基于Micro-PIV技術(shù)的電動微流體測量研究.pdf

1、Micro-PIV即顯微粒子圖像測速技術(shù)是20世紀(jì)90年代末在傳統(tǒng)PIV技術(shù)之上產(chǎn)生和發(fā)展起來的對微尺度流動的全場觀測技術(shù)。它運(yùn)用現(xiàn)代計(jì)算機(jī)技術(shù)、激光技術(shù)和數(shù)字圖像處理技術(shù)，突破了只能進(jìn)行單點(diǎn)測量的傳統(tǒng)方法，實(shí)現(xiàn)了高精度、無接觸干擾的微流體全場觀測。 本文使用倒置熒光顯微鏡、熒光示蹤粒子、激發(fā)光源、CCD、高壓電源等構(gòu)成Micro-PIV系統(tǒng)的硬件部分。分析倒置熒光顯微鏡、CCD、激發(fā)光源的性能參數(shù)；計(jì)算熒光示蹤粒子在焦平面的有

2、效直徑及不同參數(shù)下的相關(guān)深度；估算布朗運(yùn)動引起的測量誤差；開發(fā)了用于微流體驅(qū)動的高壓電源，高壓輸出0-8000V，電壓的最小分辨率為1.95V，實(shí)際輸出電壓波動3-5V。 給出完整的Micro-PIV圖像處理算法實(shí)現(xiàn)過程，包括圖像的實(shí)時(shí)采集、預(yù)處理、圖像計(jì)算方法、亞像素算法、錯(cuò)誤矢量的剔除、插值等。通過分析最大可測量位移量、空間分辨率和速度梯度對粒子圖像計(jì)算的影響，結(jié)合模板匹配算法、多柵格算法和金字塔算法得到多分辨率、高精度、快

3、速的模板匹配算法。該算法不僅僅在精度上高于其它互相關(guān)算法，更由于采用了金字塔算法使計(jì)算量大大減少，提高了計(jì)算速度。對日本可視化研究協(xié)會提供的標(biāo)準(zhǔn)粒子圖像采用不同大小窗口計(jì)算，結(jié)果顯示平均位移誤差小于0.05pixel；利用已知位移分別為0-1pixel和3-4pixel的粒子圖像，考查了各種算法計(jì)算結(jié)果的誤差，本算法計(jì)算結(jié)果的基本偏移誤差約等于零，隨機(jī)誤差和總體誤差都小于0.02pixel。 使用Micro-PIV技術(shù)測量等寬彎