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PIVシステム2D3C

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PIVシステム2D3C
ステレオPIVシステム2D3C
ユーザービリティに富んだステレオシステム
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可視化技術の見える化

特徴

従来のカメラ1台で撮影を行う2次元2成分PIV(粒子画像流速計測法)では、平面上の任意計測点における2成分(x、y)を粒子画像から計測することが出来ますが、Laser Light Sheet面に対して直交する3成分目となるz軸の流速計測を行う事は出来ませんでした。FlowExpert2D3Cではカメラを2台配置し、ステレオ視された画像から奥行きの変位を求め、2台のカメラの粒子画像から2次元平面内における速度3成分を計測することが出来ます。

FlowExpert2Cの分かりやすい操作性や高速演算(マルチスレッド)処理を2D3Cにおいても実現します。2次元2成分PIVをお使いの方は、お持ちの機器への追加・ソフト導入といった無駄のない拡張ご提案も可能です。計測・算出された物理量についてはCSVデータにて出力が可能です。2次元平面における3成分計測をすることで、乱流計測など2次元2成分PIVでは評価の難しかった流れを高精度に定量化することが出来ます。

翼端渦 水路実験   ステレオPIV

東京電機大学工学部機械工学科 高橋直也先生 ご提供画像
翼端渦 水路実験 ステレオPIV
使用機材PIV Laser G6000(AngleUnit) k4×2台 FlowExpert2D3C
撮影速度500fps 画像サイズ800画素×600画素 画角174mm×64mm
翼種類 : NACA0012 迎え角10° 翼弦長40mm
水路     : 回流水槽(V2-1A西日本流体)
流速     : 0.39mm/sec
動粘性係数 : 0.937×10^-6[m^2/s]
レイノルズ数: Re=1.7×10^4

システム構成

PIVシステム2D3Cシステム構成図
  • レーザーシート光源
    レーザーシート光源 専用ページへ
    ・コンパクトかつ最小設計。
    ・照射角度や、シート厚みの可変機構
  • モノクロUSB高速度カメラ
    モノクロUSB高速度カメラ
    k5 / k7-USB / k8-USB
    ・コンパクトかつUSB3.0による高速転送。
    ・F/Cマウント双方に標準対応
  • 高機能流体解析ソフト
    高機能流体解析ソフト 専用ページへ
    ・直感操作と超高速演算
    ・ステレオPIVへのバージョンアップ対応
  • 制御・解析用ノートPC
    制御・解析用ノートPC
    ・Windows10まで市販PCで運用可能
  • 各種トレーサー粒子1
    各種トレーサー粒子2
    各種トレーサー粒子
    ・流体に合わせた比重
    ・低コスト且つ実績多数

システム概要

ステレオPIVでは2次元2成分の従来のPIVとは異なり2台のカメラを使用します。Laser Light Sheetで照射された流体断面へ向かって斜め45度の角度でそれぞれ設置し、撮影した粒子(群)画像から流体断面の3成分(uvw)の流速を求める事が出来る2次元3成分の粒子画像流速測定法です。 PIVの基本的な流速測定法とは、粒子(群)像を設定された空間分解能上の画素の輝度相関から2時刻へ跨り、その部位周辺で相関係数の高い位置座標へ粒子群(輝度相関)が移動していることを計測し、移動ピクセル量から時間間隔の校正を得る事で流速を測定します。ステレオPIVでもuv(xy)算出の測定原理は同様です。w(z)の流速測定においてはステレオビジョン撮影によって得られた同時刻の2画面から相関をとることで、奥行きの変位を求め、2台のカメラで奥行き2つの部位に設置したキャリブレーションプレート(校正版)を撮影し、カメラごとで得られる粒子像の変位を求め、キャリブレータが置かれている断面でのw(z)軸での校正を行います。奥行き成分の計測においては2時刻ではなく先に2画面での同じ座標での輝度相関を求め、2時刻間で相関がとれる座標を求めます。同じ座標で計測されたそれぞれのカメラからの移動距離とそれぞれ2時刻目で撮られた座標の変位を求め、奥行きとなるw(z)軸の流速を求めることで、ステレオPIVでは2次元断面上の3成分流速測定を可能とします。

オプション

シャインフラグ撮影

シャインフラグ撮影 ステレオPIVの撮影では2台のカメラを用います。シャインフラグアダプターは、レンズの繰り出しの長短を調整し撮像面全面にわたってピントをあわせることが出来ます。2台のカメラの角度差から、平面内3次元速度ベクトルの時系列データを得るステレオPIVには最適なツールです。
※・・・C・F両マウントに対応しており、様々なカメラに対応可能です。また、簡易にフォーカス・斜位角度・カメラ位置調整が行え、ステレオPIV計測に最適な設計となっています

キャリブレーションプレート

キャリブレーションプレート PIVを行うためには、その物体座標と像座標が既知の基準点を測定空間中に設置する必要があります。等間隔にグリッドを刻印した専用キャリブレーションプレートを使用し、流れ場の3次元空間位置情報を2台のカメラで記録します。1枚のグリッドが平面に刻印されている単平面キャリブレーションプレート、1枚のプレートに2つの位置情報が刻印されている二層式キャリブレーションプレートがあり、二層式タイプは1枚の校正画像で各カメラのZ入力が可能となり、トラバース(奥行き方向への微動)の操作が不必要のため効率よく校正が可能になり、微動作により発生する誤情報を回避できます。

プリズム

キャリブレーションプレート 水槽実験ではプリズムを使用して撮影を行います。ステレオPIVでは流れの断面を計測する実験環境が多く、その場合、水槽面に対し角度がついた形でカメラを設置するため、ガラスやアクリル表面における光の屈折を抑えるために水槽表面に貼り付けるようにプリズムを配置します。観測対象に合わせて固定用治具のご提案もさせて頂きます。

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