ステレオPIVシステム2D3C

2次元3成分PIVシステム_製品写真

ステレオ撮影で速度3成分(U, V, W)を高精度に測定
信頼性の高い流体計測手法として実績があるステレオPIV(粒子画像流速測定法)を、最新の技術でさらに高精度に。ステレオPIVシステム2D3Cは、様々な流体解析のニーズに応えます。2台のハイスピードカメラにより、3成分速度データ(U, V, W)を正確に測定することができ、緻密な流体解析を可能にします。

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ステレオPIVシステム2D3C
システム構成

ステレオPIVシステム2D3Cの計測イメージ
ステレオ撮影のイメージ

ステレオPIVの標準構成(計測に必要なもの)
・レーザーシート光源
・ハイスピードカメラ(2台)
・ステレオPIVソフトウェア
・シャインフラグマウント(2基)
・カメラレンズ(2個)
・キャリブレーションプレート(校正板)
・トレーサー粒子(気流用、液相用、対象となる流体によって選択)
・撮影/解析用PC(ノートPCでも計測できます)
※実験条件に合わせて最適な構成をご提案いたします。
※上記ステレオPIVに関わる全ての製品をご提案できます。お気軽にご相談ください。

ステレオPIVシステム2D3C_シャインフラグマウント一式

シャインフラグマウント・カメラレンズ
※レンズは実験条件に合わせてご提案いたします。

ステレオPIVシステム2D3C_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(校正板)

ステレオPIVシステム2D3C_レーザーシート光源一式

レーザーシート光源(緑・赤)
PIV Laser G series(緑)
PIV Laser KLD series(赤) 

ステレオPIVシステム2D3C_ソフトウェア一式

ステレオPIVソフトウェア
ステレオPIVソフト Flow Expert2D3C

ステレオPIVの基本原理 カメラ2台による撮影

2台のカメラで奥行き方向の情報を計測

ステレオPIVシステム2D3C_基本原理

速度ベクトル(円管の流れ)

ステレオPIVは2台のカメラを用いたステレオ撮影によって、レーザーシート面内の速度2成分(U, V)に加えて、面外方向速度1成分(Z)の計3 成分を測定する方法です。異なる視点から2つのカメラで粒子の動きを撮影することで、奥行方向の速度情報を取得することができます。

ステレオPIVでは、従来の2次元PIVよりも詳細な流れの解析が可能です。
乱流や複雑な構造を持つ流れの研究に広く利用されています。



ステレオPIVのキャリブレーション(校正)手順

ステレオPIVの概要図

2か所でキャリブレーションプレートを撮影

ステレオPIVシステム2D3C_キャリブレーションプレートフラットな面

キャリブレーションプレート(校正板)

ステレオPIVのキャリブレーションでは、ドットパターンが描かれたキャリブレーションプレート(校正板)を使用します。パターンの間隔が既知のもので、2台のカメラでキャリブレーションプレートを撮影した画像から、物体座標と画像座標を関連づけます。これによって、粒子の物理的な位置を求めることができます。

キャリブレーションの手順
(1)キャリブレーションプレートをレーザーシート面(z0)に配置
(2)2台のカメラで、それぞれドットパターンを撮影(2枚の画像)
(3)キャリブレーションプレートを奥行方向へ10画素~20画素相当(例:2mm)移動させて配置(z1)
(4)z1のキャリブレーションプレートを2台のカメラで撮影(2枚の画像)
(5)計4枚のドットパターン画像をソフトウェアへ読み込み、物体座標と画像座標を関連づける

キャリブレーションプレート(校正板):二層式片面波型タイプ

ステレオPIV_キャリブレーションプレート表裏

カトウ光研が提案するキャリブレーションプレートは、表面が平面(フラット)で、裏面が凹凸面を持つ二層式片面波型タイプです。

凹凸面では、1枚のプレートで2つの位置情報が得られます。これによりトラバース(奥行き方向への移動)操作が不要となり、位置ズレの心配もなく、効率的にキャリブレーションが行えます。



撮像面の全面にわたってピントをあわせる(シャインフラグ配置)

ステレオPIVシステム2D3C_シャインフラグ撮影の原理

シャインフラグ配置の概要図

ステレオ撮影では、2台のカメラをそれぞれ斜めに配置する必要があります。斜めの撮影では、対象エリアにピントが合わなくなってしまいます。そこで考案されているのが、シャインフラグ配置という方法です。
シャインフラグ配置では、カメラのセンサー面、レンズ面、レーザーシート面の延長線が一点で交わるように配置します。この条件をシャインフラグ条件と呼び、撮像面全体にわたってピントが合うようになります。
シャインフラグ条件を満たすためには、カメラのセンサー面とレンズ面に角度を持たせる必要があります。これを実現するために、シャインフラグマウントを使用します。
シャインフラグマウントは、センサー面を回転させることで、カメラのセンサー面とレンズ面に角度を持たせることができます。

シャインフラグマウントをカメラに装着したイメージ

ステレオPIVシステム2D3C_シャインフラグマウント
ステレオPIVシステム2D3C_シャインフラグマウントカメラに取り付けた状態を斜めから
ステレオPIVシステム2D3C_シャインフラグマウントカメラに取り付けた状態上から
カルマン渦の渦度を計測_PIVとは

PIVとは【技術コラム】

PIVは、Particle Image Velocimetryの略で粒子画像流速測定法を意味し、流れ場における多点の瞬時速度を非接触で得ることができる流体計測法になります。流れ場の空間的な構造を把握することができるため...「PIVとは」続きを読む

ステレオPIV解析事例 2次元3成分PIVの解析事例

ステレオPIV 設置・撮影・解析までタイムトライアル

気流を対象にステレオPIVを行った事例です。機器の設置から撮影、解析までの流れを動画で紹介しています。

【ステレオPIV】羽ばたきロボット後方の横断面を解析

撮影協力:東京理科大学 石川 仁 先生 青野 光 先生
ステレオPIVで羽ばたきロボット後方の空気の流れを解析しました。風洞内に羽ばたきロボットを配置して、風速2m/sで空気を流しています。

【ステレオPIV】翼端渦 水路実験

撮影協力:東京電機大学 工学部 機械工学科 高橋 直也 先生
回流水槽に配置した翼型モデルまわりの流れを解析しています。解析にはステレオPIVを行い レーザーシート面上の速度ベクトルを算出しました。

【ステレオPIV】空気砲による渦輪形成時の流動解析

ステレオPIVによる空気砲の渦輪を解析しています。渦輪が形成された際の流動を定量化した様子です。

ウォータードロップの画像_気体・液体の流れ

気体・液体の流れ【目的・用途別の可視化技術】

「気体や液体の流れを可視化する」とは、流体を見える化してカメラや目視で観察できるようにすることです。通常は目に見えない現象を可視化することで、シミュレーションでしか評価ができない観測対象を...「気体・液体の流れ」詳細ページ


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ハイスピードカメラ製品ラインナップ

トレーサー粒子一覧の製品写真
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気流用・液相用トレーサー粒子各種

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