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粒子圖像測速（PIV：Particle Image Velocimetry）
一種瞬態(tài)、多點(diǎn)、無接觸式的流體力學(xué)測速方法，通過在流場中均勻散播示蹤粒子，利用激光光源照亮所要測試的流場區(qū)域，實(shí)時(shí)記錄粒子圖像幀序列，根據(jù)圖像序列中兩幀之間的時(shí)間間隔，計(jì)算出兩幀圖像上相應(yīng)粒子的位移大小和運(yùn)動方向，從而獲得測量流場的瞬時(shí)速度矢量圖。相機(jī)每接收一個(gè)觸發(fā)信號，拍攝兩幀圖像，第二幀圖像采集同時(shí)讀出第一幀圖像。
PIV應(yīng)用示意圖
幀間隔時(shí)間是PIV應(yīng)用的關(guān)鍵參數(shù)。美國IMPERX公司計(jì)劃今年Q4發(fā)布三款CXP接口的新品相機(jī)，幀間時(shí)間縮短至100ns，進(jìn)一步提高了流體測量的準(zhǔn)確性。
新品相機(jī)開發(fā)了兩個(gè)特別功能
PIV模式：當(dāng)觸發(fā)信號設(shè)置為 “Free run”和“Fast”模式時(shí)，可以啟用PIV模式。
IMPERX三款CXP相機(jī)參數(shù)表
HDR高動態(tài)范圍模式：采用雙模數(shù)轉(zhuǎn)換器 (Dual ADC)，拍攝一張高增益和低增益的圖像（在同一幀上）后合并可產(chǎn)生HDR圖像，該功能僅在12bit位深時(shí)適用。
采用Sony4代“Pregius S”圖像傳感器
索尼公司首次將其背照式（BSI）像素結(jié)構(gòu)與全局快門讀出相結(jié)合，光電二極管離微透鏡更近，產(chǎn)生的入射角更寬，因此改善了光線收集。
布線和電路層都移至光電二極管下面，這種變動減少了干擾，改善了光線收集。
2.74μm的小像素可讓尺寸較小傳感器的分辨率更高。
繼承IMPERX的寬溫、高魯棒性特點(diǎn)
寬溫
在工業(yè)場景及一些特種行業(yè)開展實(shí)驗(yàn)，應(yīng)用環(huán)境溫度變化較大，要求相機(jī)能夠承受較大的低溫與高溫沖擊。IMPERX相機(jī)的操作溫度為-30℃~+75℃，儲存溫度為-40℃~+85℃，在嚴(yán)寒酷暑的戶外工作有天然優(yōu)勢。
高魯棒性
如果相機(jī)安裝在了無人煙的戈壁沙灘或白雪皚皚的深山老林，每次外出工作都是一場長途跋涉，這就要求相機(jī)有特別高的魯棒性，否則返修的時(shí)間成本和人工費(fèi)用將不可接受。IMPERX相機(jī)的MTBF（即平均無故障工作時(shí)間）高達(dá)452,000 小時(shí)（@ 50℃ ，Telcordia SR-332），超過51年，可謂相機(jī)中的戰(zhàn)斗機(jī)了。
低功耗
相機(jī)新品選取了Microsemi的PolarFire FPGA，整機(jī)功耗降至5W，為普通相機(jī)功耗的50%，它們實(shí)現(xiàn)了高度集成的設(shè)計(jì)，每瓦特功效比同類產(chǎn)品高出兩倍。低功耗和少發(fā)熱消除了主動冷卻、風(fēng)扇或散熱片的成本和復(fù)雜性，相機(jī)拍攝穩(wěn)定性更有保障。
不受單粒子翻轉(zhuǎn)效應(yīng)影響
空間中有一類輻射效應(yīng)為單粒子翻轉(zhuǎn)（SEU），在高能電離粒子照射電路或通過集成電路時(shí)產(chǎn)生，會導(dǎo)致系統(tǒng)邏輯中斷。閃存基礎(chǔ)的FPGA結(jié)構(gòu)，不受SEU影響，具備高可靠性和可重構(gòu)性。
PIV技術(shù)能在同一瞬態(tài)記錄下大量空間點(diǎn)上的速度分布信息，并可提供豐富的流場空間結(jié)構(gòu)以及流動特性，在空氣動力學(xué)實(shí)驗(yàn)、水流速度測量、環(huán)境研究等領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。
PIV應(yīng)用相機(jī)明星單品推薦
IMPERX旗下的CXP-C4540相機(jī)，采用Sony Pregius STM IMX531 全局快門 CMOS 圖像傳感器，分辨率為 4512 x 4512，采用 1.1 英寸光學(xué)格式，可通過雙 CXP-6 CoaXPress 輸出提供高達(dá)每秒 55.8 幀的速度。Pregius S 技術(shù)采用堆疊、背照式像素結(jié)構(gòu)，可減小像素尺寸、提高峰值量子效率，并通過快速鏡頭提高靈敏度。雙 ADC 模式通過在圖像傳感器內(nèi)組合來自同一幀的高增益和低增益線來實(shí)現(xiàn) HDR 成像。100 ns 的短幀間時(shí)間與相機(jī)的高幀速率相結(jié)合，使相機(jī)特別適合 PIV 應(yīng)用。該相機(jī)提供低延遲、快速幀速率、出色的動態(tài)范圍，并支持頻閃輸出、觸發(fā)輸入、自動曝光、具有多個(gè) LUT 的自動增益控制以及其他高價(jià)值功能。
CXP-C4540相機(jī)具有低暗電流、出色的均勻性和低功耗 (<5W)，這意味著相機(jī)可以進(jìn)行傳導(dǎo)冷卻，使其成為高可靠性和高精度成像應(yīng)用的理想選擇。可在 -30 °C 至 +75 °C 溫度范圍內(nèi)工作，即使在最惡劣的環(huán)境中也能使用。
IMPERX于今年年底發(fā)布的CXP接口新品相機(jī)，在幀間時(shí)間、感光靈敏度、功耗、魯棒性等性能方面有很優(yōu)秀的表現(xiàn)，都是PIV應(yīng)用相機(jī)的明智之選。
2022-04-22
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