应用于岩土离心机实验中的piv测速系统选型问题

bashiyi123654

应用于岩土离心机实验中的piv测速系统选型问题
各位老师、前辈，大家好！
我今天才注册论坛。希望各位有耐心看完我的问题，谢谢！
我是岩土工程专业的技术人员，现在主要做地质灾害防治和土工离心机试验。现在的项目要用到一套PIV系统，目前还在选型调研阶段。我没接触过流体力学，也不是很懂光学，希望大家能够给我指导。
测量对象是1.5m*1.5m范围的土工模型，镜头和模型之间有一个2公分厚的有机玻璃；该土工模型关键部位的变形速度测量范围：0~30cm/s，位移范围0~50cm。
我们使用PIV系统，主要用于观测这样一个类似于平面的表面位移场。
请教各位老师、前辈，就我这个情况，选型的时候要注意哪些问题？比如说，我自己感觉这个模型变形速度比较慢，那么要保证一定精度的话，相机的采样频率是不是有较高要求？再比如，光源和相机的安装问题，希望相机能够距离模型越近越好，由于模型和相机是一起在离心机的转臂端高速旋转的（230转/min），采光会受到固定在厂房顶部的光源的影响（忽明忽暗），是不是会影响到测量精度？
再比如，示踪粒子的选型，是不是也会影响到测量的精度？还有，就我个人而言，我肯定是希望厂家能提供图像处理的算法，以及较透明的数据接口，便于我可能会遇到的工作。。。等等等等一系列的问题。
希望老师们能给我提供一些业内知名的有能力提供解决方案的系统集成商，以及他们的产品资料和联系方式。不胜感激！！！！！！！！

FlowTech

你要测得是表面变形速度的分布是不是？
这个土工模型，是不是土砂堆起来的?
如果是的话，待测表面多少有自己的纹案分布，可以做为PIV分析的特征，因此不需要用示踪粒子。也不能用。示踪粒子是在流体上面用的。你那个最多算非牛顿流体，而且不透明。
dantec和lavision都有自己的基于图案相关分析的测量变形的软件，名称似乎不叫PIV，叫什么我不清楚。一般是用在固体力学分析上的。你这个应该可以用，但是专门为固体分析作的功能估计就用不上了。
按你的这个模型的变形量分析，如果用30帧的相机，连续照明拍摄的话，帧间变形最大1厘米，相当于视场的1/1500,折算成象素的话大约1个像素。所以任何工业用1M像素以上的相机都可以用。完全不需要很高频率的相机。除非你要烧钱。
相机和模型之间的距离要靠镜头解决。短焦距的镜头扭曲比较大，要做标定和补偿。
照明的话，理论上明暗变化影响不大，不过最好是用恒定一致得光源。所以最好在安装测试设备的时候，和相机一起安装一个光源，并且遮断厂房的光源。

bashiyi123654

谢谢 FlowTech。
我的模型会是两相模型，比如水库水位升降引起的土体变形和模拟地下水作用下土体的变形。
我曾经检索过相关的文献，当然是岩土工程领域的哈。在剑桥大学和北京中国水利水电科学院已经有应用在离心机上的PIV或叫GeoPIV的系统，但是人家不愿意跟我们共享，甚至不愿意给我提供一点参考，郁闷中

bashiyi123654

谢谢 FlowTech。
另外请问，像我这种不透明的岩土体能不能做三维PIV呢？

FlowTech

网上可以搜索到一些GeoPIV的内容，我没有仔细看，大概读了一下，简单的说就是最最简单的2维PIV分析。任何作PIV的软件应该都可以做，当然有关你们土工行业的数据后处理部分的功能，需要另外开发。另外用这个PIV的名字有点儿误导，其实用的是pattern image velocimetry, 不是particle。
做研究主要靠自己动手做，人家愿意帮你固然好，不愿意也是理所当然的。
不透明的物体当然不能用3DPIV，因为无论如何你只能看到一个剖面。
变通的办法是，要么你用透明的材料来模拟你想要做的对象，并且说服别人这种模拟是可行的，起码是有价值的，即虽然不完全正确，但是是有益的尝试，值得一篇论文。
要么你可以尝试用超声PIV，X线PIV，更加超豪华的是全电场Tomography。难度和烧钱度非线性增加。你们老师有钱的话，其实可以玩这个，抢先做没有人做过的领域，容易出成果。GeoPIV其实也就是把PIV用到没人用过的土工行业而已。

xrs333

好像是固体应变问题，湘潭大学有研究裂纹扩展的，与你的问题类似。

bashiyi123654

因为我的模型会是两相的，固体（岩土模型）液（水）两相哈，对硬件（相机）和软件有没有什么影响？在液体里面是不是要单独用示踪粒子？如何把这两相的位移单独解析出来啊？

silkroad

楼上的, 你要想测固态的砂子移动有可能(那就是不要激光的PIV) , 你想要测砂里的水的流动, 根据你描述的实验体, 俺很诚实得告诉你, 没可能. 想想光都进不去, 你测什么呢?

xrs333

试一试CT，MRI之类的。

FlowTech

原帖由 silkroad 于 2011/3/18 19:50 发表

                               
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楼上的, 你要想测固态的砂子移动有可能(那就是不要激光的PIV) , 你想要测砂里的水的流动, 根据你描述的实验体, 俺很诚实得告诉你, 没可能. 想想光都进不去, 你测什么呢?

我估计他们土工行业的PIV是这样的：一个箱子里面装了试验对象，箱子一面是透明的，和透明面接触的这个侧面是测量对象。这样的话，光线可以从正面用体积照明打进去，因为速度慢，所以不用脉冲激光，连续的就可以了。要分别测水和砂子两相的流动的话，理论上用荧光粒子和两种滤光片就可以了。实际操作中根据他们行业的特点应该还有一些Know how需要自己摸索。

bashiyi123654

附件是离心机模型箱的照片，我具体模拟的是水在粘土模型里面运移，既需要测出水的流场，还要测出粘土体的位移场，因为二者的运移速率是不一样的哈，请诸位专家给点建议要怎么选择PIV系统硬件的技术参数？

[ 本帖最后由 bashiyi123654 于 2011-4-12 10:02 编辑 ]

DOFSIM

DOFSIM为各研究机构提供用于不透明物X射线PIV所需的同步射线源。该射线源的特点是频率精确可调，能量稳定。不像普通脉冲式射线源在高频时能量上不来。
www.dofsim.com