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粒子图像测速（PIV：Particle Image Velocimetry）

一种瞬态、多点、无接触式的流体力学测速方法，通过在流场中均匀散播示踪粒子，利用激光光源照亮所要测试的流场区域，实时记录粒子图像帧序列，根据图像序列中两帧之间的时间间隔，计算出两帧图像上相应粒子的位移大小和运动方向，从而获得测量流场的瞬时速度矢量图。相机每接收一个触发信号，拍摄两帧图像，第二帧图像采集同时读出第 一帧图像。

PIV应用示意图

帧间隔时间是PIV应用的关键参数。美国IMPERX公司计划今年Q4发布三款CXP接口的新品相机，帧间时间缩短至100ns，进一步提高了流体测量的准确性。

新品相机开发了两个特别功能

• PIV模式：当触发信号设置为 “Free run”和“Fast”模式时，可以启用PIV模式。

 IMPERX三款CXP相机参数表

• HDR高动态范围模式：采用双模数转换器 (Dual ADC)，拍摄一张高增益和低增益的图像（在同一帧上）后合并可产生HDR图像，该功能仅在12bit位深时适用。

采用Sony4代“Pregius S”图像传感器

• 索尼公司首次将其背照式（BSI）像素结构与全局快门读出相结合，光电二极管离微透镜更近，产生的入射角更宽，因此改善了光线收集。

• 布线和电路层都移至光电二极管下面，这种变动减少了干扰，改善了光线收集。

• 2.74μm的小像素可让尺寸较小传感器的分辨率更高。

继承IMPERX的宽温、高鲁棒性特点

• 宽温

在工业场景及一些行业开展实验，应用环境温度变化较大，要求相机能够承受较大的低温与高温冲击。IMPERX相机的操作温度为-30℃~+75℃，储存温度为-40℃~+85℃，在严寒酷暑的户外工作有天然优势。

• 高鲁棒性

如果相机安装在了无人烟的戈壁沙滩或白雪皑皑的深山老林，每次外出工作都是一场长途跋涉，这就要求相机有特别高的鲁棒性，否则返修的时间成本和人工费用将不可接受。IMPERX相机的MTBF（即平均无故障工作时间）高达452,000 小时（@ 50℃ ，Telcordia SR-332），超过51年，可谓相机中的战斗机了。

• 低功耗

相机新品选取了Microsemi的PolarFire FPGA，整机功耗降至5W，为普通相机功耗的50%，它们实现了高度集成的设计，每瓦特功效比同类产品高出两倍。低功耗和少发热消除了主动冷却、风扇或散热片的成本和复杂性，相机拍摄稳定性更有保障。

• 不受单粒子翻转效应影响

空间中有一类辐射效应为单粒子翻转（SEU），在高能电离粒子照射电路或通过集成电路时产生，会导致系统逻辑中断。闪存基础的FPGA结构，不受SEU影响，具备高可靠性和可重构性，甚至可用于器的设计。

PIV技术能在同一瞬态记录下大量空间点上的速度分布信息，并可提供丰富的流场空间结构以及流动特性，在空气动力学实验、水流速度测量、环境研究等领域得到广泛应用。

PIV应用相机明星单品推荐

 IMPERX旗下的CXP-C4540相机，采用Sony Pregius STM IMX531 全局快门 CMOS 图像传感器，分辨率为 4512 x 4512，采用 1.1 英寸光学格式，可通过双 CXP-6 CoaXPress 输出提供高达每秒 55.8 帧的速度。Pregius S 技术采用堆叠、背照式像素结构，可减小像素尺寸、提高峰值效率，并通过快速镜头提高灵敏度。双 ADC 模式通过在图像传感器内组合来自同一帧的高增益和低增益线来实现 HDR 成像。100 ns 的短帧间时间与相机的高帧速率相结合，使相机特别适合 PIV 应用。该相机提供低延迟、快速帧速率、出色的动态范围，并支持频闪输出、触发输入、自动曝光、具有多个 LUT 的自动增益控制以及其他高价值功能。

CXP-C4540相机具有低暗电流、出色的均匀性和低功耗 (<5W)，这意味着相机可以进行传导冷却，使其成为高可靠性和高精度成像应用的理想选择。可在 -30 °C 至 +75 °C 温度范围内工作，即使在最恶劣的环境中也能使用。