입자 이미지 Velocimetry 에코

이 실험의 목표는 층류 파이프 흐름이라고도 하는 Hagen Zoi 흐름에서 2차원의 순간 속도 필드를 획득하는 것입니다. 에코 입자 이미지, LOC 대칭 또는 E-P-I-V-E-P-I-V 검증을 사용하여 물과 글리세린이 50:50 혼합된 재순환 파이프 흐름에서 측정을 시연할 수 있습니다. 여기에 사용된 파이프 흐름 시스템은 흐름을 구동하기 위해 수족관 펌프에 의해 유지되는 정압 헤드를 사용합니다.

위상 배열 초음파 프로브가 유량 시스템의 파이프 벽에 장착되고 B 모드 초음파 이미지가 스트리밍됩니다. 유체는 속이 빈 유리 구 또는 추적자 입자와 함께 앉아 흐름의 움직임을 충실히 따릅니다. 그런 다음 초음파 이미지를 획득하여 PC로 전송하고 상용 입자 이미지 veloc symmetry 소프트웨어와 호환되는 이미지 형식으로 변환합니다.

교차 상관 관계 알고리즘은 연속적인 초음파 B 모드 이미지에 적용되어 2차원 속도 필드를 계산합니다. 궁극적으로 벡터장을 분석하여 앙상블 평균, 순전한 응력 및 소용돌이와 같은 관심 있는 흐름량을 계산합니다. 이 기술은 기본 유체 역학에 대한 통찰력을 제공할 수 있지만, 예를 들어 동맥 또는 심실 흐름과 같은 생물 의학 응용 프로그램을 포함한 실제 흐름 시스템에서 사용될 수 있으며 종종 사용됩니다.

액화 바이오매스와 유체를 사용하여 진행 중인 실험이 이 기술에 관심을 갖게 된 이유입니다. EP IV 시스템을 설정하려면 먼저 펌프의 전원을 켜십시오. 이렇게 하면 일정한 속도로 재순환 파이프 흐름이 시작됩니다.

다음으로, 초음파 프로브에 수성 국소 젤을 바릅니다. 젤은 프로브면과 파이프 사이의 초음파 빔 전송 손실을 최소화합니다. 그런 다음 관통 벽 파이프 피팅이 있는 특수 제작된 프로브 마운트를 사용하여 초음파 프로브를 초음파 기계의 외부 파이프 벽 전원에 부착합니다.

모든 시스템이 로드되면 이미지의 실시간 스트림이 초음파 화면에 나타납니다. 2D 모드는 선형 프로브가 EPIV 측정을 획득하기 위한 기본 설정입니다. 먼저, 공칭 10마이크로미터 중공 유리 구체의 적절한 건조 중량을 측정하여 흐름 시스템에 추가될 때 최종 농도가 약 17ppm이 되도록 합니다.

다음으로, 분지에서 부피의 유체를 추출하고 입자를 유체에 첨가하여 농축 입자 용액을 형성합니다. 유량 시스템에 추가될 때 입자는 초음파 조영제 또는 추적 입자로 작용합니다. 농축된 입자 용액을 물동이에 저어 재순환 파이프 흐름 시스템에 추가합니다.

그런 다음 유리 구체를 초음파 모니터에서 볼 수 있습니다. 몇 분 후 유리 구체가 시스템 전체에 고르게 분포되므로 이 절차에서 가장 어려운 부분 중 하나는 선명한 고해상도 초음파 이미지를 얻는 것입니다. 이러한 이미지의 품질을 극대화하기 위해 유속의 선험적 추정치를 기반으로 게인 초점과 동적 범위를 조정합니다.

우리는 초음파 이미지 분석을 통해 이러한 매개변수를 즉석에서 추가로 최적화합니다. 초음파 제어판의 수심 조절 손잡이를 사용하여 이미지 심도를 3cm로 설정합니다. 그런 다음 2D 게인 노브를 사용하여 전체 이미지 게인을 조정하여 종자 입자가 계기판에서 명확하게 보이도록 이미지의 밝기를 높입니다.

시간 이득 보상 슬라이더를 조정하여 파이프 벽의 산란을 감쇠하고 초음파 신호의 깊이 관련 감쇠를 보정합니다. 이렇게 하면 2D 모드에서 파이프 벽의 맨 위와 맨 아래에 있는 과도한 이미지가 제거됩니다. 제어판 상단에 있는 노브는 왼쪽에서 오른쪽으로 너비, 초점 주파수 및 프레임 속도에 해당합니다.

이 노브를 사용하여 이미지를 추가로 조정하여 분석을 위해 가능한 최고의 물리적 해상도, 주파수 및 프레임 속도를 얻을 수 있습니다. 그런 다음 프로브 작동 주파수를 10MHz로 조정하고 프레임 속도를 초당 49.5프레임으로 설정합니다. 이러한 4개의 매개 변수는 기본적으로 결합되어 있습니다.

결과적으로, 주어진 초음파 이미지 스캔의 경우 공간 해상도와 시간 해상도 사이에 절충이 있습니다. 제한된 측면 해상도로 인해 유리 구는 측면 방향으로 번지고 이미지에서 타원체로 나타납니다. 매개변수가 최적화되면 기기의 초음파 제어판에서 데이터를 수집할 차례입니다.

새 검사 버튼을 눌러 새 실험을 시작합니다. 환자의 밑에. 파이프 흐름을 성으로 입력하고 날짜를 이름으로 입력합니다.

환자 ID 필드에 테스트 번호를 입력합니다. 초음파 스캔은 미리 설정된 최대 1000에서 1, 500 이미지에 도달하면 자동으로 시작됩니다. 스캔이 계속됨에 따라 새 스캔 루프가 시작됩니다.

종자 입자가 질문 영역당 약 10개의 입자로 선명하게 초점이 맞춰질 때까지 이미징 매개변수를 조정합니다. 스캔 녹음 루프를 다시 시작하려면 초음파 제어판의 고정 버튼을 누르십시오. 충분한 수의 이상적인 이미지를 획득하면 고정 버튼을 누릅니다.

그런 다음 초음파 제어판의 C 루프 버튼을 누릅니다. 분석 세트에 모든 초음파 이미지를 포함하려면 모든 이미지를 선택합니다. 분석할 이미지를 선택했으면 이미지 저장소 버튼을 눌러 선택한 초음파 이미지 세트를 저장합니다.

이미지가 저장되면 초음파 제어판의 아카이브 버튼을 누릅니다. 메시지가 표시되면 작은 창에서 관심 있는 syn loop를 선택하여 로컬 하드 드라이브에 저장합니다. 그런 다음 마우스 커서를 사용하여 end exam(시험 종료)을 선택합니다.

Archive 버튼을 누르고 마우스 커서를 사용하여 먼저 more를 선택한 다음 Disc Management를 선택합니다. 이렇게 하면 저장된 cyl loop 또는 cyl loops가 particle image velocity symmetry 또는 PIV 소프트웨어를 실행하는 PC로 전송됩니다. 이미지를 캡처하고 저장하면 초음파 이미지를 의학 또는 DICOM 파일의 디지털 이미징 통신에서 분석을 위해 공동 사진 전문가 그룹 또는 JPEG 사진 파일로 변환해야 합니다.

DICOM을 jpeg dot m으로 실행하는 MATLAB 스크립트를 사용하여 DICOM 파일을 JPEG로 변환합니다. 이 스크립트는 사내에서 제작되었으며 여기에 표시된 웹 주소에서 교육 목적으로 얻을 수 있습니다. 파일이 변환되면 소프트웨어에서 Law Vision의 Davi 소프트웨어를 엽니다.

davi 아이콘을 두 번 클릭하고 새 프로젝트를 선택한 다음 PIV를 선택합니다. 도구 모음에서 이미지 가져오기를 선택하고 번호가 매겨진 파일을 통해 가져오기를 선택합니다. 그런 다음 풀다운 메뉴에서 JPEG 초음파 이미지가 저장된 폴더를 찾아 세트의 첫 번째 이미지를 두 번 클릭합니다.

이렇게 하면 이 번호가 매겨진 세트의 모든 초음파 이미지를 가져와 유체만 포함하는 분석을 위한 관심 영역을 정의합니다. 마스크를 적용하여 마스크를 만들고, DICOM 파일의 정보와 픽셀 치수에 대한 지식을 기반으로 두 개의 x 및 y 좌표 점을 사용하여 좌표, 사각형 영역을 입력합니다. 그런 다음 dvu의 기본 제어판에서 가져온 이미지가 포함된 현재 프로젝트 아래에 있는 탭을 클릭합니다.

배치 처리(batch processing)라는 레이블이 지정된 테이블을 선택합니다. 이를 통해 Davi의 벡터 처리 창에서 PIV와 PIV 시계열 트리를 사용하여 작업 목록에서 일괄 처리를 수행할 수 있으며, 벡터 계산 매개변수를 선택하고 64 x 64 픽셀의 심문 크기가 감소하는 멀티패스를 선택하고 12 x 12 픽셀로 50%의 중첩을 선택한 다음 상대 벡터 범위 제한을 모두 설정한 다음 절대 벡터 범위 제한을 5픽셀로 설정합니다. 그런 다음 중앙값 필터를 적용하여 잡음을 억제하고 벡터장을 매끄럽게 합니다.

다음으로 벡터 처리를 위해 vector calculation parameter 메뉴에서 data range equals use masked area 상자를 선택합니다. 벡터 계산 매개변수의 최적 선택은 유동 형상, 유동 특성, 이미지 해상도, 추적자 입자 밀도 및 원하는 정량적 유동 분석에 따라 달라집니다. 일괄 처리 화면 왼쪽에서 원하는 매개 변수를 모두 설정했으면 처리할 총 이미지 수를 선택합니다.

처리 시작을 클릭합니다. 이것은 교차 상관 알고리즘을 사용하여 연속적인 초음파 이미지 사이의 변위 필드를 계산합니다. 처리된 데이터를 분석하려면 DAVO의 UCV 벡터 필드를 txt 파일로 내보내십시오.

프로젝트 화면의 JPEG 이미지 브랜치에서 이 작업을 수행하려면 벡터 변위 브랜치를 선택합니다. 도구 모음에서 내보내기 탭을 선택합니다. 파일 형식을 선택합니다.

전자 txt에게 물어보세요. create an export folder(내보내기 폴더 생성)를 선택하고 export(내보내기)를 선택합니다. 다음으로, MATLAB 스크립트를 실행하여 MATLAB에서 파일을 엽니다.

내보낸 벡터 필드의 이름은 B-X-X-X-X-X do TXT이며, 여기서 X는 1에서 99, 999까지 증가하는 숫자를 나타냅니다. 각 파일에는 메모장을 사용하여 볼 수 있는 4개의 데이터 열이 포함되어 있으며, 이는 이미지에서 벡터의 1 x 위치, 이미지에서 벡터의 Y 위치 2개, 변위 또는 하천별 변위의 X 구성 요소 3개, 벽을 설명하는 변위의 y 구성 요소 4개를 사용합니다. X와 Y의 함수로 속도 벡터장 U를 계산하는 데 사용하는 법선 변위는 초음파 이미지의 공간 좌표에 해당하며, 이는 먼저 픽셀 단위로 측정된 X와 Y의 변위 필드 D를 픽셀 단위로 주어진 이미지 스케일링 매개변수 M을 사용하여 미터 단위로 측정된 변위 필드로 변환하여 수행됩니다.

다음으로, 디스플레이스먼트 필드는 이미지 델타 T 사이의 스윕 보정된 시간 분리로 나뉘며, 여기서 델타 T는 초당 프레임으로 주어진 프레임 속도에 1을 더한 값과 같으며, 디스플레이스먼트 필드는 초음파 이미지가 이미지 너비를 가로질러 스윕하는 데 걸리는 시간으로 나뉩니다. 요약하면, X와 Y의 U는 X와 Y의 D를 M으로 나누어 델타로 나눈 값과 같습니다.DICOM은 본질적으로 이미지 스케일링 파라미터 M을 계산하고 보정된 시간 분리를 스윕하는 데 필요한 정보를 제공하는 파일 구조를 저장합니다. 본 연구에서 델타 T는 픽셀당 77미크론, FPS는 49.5, B는 초당 25, 047픽셀입니다.

마지막으로, 앙상블 평균 속도 벡터장을 계산하고 평균 속도의 법선 프로파일과 기타 관심 있는 유량을 계산합니다. EPIV의 유용성을 입증하고 측정 불확실성을 평가하기 위해 이 비디오에 설명된 대로 속도 및 층류 파이프 흐름의 2차원 순간 필드를 획득했으며, 이 순간 벡터 플롯은 네 번째 열마다 속도 벡터를 표시하며 배경색 윤곽 맵은 속도 크기에 해당합니다. 속도 벡터의 2차원 공간 위치는 D에 대해 D, D에 대해 X로 표시되며, 여기서 D는 상부 벽에서 측정된 반경 위치입니다.

D는 파이프 지름이고 X는 파이프 입구에서 측정된 스트림 방향 위치입니다. 열을 따라 있는 속도 벡터의 명백한 포물선 모양은 측정값이 파이프 흐름에 대한 예상 속도 프로파일과 일치함을 나타냅니다. 1000개 이상의 순간 벡터 플롯의 평균을 구하여 계산된 앙상블 평균 벡터 플롯은 평균 속도 필드의 표현을 제공합니다.

또한 순간 vector fields에서 무작위 노이즈 오류를 평균화합니다. 속도 벡터는 주로 흐름별 방향입니다. 가장 큰 속도는 파이프 중심선에서 발생합니다.

속도는 파이프 벽에서 0으로 감소하고 흐름은 대략 대칭이며, 수평 방향의 행을 따라 앙상블 평균 벡터 플롯을 평균화하여 얻은 파이프 반경을 따른 평균 스트림 현명 속도 프로파일이 여기에 표시됩니다. 또한 층류 파이프 흐름에 대한 예상 평균 속도 프로파일도 표시됩니다. 실험 조건을 감안할 때.

EPIV 측정과 예상되는 히긴 포조 프로파일 간의 일치는 파이프 중심선 근처에서 가장 좋고 파이프 벽 근처에서 가장 낮습니다. 벽 근처의 큰 차이는 파이프 벽의 곡면에서 초음파의 강한 반사 및 굴절로 인해 이러한 영역에서 높은 이미지 강도를 생성하고, 벽의 높은 강도는 입자 강도를 모호하게 하여 측정 오류를 유발하기 때문일 수 있습니다. 이 기술의 개발로 엔지니어링 또는 생물학적 유동 시스템에서 유체 역학을 연구하는 연구원들은 이제 광학적으로 불투명한 유체 또는 광학적으로 불투명한 기하학적 구조를 통해 속도장의 공간적 시간적 변화를 얻을 수 있습니다.

이 비디오를 시청한 후에는 EPIV의 작동 방식, 한계 및 상용 초음파 기계를 사용하여 EPIV 시스템을 구축하고 운영하는 방법을 잘 이해하게 될 것입니다.