粒子图像测速（Particle Image Velocimetry, PIV）是一种用于流体力学研究的非接触式测量技术，通过分析示踪粒子在流体中的运动轨迹来获取流场速度分布信息。以下是关于PIV系统的综合说明：
一、基本原理
工作原理 在待测流体中掺入示踪粒子，通过激光照射使粒子散射形成散斑图像。使用高速相机以短时间间隔（如微秒级）拍摄连续的粒子图像，利用图像配准技术（如双目视觉原理）计算粒子位移，从而推导出流场速度分布。
技术优势
非接触式测量： 无需与流体直接接触，避免干扰； 多维数据获取
时空分辨率高：能捕捉瞬态过程，且覆盖大范围空间。
二、应用领域
航空航天：
分析飞机、航天器周围流场，优化设计；
汽车工程：
研究汽车表面流动特性，降低阻力；
环境科学：
监测污染物扩散、海洋流场等；
工程实验：
如岩土工程离心模型试验、高速流体流动分析。
三、系统组成与技术参数
硬件设备：双脉冲激光器、同步单元、高速相机、图像记录系统等；
关键参数：视场大小（如700mm×700mm）、测量体积（如140mm³）、时间间隔（通常为微秒级）；
软件支持：用于图像配准、速度场重建、后处理（如POD分析、涡度显示）的专用算法。
四、发展与挑战
三维扩展：从二维扩展到三维（如3C PIV），通过多角度图像合成技术实现；
高精度提升：结合激光多普勒技术（LDV）和变形关联算法（如DLR），提高速度场分辨率和准确性；
工程化应用：针对复杂场景（如高速流动、非均匀介质）优化系统性能。
五、典型应用案例
超重力环境：研究微重力下流体流动特性，如空间站舱外流场；
土体位移测量：分析地震、洪水等自然现象中的土体运动。
总结
PIV系统通过激光与粒子成像技术，克服了传统测速方法的局限性，成为流体力学领域的重要工具。随着硬件和算法的不断进步，其应用范围和精度将持续提升。
