Echo Particle Image Velocimetry
Summary
Una particella Image Echo velocimetria (EPIV) sistema in grado di acquisire bidimensionali campi di velocità nei fluidi otticamente opachi o attraverso geometrie impenetrabili è descritto, e le misure di convalida del flusso del tubo sono segnalati.
Abstract
Il trasporto di massa, quantità di moto ed energia nel fluido è determinata in ultima analisi da distribuzioni spazio-temporali del campo di velocità del fluido. 1 Di conseguenza, un prerequisito per la comprensione, previsione e controllo dei flussi dei fluidi è la capacità di misurare il campo di velocità con un adeguato spaziale e risoluzione temporale. 2 Per misure di velocità nei fluidi otticamente opachi o attraverso geometrie otticamente opache, echo Particle Image Velocimetry (EPIV) è una tecnica diagnostica attraente per generare "istantaneo" bidimensionali campi di velocità. 3,4,5,6 In questo carta, il protocollo operativo per un sistema EPIV costruito integrando una macchina commerciale ultrasuoni medico 7 con un PC commerciale velocimetry immagini di particelle (PIV) è descritto il software 8, e le misure di convalida di Hagen-Poiseuille (cioè laminare tubi) di flusso sono riportati .
Per la misura EPIVmenti, una sonda phased array collegato alla macchina ad ultrasuoni medico viene utilizzato per generare una immagine bidimensionale ad ultrasuoni facendo pulsare elementi piezoelettrici sonda in tempi diversi. Ogni elemento sonda trasmette un impulso ad ultrasuoni nel liquido, e particelle traccianti nel fluido (sia naturale o seminate) riflettono ultrasuoni echi torna alla sonda in cui sono registrati. L'ampiezza delle onde ad ultrasuoni riflesse e loro ritardo relativo alla trasmissione sono utilizzati per creare il cosiddetto B-mode (modalità luminosità) bidimensionali immagini ecografiche. Specificatamente, il tempo di ritardo viene utilizzato per determinare la posizione del diffusore nel fluido e l'ampiezza è utilizzato per assegnare intensità al diffusore. Il tempo necessario per ottenere una singola immagine di modo B, t, è determinata dal tempo necessario per pulsare tutti gli elementi della sonda phased array. Per l'acquisizione di più immagini B-mode, la frequenza dei fotogrammi del sistema in fotogrammi al secondo (fps) = 1 / & delta, t. (Vedi 9 per una rassegna di immagini ecografiche.)
Per un tipico esperimento EPIV, il frame rate è tra 20-60 fps, a seconda delle condizioni di flusso, e 100-1000 B-mode immagini della distribuzione spaziale delle particelle traccianti nel flusso sono acquisiti. Una volta acquisite, le immagini B-mode ad ultrasuoni vengono trasmessi tramite una connessione Ethernet per il PC che esegue il software di PIV commerciale. Utilizzando il software PIV, campi di spostamento di particelle traccianti, D (x, y) [pixel], (dove x ed y orizzontale e verticale posizione spaziale nella immagine ad ultrasuoni, rispettivamente) sono acquisiti applicando algoritmi di correlazione incrociata per successive ultrasuoni B- immagini in modalità 10. I campi di velocità, u (x, y) [m / s], sono determinati dai campi spostamenti, conoscendo il passo temporale tra coppie di immagini, AT [s], e l'ingrandimento dell'immagine, M [metri / pixel ], cioè, u (x, y) = MD (x, y) / AT. Il tempo di passaggio bra immagini AT = 1/fps + D (x, y) / B, dove B [pixel / s] è il tempo necessario per la sonda ad ultrasuoni per spazzare tutta la larghezza dell'immagine. Nel presente studio, M = 77 [micron / pixel], fps = 49,5 [1 / s], e B = 25.047 pixel [/ s]. Una volta acquisita, i campi di velocità possono essere analizzati per calcolare quantità di flusso di interesse.
Protocol
Representative Results
Discussion
Il protocollo operativo per l'eco particella Image Velocimetry (EPIV) sistema in grado di acquisire bidimensionali campi di velocità nei fluidi otticamente opachi o attraverso geometrie impenetrabili è stato descritto. Applicazione pratica di EPIV è adatto per lo studio dei sistemi di flusso industriali e biologiche, dove il flusso di fluidi opachi si verifica in una grande applicazione molti. Il particolare sistema qui presentato è stato volutamente costruito per studiare le proprietà di flusso di fluidi liqui…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Gli autori ringraziano il supporto dalla National Science Foundation, CBET0846359, concessione del monitor 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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