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方法文章

一种用于研究稠密气体和液体中分子流体动力学过程的宏观模拟技术

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DOI：

10.3791/56632

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2017年12月4日

 ,  ,  ,  ,  ,  ,  ,  ,  ,  ,  , 
1Department of Mechanical Engineering, University of North Carolina at Charlotte

本文内容

摘要

本文介绍了一种实验上可实现的模拟方法，用于研究稠密流体中的分子流体动力学过程。该技术利用振动下高恢复系数颗粒堆的粒子图像测速法，能够直接在宏观尺度上观测到强相互作用、高密度气体和液体中已知或预测存在的动力学过程。

摘要

本文描述了一种用于研究稠密气体和液体中分子尺度流体动力学过程的类比宏观方法。该技术应用标准的流体动力学诊断手段——粒子图像测速法（PIV），用于测量：i）在短时间颗粒碰撞时间尺度上单个粒子（颗粒）的速度；ii）在短碰撞时间和长连续流动时间尺度上粒子系统的速度；iii）在稠密分子流体中已知存在的集体流体动力学模式；以及 iv）短时间和长时间尺度的速度自相关函数，后者对于理解强相互作用稠密流体系统中粒子尺度的动力学至关重要。该基本系统由成像系统、光源、振动传感器、具有已知介质的振动系统，以及PIV和分析软件组成。文中重点介绍了采用该类比技术研究分子尺度流体动力学过程所需的实验测量步骤，以及相关的理论工具概要。该方法为传统上用于分子流体动力学研究的光子散射和中子束散射技术提供了一种相对简便的替代方案。

引言

分子流体动力学研究流体中单个分子及分子集合的动态行为与统计力学。在已开发的众多用于研究分子流体动力学系统的实验技术中1,2，光散射1,2,3、分子动力学模拟4,5,6,7以及在较小程度上的非弹性中子散射8应用最为广泛。然而，后两种技术存在显著局限性。例如，分子动力学（MD）模拟：i）受限于较小的空间和时间尺度 时间尺度符号 (~10^-9 到 ~10^-6 s)，用于科学方程中。，仅能包含相对较少的分子数量 显示 N 范围估算的方程，含科学记数法公式，N~10³ 到 ~10⁵。；ii）需使用近似的粒子间势能函数；iii）通常引入周期性边界条件，而该条件在非平衡体相流动条件下不成立；iv）目前尚无法回答一个基本科学问题：涉及单个分子或分子集合的分子尺度动力学如何受到体相非平衡流体流动的影响，并反过来与之耦合。中子散射的主要局限性则源于可利用的中子束源数量极为有限。

为了给本文介绍的模拟实验技术提供背景，我们重点介绍应用于简单稠密气体和液态流体的光散射技术。在典型的光散射实验中，一束偏振的激光被引导至包含静止流体样品的小探测体积中。然后，在相对于入射光束的某一固定角度处，检测样品内分子散射的光。根据所关注的分子动力学区域，对散射光信号的检测与分析采用光滤波或光混频检测方法。如 Berne 和 Pecora1 所述，滤波技术用于探测时间尺度短于 透射光谱公式 τ < ~10^-6 在科学实验图示中。 秒的流体状态分子动力学，其在散射后引入干涉仪或衍射光栅，从而实现对散射光谱密度的扫描。而光学混频技术则用于慢时间尺度的动力学过程，即 静态平衡图，ΣFx=0 符号，力学平衡概念，教学关键词 秒的情况，该方法在散射后采用自相关器或频谱分析仪，从测得的散射光强度中提取散射信号的频谱信息。

通常情况下，激光探针（至少工作在可见光谱范围内的探针）的波长远大于液态分子间的特征间距。在此条件下，探测光束会激发五种集体性的、慢时间尺度、长波长的流体动力学模式2,9,10（相对于特征碰撞频率而言较慢）：两个黏性衰减的、反向传播的声波模式，两个未耦合的纯扩散性涡旋模式，以及一个单一的扩散性热（熵）模式。声波模式沿入射光束方向（纵向）被激发，而涡旋模式则在横向方向被激发。

仅考虑实验散射技术时，有两个基本问题超出了光散射和中子散射测量的能力范围，这两个问题位于分子液体体系的平衡态与非平衡态统计力学的核心。
1) 严谨的论证9,11 表明在经典牛顿动力学或量子动力学作用下的单个液态分子的随机碰撞及次碰撞时间尺度的动力学行为，可以重新表述为广义朗之万方程（GLE）的形式。GLE 进而构成了研究稠密气体和液体中分子非平衡态统计力学的核心理论工具。然而，由于单个（非大分子）分子的动力学行为无法通过任何散射技术分辨，目前除了分子动力学（MD）模拟之外，尚无直接方法可用于检验 GLE 的有效性。
2) 宏观连续流体动力学及微观分子流体动力学的核心均基于一个基本假设：在长度和时间尺度上远大于分子直径和碰撞时间，但远小于连续介质长度和时间尺度的条件下，局部热力学平衡（LTE）成立。在诸如纳维-斯托克斯（NS）方程之类的连续流体流动与传热模型中，必须采用LTE假设9 为了将本质上处于非平衡态的连续尺度流动和能量输运特征——如黏性剪切应力和热传导——与严格处于平衡态的热力学性质（如温度和内能）相耦合。同样，尽管微观尺度上的动量和能量输运本质上是非平衡过程，反映了耦合的微观质量、动量和能量流的出现，但这些微观过程的模型仍假设这些流是相对于局部热力学平衡（LTE）的微小扰动9据我们所知，目前尚未有针对局部热力学平衡（LTE）假设的直接实验验证。特别是，在稠密、流动且处于非平衡态的流体中，似乎尚未开展任何分子流体动力学散射实验。

本文介绍了一种模拟实验技术，该技术利用标准的粒子成像测速法（Particle Imaging Velocimetry, PIV）测量振动颗粒堆的宏观、单粒子及集体粒子动力学行为，从而间接预测、解释并揭示稠密气体和液体中单分子与多分子的流体动力学特性。本技术所依赖的物理与理论基础已在我们课题组近期发表的一篇论文中阐明12。在实验方面，宏观系统必须满足以下条件：（i）持续趋向局部宏观尺度的统计力学平衡态；（ii）存在微小且线性的偏离平衡态的行为，以模拟分子流体动力学系统中观察到的（弱）非平衡涨落。在理论方面，需满足：（i）描述稠密相互作用的N粒子系统在平衡态及弱非平衡态下的经典微观尺度统计力学模型，必须被重新表述为宏观尺度形式；（ii）所得的宏观尺度模型必须能够可靠地预测从短时间尺度（粒子碰撞时间尺度）到长时间尺度（连续流动时间尺度）范围内的单粒子与多粒子动力学行为。

本文介绍了一种新方法的详细实验方案以及由此技术获得的代表性结果。与分子动力学模拟以及光散射和中子散射方法相比，该新技术首次实现了对流动状态下强非平衡态稠密气体和液体中分子流体动力学过程的深入研究。

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方案

1. 振动系统的准备

  1. 如图1所示搭建振动系统。该系统由一个环形聚氨酯料 bowl（外径为 600 mm）组成，连接至一个单速（1740 rpm）不平衡电机，后者产生工艺所需的振动。该装置安装在配重底座上，并通过一组八个弹簧与底座分离（料 bowl 和配重底座作为整体部件采购）。将料 bowl 组件固定在支架上，并用两个随附的橡胶挂钩固定。将蠕动泵放置在料 bowl 附近的桌面上，并将泵的出口软管连接至料 bowl 的润滑进液口。
    1. 将三轴加速度计安装在环形料 bowl 的内侧半径处，以记录低振幅条件下的料 bowl 振动，并将加速度计连接至传感器信号调理器。将信号调理器放置在远离振动系统的桌面上。加速度计/信号调理器组合由安装在标准计算机上的数据采集硬件/软件控制。
  2. 选择所需介质，先用水清洗并晾干。在不同实验中已使用多种类型的介质。本文中采用陶瓷抛光介质——直切三角形（从前端观察为 10 mm × 10 mm × 10 mm 的三角形，厚度为 10 mm）。
    1. 通过以下方法测定介质的装填密度：首先将一个空塑料袋放在实验室天平上并归零。将所选介质装入塑料袋中（不超过 18.927 L（5 加仑）），记录介质的质量（g 或 kg）。对于此类介质及当前实验设置，测得质量为 22.68 kg（50 lb）。
      1. 将桶置于大型水槽中，或放置在远离其他设备的室外。将桶（本实验设置中使用 18.927 L（5 加仑）桶）加水至满刻度，然后缓慢将装满介质的塑料袋浸入桶中。待介质袋完全浸没后，缓慢将其从水中提起以避免溅水，并将袋子移开。使用 1000 mL 量筒将桶重新加水至原始满刻度，记录所添加水的总体积。所添加水的体积即为 Vp symbol, variable representation for electric potential, physics concept, educational diagram.，其中 Vp symbol, variable representation for electric potential, physics concept, educational diagram. 为介质的材料装填体积（本实验设置中，共添加 13,750 mL 水）。所添加水的体积取决于所用介质的类型。
      2. 通过以下公式计算介质的装填密度：
        Density formula ρ=m/Vp equation; relevant in physics, math equations, and scientific studies.
        其中 Static equilibrium diagram, ΣFx=0, lever system setup for force distribution analysis. 为介质的装填密度，Static equilibrium ΣFx=0; diagram; showcases force balance in mechanics; educational use. 为介质的质量（本实验中，计算得到的密度为 1649 Density formula, \(kg/m^3\), symbol in scientific equations for mass per unit volume calculations.）。
    2. 将振动系统插入电源插座以启动（本型号有两种选项：1）直接插入墙壁插座，或 2）通过支架上的定时器运行）。在计算机上启动数据采集软件，点击用户编写程序中的“开始”箭头，采集 1 分钟数据。加速度数据将在时域和频域实时显示，并自动保存至 .csv 文件以供后续处理。实验结束后，将设备从电源插座拔出以关闭振动系统。
    3. 向振动料 bowl 中加入介质。
    4. 配制溶液，包含 3880 mL 水和 120 mL 完成液（FC）（体积分数 3%）溶液。将蠕动泵设置为 1.9 L/h（旋转速度调节旋钮至 27 以达到该流速），但暂不启动流动。此设置可确保溶液不循环，但足以保持介质湿润（该溶液为常用的振动抛光溶液）。该溶液起润滑作用，防止介质在处理过程中粘连或过度磨损。
    5. 将振动系统插入电源插座以启动。按照步骤 1.2.2 所述采集加速度计数据。实验结束后，将设备从电源插座拔出以关闭振动系统。

2. 高速成像

注意：对于通过成像流动颗粒堆表面部分区域获得的颗粒速度场测量，成像区域 静态平衡示意图，包含公式 ΣFx=0, MA=0；矢量力分析方法。 对应于下文步骤 2.2.4 中确定的视场（FOV）。通过在 静态平衡公式 \(A_l\)，用于科学文本、方程分析及教育概念中。 内选择一个微小且固定的子区域 符号 δA₁，表示变量的变化，常用于数学或科学方程中。，可获得随时间变化的单个颗粒速度（在堆体表面）的测量值；其中，如下文所述，符号 δA₁，表示变量的变化，常用于数学或科学方程中。 的量级约为单个颗粒投影面积的大小。

  1. 设置一台高速相机（该相机分辨率为1504 x 1128，最高可达每秒1,000帧（fps）），通过将相机置于三脚架上，或构建一个刚性支架，使镜头垂直于振动系统敞开的表面（当料 bowl 振动时），如图所示 图1该刚性框架与振动系统分离，可确保系统产生的振动不会影响成像。
    1. 根据所需表面整合面积和分辨率安装合适的镜头。当前设置使用18 - 250 mm变焦镜头，镜头变焦比为1:3.6 - 6.3。将电源和GPS天线连接至相机。使用CAT5网线将相机连接至计算机。将相机放置于介质表面约550 mm高度处。
      注意：相机距离培养基过近会增加边缘效应，而距离过远则会导致图像过暗而无法处理。在指定距离下，由边缘效应及测试区域整体曲率引起的误差可降至最低。 <2%. 
    2. 取下镜头盖并启动相机软件。软件启动后，点击“Cameras”按钮，然后点击确定。当相机列表显示后，从列表中选择相机并点击打开。
    3. 在计算机的相机软件中，点击“实时”选项卡下的“实时”按钮（蓝色箭头），以查看相机的视场。打开光源以照亮待成像区域。光源可以是任何明亮的光源，只要能均匀照亮测试区域即可。 图1 显示摄像机和光源相对于振动系统的配置。
    4. 为确定光圈值，观察来自相机的实时画面计算机屏幕，将光圈值调节至最小（即最大亮度）。若光圈值设得过低，则景深较浅；若光圈值设得过高，则屏幕过暗。本实验中，光圈值设定为3.6。
    5. 调节镜头焦距以获得所需的视场（本例为 210 mm × 160 mm）。本实验中，将焦距设为 180 mm，并将相机置于培养基表面上方 550 mm 处。 图 2a 显示通过相机观察到的视场。
    6. 使用相机软件将数字变焦调整至500倍放大倍率。调节镜头上的对焦环以获得最佳光学对焦效果。将数字变焦恢复至100%（正常视野）。
    7. 在计算机的采集设置中，点击“速率 [Hz]”并设置为 500 帧每秒。
      注意：为了分辨颗粒碰撞时间尺度上的动力学过程， 移码计算，f_frame 符号，基因编辑公式，概念图解。，必须至少比施加的振动频率大一个数量级， 静态平衡，ΣFx=0 符号，力平衡与力学稳定性的示意图 （此处， 光学图示中用于透镜计算与光折射研究的焦距公式 \(f_o=29.3\)。 Hz
    8. 成像前，将刻度尺置于视野中，以便为后续图像数据处理提供长度标尺。在相机软件的“采集设置”中，选择“实时”下的“录制”选项卡。将“录制模式”设为“循环”，帧数设为1。单击“实时”选项卡下方的红色圆形按钮，以录制单幅图像，如图所示。 图2b.
    9. 将获取的图像另存为TIFF文件至合适的文件目录位置（例如外部硬盘），方法为：点击“File”，然后点击“Save Acquisitions”。此时将弹出一个包含多个选项的对话框。在该对话框中的文件类型下拉菜单中，选择.tiff格式。
      1. 在对话框底部选择“下载选项”标签，然后点击“浏览”。在对话框顶部输入测试的文件夹名称。在“浏览”对话框中，查找并选择目标位置（例如外接硬盘）及相应文件夹。选定文件夹后，点击“确定”，然后点击“保存”。此时将出现下载管理器窗口，文件开始传输，并保存至指定位置的子文件夹001中。图像传输完成后，屏幕上将显示“完成”状态框。
      2. 通过点击红色删除按钮从相机中删除图像。
        注意：此处可暂停本实验方案。

3. 数据采集

注意：如果实验方案曾被暂停，则需要重新启动相机。请执行步骤 3.1。如果实验方案未被暂停，则跳至步骤 3.1.2。

  1. 启动相机软件并按照步骤2的说明打开照明。
    1. 激活相机软件后，检查光照条件，并按照步骤2.2.2中的详细说明运行实时预览，以确保正确对焦。
    2. 选择总实验运行时间 与瞬态吸收相关的方程，其中符号 t_exp 表示数据分析中的时间。
      注意：必须满足两个相互制约的要求：i) 静态平衡方程，t_exp 符号，用于物理计算和分析。 必须足够长，以使颗粒流动达到统计上的稳态条件；ii) 静态平衡方程，t_exp 符号，用于物理计算和分析。 也不应过长，以免产生大量冗余数据。稳态条件出现的时间尺度需通过试错法确定，可采用多种严格程度不同的方法，例如：i) 确保在固定点或多个固定点处的颗粒平均速度达到名义上恒定的幅值；或 ii) 除了均值达到稳态外，相应的方差也达到名义上恒定的幅值。本实验中，数据采集持续了10.12秒，共获取5060帧图像。颗粒流在约1秒后进入稳定状态。
  2. 启动振动料斗。
    1. 将150 mL抛光/润滑剂（步骤1.2.4）均匀涂抹在料斗内壁，以初步润湿介质；然后将装有剩余润滑剂的容器放在地上，并将连接至蠕动泵的软管插入其中。通过将开关从“关闭”拨至“顺时针”方向，启动蠕动泵（设置见步骤1.2.4）。
    2. 将振动料斗插入电源插座以开启设备，并至少等待一分钟，以确保介质整体被均匀润湿且流体运动趋于稳定（当蠕动泵流入料斗的液体流量与从料斗排水口流出的流量大致相等时，即达到稳定流体运动状态）。
  3. 采集视频并收集数据。
    1. 当流体达到稳定流动状态（步骤3.2.2）后，点击计算机屏幕上红色的录制图标触发相机，随后点击红色的触发确认标记，开始按选定的时间长度 静态平衡方程，t_exp 符号，用于物理计算和分析。 进行图像记录。相机会在指定的 静态平衡方程，t_exp 符号，用于物理计算和分析。 时间内持续采集图像，并将这些图像保存至其内部存储器中。图2a 是所采集的5060幅图像中的一幅示例。
    2. 数据采集完成后，拔掉振动系统的电源插头以关闭设备，并将蠕动泵的开关从“顺时针”拨回“关闭”以停用泵。
      注意：此处可暂停实验流程。

4. 使用PIV处理视频数据

  1. 为PIV处理准备高速相机图像。
    1. 按照步骤2.1.9中所述程序将采集的图像保存为TIFF文件。（在当前系统中，10.12秒内采集的5060帧图像传输耗时超过一小时）。图像传输完成后，屏幕上将出现“完成”状态框。文件将保存在与校准文件相同的目录下的子文件夹002中。从相机中删除图像。
    2. 将彩色图像转换为灰度图像，以便PIV软件进行处理。使用“imread()”函数将图像上传至数据分析软件。使用“rgb2gray()”函数转换图像副本，并使用“imwrite()”函数将这些新图像保存/写入新文件夹。
      注：此过程/数据分析功能适用于多种类型的数据分析软件，由研究人员编写为完整程序。图2c为图像转换为灰度并经PIV处理后的局部放大示例。
  2. 使用PIV软件计算速度场。
    1. 使用导入向导将灰度图像集作为单帧图像导入PIV软件环境。点击“文件”，然后选择“导入”和“导入图像”，启动导入。图像导入向导对话框将出现。从菜单中选择“单帧”导入选项，点击“添加图像”按钮。选择校准图像并点击“打开”，将其添加到“要导入的图像”对话框列表中。导入图像时，首先添加校准图像（步骤2.1.9），使其位于导入列表顶部。再次点击“添加图像”按钮，选中所有数据图像后点击“打开”，将其添加至“要导入的图像”对话框。选中所有所需图像后，点击“下一步”。在对话框中输入所用相机设置，包括帧率和像素间距。点击“下一步”和“完成”以完成导入过程。
    2. 从图像集中分离校准图像，并在PIV软件中输入长度比例参数。
      1. 如果内容列表尚未显示，右键点击已导入的图像集，选择数据库树左侧屏幕上的“显示内容列表”。假设校准图像是第一个导入的图像，右键点击列表中的第二幅图像，选择“从此处分割集合”。将新创建的图像集（仅包含校准图像）拖放到屏幕左侧标为“新校准”的位置。
      2. 右键点击新放置的校准图像集，选择“测量比例因子”。当校准图像出现在屏幕上时，将“A”和“B”标记放置在图像内的标尺上（若未使用标尺，则放置在已知尺寸的其他物体上），并在“绝对距离”文本框中输入标记之间的距离。点击“测量比例因子”对话框中的“确定”，保存校准设置并关闭该对话框及校准图像。
    3. 选择已导入的图像集并点击“分析”，创建图像对集合。然后从可用分析方法列表中选择“双帧生成”。选择“(1-2, 2-3, 3-4,…(N-1) 双图像)”样式选项。
      1. 打开图像集中的任意一幅图像（校准图像除外），右键点击图像并选择“粒子密度”。屏幕上将弹出显示已识别粒子的对话框，其中包含探针区域的局部放大视图。点击该对话框中的设置选项卡，调整“探针区域大小”，直至探针区域内持续可见至少3个粒子。此探针区域大小即为步骤4.2.5中输入的 interrogation area 大小。
    4. 对选定的图像集使用“分析”命令，选择PIV处理算法及相关参数。选择“自适应相关”方法，并定义用于在空间中定义矢量的像素区域（此过程将图像划分为 n × n 像素的“ interrogation area 网格”）。
    5. 通过定位“ interrogation area ”选项卡，选择介于最小8像素和最大256像素之间的任意 interrogation area 大小（本方法中采用32像素×32像素）。输入步骤4.2.3.1中确定的数值。
      1. 为提高生成矢量的密度，从下拉菜单中选择0%、25%、50%或75%的 interrogation area “重叠”百分比。
    6. 在“自适应相关”对话框中点击“确定”以执行分析，获得测量的颗粒速度场。系统将开始分析。随着数据处理进行，首个矢量图将显示在屏幕上。检查前几个速度场，根据估计的速度和方向判断其是否合理，如图2c所示。若速度场看起来不真实，取消分析会话，重复步骤4.2.4，并更改分析设置。（分析完成后，将为集合中的每对图像生成一个跨越视场（FOV）的矢量场（步骤4.2.3））。图2c展示了分析过程中叠加在灰度图像上的一个示例性满意矢量场。
      注：对于每个 n × n 像素的 interrogation area，PIV软件将比较 interrogation area 内亚颗粒尺度亮斑的图案与下一帧图像中对应图案的相似性。通过此比较，PIV软件确定一个区域平均位移矢量 Δrᵢ 方程符号，与矢量位移相关的数学图示。，最终通过将 Δrᵢ 方程符号，与矢量位移相关的数学图示。 除以帧间时间增量 时间间隔方程 Δt=f_frame^-1，数学公式语境。，得到区域平均速度 瞬时速度公式 \(v_i = \Delta r_i \Delta t^{-1}\)，物理方程。，其中 静力平衡图示，ΣFx=0，力的平衡。 指第 静力平衡图示，ΣFx=0，力的平衡。 个 interrogation area。在当前实验中，每个 interrogation area 由 n x n = 32 x 32 像素组成；每个 210 mm x 160 mm 视场（FOV）被划分为 47 x 35 个 interrogation area，对应 1504 x 1128 像素。

5. 处理振动数据

注意：如果使用不同的计算机系统或分析软件，步骤 5 可与步骤 4 同时进行。

  1. 使用开源数据分析软件，通过“load()”函数导入振动碗空载时采集的加速度计数据（步骤1.2.2）。利用“fft()”函数对数据进行快速傅里叶变换。使用“plot”函数绘制数据图形。重复上述步骤，分析振动碗中含有培养基时采集的数据（步骤1.2.5）。
    注：此过程/数据分析功能适用于多种类型的数据分析软件，由研究人员编写为完整程序。
    1. 为了研究分子流体动力学过程，通常需要进行一系列数据处理操作。主要处理步骤的概述见下文的代表性结果与讨论部分；详见 Keanini， 等. (2017)12 有关如何利用测得的PIV数据提取分子流体动力学系统中的动力学信息的详细信息。

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结果

在展示代表性结果时，我们参考了 连续时间尺度 过程与在时间尺度上观察和预测的过程 动力黏度方程，τₗ 符号，物理公式，科学分析，简洁符号表示。 相对于特征性颗粒碰撞时间尺度较长的， 静力平衡公式示意图；τc=fo^-1；教育用物理/数学关键词 静态平衡示意图，τᵢ≫τc，用于说明力学平衡分析的方程。 和 粒子-时间尺...

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讨论

为了将振动颗粒柱作为研究分子流体动力学过程的宏观类比，实验人员一方面必须学习并使用四种基本测量方法，另一方面需掌握平衡态与非平衡态统计力学的一些基本要素。首先关注实验测量，这些方法包括：i）通过测量单颗粒速度自相关函数来研究单个颗粒的动力学行为；ii）测量时间平均/长时间尺度下的表面颗粒速度场；iii）测量颗粒介质的有效黏度；iv）测量介质容器在空载和装载介质状态下的振动频谱。

单颗粒速度自相关函数的测量

通过测量单个粒子速度的自相关函数，研究微尺度系统中分子或本方法中受振动颗粒的个体随机动力学行为， 波函数演化 ψ(t) 公式，量子力学，符号分析2. 对于小型的， 例如双原子和三原子分子

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披露

作者无任何利益冲突需要披露。

致谢

本工作由美国海军研究办公室（ONR N00014-15-1-0020）[Tkacik 和 Keanini] 资助，并在北卡罗来纳大学夏洛特分校赛车运动研究实验室完成。抛光介质由 Rosler 公司捐赠。

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材料

本文使用的材料清单
姓名公司目录编号评论
振动抛光碗RaytechAV-75
流量计Peristaltic Pumps913 Mity Flex
电子天平Pelouze4040
三轴加速度计PCB PiezotronicsPCB 356B11带传感器信号调理器的加速度计
数据采集计算机IBMThinkpad与高速相机联用
高速相机RedlakeMotionxtra HG-XR
变焦镜头Tamron型号 A1818-250mm F/3.5-6.3 
高强度光源ARRIEB 400/575 D
数据处理计算机DellDell Precision Tower 7910
PIV 软件 Dantec DynamicsDynamic Studio 2013版本 3.41.38
数据采集硬件National InstrumentsSCXISCXI-1000 机箱，配备 SCXI 1100 卡和 SCXI 1303 适配器
数据采集软件National InstrumentsLabVIEW 2012
数据处理软件MATHWORKSMATLAB
抛光介质RoslerRSG 10/10S使用多种介质类型（混合型、球形、三角形）
抛光液RoslerFC KFL (3%)含3%肥皂溶液的水溶液
刻度尺Swiss Precision Instruments13-911-3
量筒Global Scientific601082

参考文献

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