.
Abstract
질량, 운동량 및 유체 흐름의 에너지의 수송은 궁극적으로 유체 속도 필드의 spatiotemporal 분포에 의해 결정됩니다. 1 따라서, 이해 전제 조건은 예측 및 유체 흐름을 제어하는과 속도 필드를 측정 할 수있는 기능입니다 공간적 적절하고 시간적 해상도를 제공합니다.이 광학적으로 불투명 유체 또는 광학적으로 불투명 한 구조를 통해 속도 측정은 입자 이미지 velocimetry (EPIV)는 속도의 "순간"2 차원 필드를 생성 할 수있는 매력적인 진단 기술입니다 커진다.이에 3,4,5,6를 종이, 하겐 – Poiseuille의 운영 소프트웨어 8이 설명되어 상업적 입자 이미지 velocimetry (PIV)를 실행하는 PC와 상업 의료 초음파 기계 7 통합하여 구축 EPIV 시스템에 대한 프로토콜 및 검증 측정 (즉, 판상 파이프) 흐름보고 .
EPIV 측정을위한ments, 의료 초음파 기계에 연결된 단계적 배열 프로브는 서로 다른 시간에 압전 프로브 요소를 pulsing하여 2 차원 초음파 이미지를 생성하는 데 사용됩니다. 각 프로브 요소는 유체에 초음파 펄스를 전송하고, 유체 (자연적으로 발생 또는 시드 중)의 추적 입자는 다시 그들이 기록 프로브에 초음파 울림을 반영합니다. 전송에 상대적인 반사 초음파 파도와 시간 지연의 진폭은 B-모드 (밝기 모드) 2 차원 초음파 이미지로 알려져 있습니다 무엇 만드는 데 사용됩니다. 특히, 시간 지연은 유체에 scatterer의 위치를 결정하는 데 사용되며 진폭이 scatterer에 강도를 지정하는 데 사용됩니다. 하나의 B-모드 이미지, t를 취득하는 데 필요한 시간은 그것이 단계적으로 배열 프로브의 모든 요소를 펄스 걸리는 시간에 의해 결정됩니다. 여러 B-모드 이미지, 초당 프레임 시스템의 프레임 속도 (FPS) = 1 / & 드를 인수에 대한lta, t. (초음파 영상의 검토를 위해 9 참조).
전형적인 EPIV 실험의 경우 프레임 속도는 20-60 흐름 조건에 따라 프레임, 그리고 흐름의 추적 입자의 공간 분포 100-1000 B-모드 이미지 사이을 찾았습니다. 일단 인수 B-모드 초음파 이미지는 PIV 상용 소프트웨어를 실행하는 PC에 이더넷 연결을 통해 전송됩니다. PIV 소프트웨어, 추적 입자 변위 필드, D를 (X, Y) [픽셀]를 사용 (여기서 x와 y는 각각 초음파 이미지에 수평 및 수직 공간 위치를 나타냅니다) 연속 초음파에 간 상관 관계 알고리즘을 적용하여 취득 아르 B- 모드 이미지 10. 속도 분야, U (X, Y) [m / s의] 이미지 쌍 사이의 시간 단계를 알고, 변위 분야에서 결정됩니다, ΔT [S] 및 이미지 확대, M [m / 픽셀 ], 즉, U (X, Y) = MD (X, Y) / ΔT. 시간 b 단계etween 이미지 ΔT = 1/fps + D (X, Y) / B, B는 [픽셀 / s는] 초음파 프로브는 이미지 너비에 걸쳐 청소하는 데 걸린 시간입니다. 본 연구에서, M = 77 [μm / 픽셀], 프레임 = 49.5 [1 / S], 그리고 B = 25047 [픽셀 / s의]. 일단 인수 속도 필드가 관심의 흐름 수량을 계산하는 분석 할 수 있습니다.
Protocol
Representative Results
Discussion
광학 불투명 유체 또는 광학적으로 불투명 한 형상을 통해 속도의 2 차원 필드를 습득 할 수있는 에코 입자 이미지 velocimetry (EPIV) 시스템에 대한 운영 프로토콜은 설명했다. EPIV의 실용적인 응용 프로그램은 불투명 유체의 흐름이 많은 응용 프로그램에 발생하는 산업 및 생물 흐름 시스템의 연구에 적합합니다. 여기에 제시된 특정 시스템은 의도적으로 리그 노 셀룰로오스 성 에탄올의 생산에 사?…
Divulgazioni
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
저자는 굉장히 국립 과학 재단 (National Science Foundation), CBET0846359, 교부금 모니터 호르스트 헤닝 겨울의 도움을 인정합니다.
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 |
Riferimenti
- 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).
