Messprinzip Particle Image Velocimetry (PIV)

Die Particle Image Velocimetry ist ein berührungsloses Messverfahren zur Erfassung von instationären Geschwindigkeitsverteilungen in Fluiden. Abhängig von der Art der Anwendung können unterschiedliche Messaufbauten realisiert werden, die jedoch alle auf den gleichen Grundprinzipien basieren. 

Für die Durchführung von PIV-Messungen werden kleinste Partikel (ca. 1 - 10 µm) dem Fluid zugeführt, die der Strömung ohne Schlupf folgen. Der zu untersuchende Strömungsbereich wird mit einer Lichtquelle (zumeist ein Laser oder leistungsstarke LEDs) mit zwei kurzen Lichtpulsen beleuchtet. Das von den Partikeln in der Strömung zurückgestreute Licht wird von einer oder mehreren speziellen Kameras synchronisiert zu den Lichtpulsen erfasst. Bedingt durch die sehr kurzen Lichtpulse erscheinen die Partikelabbildungen auf den Kamerabildern "eingefroren" , d.h. ohne Streifen und Verzerrungen. Mit Hilfe einer speziellen PIV-Software kann z. B. durch eine Kreuzkorrelation die Verschiebung der Partikel in den unterschiedlichen Untersuchungsgebieten zwischen dem ersten und zweiten Kamerabild berechnet werden. Unter Berücksichtigung des Abbildungsmaßstabes der Kamera und der Zeit zwischen den Laserpulsen ist die Berechnung der momentanen lokalen Strömungsgeschwindigkeit möglich.

Weiterentwicklungen des Standardverfahrens:

• Stereo-PIV (3D/2C)
• Microscopic-PIV
• HighSpeed-PIV

Empfohlene Literatur

• M. Raffel, C. Willert, J. Kompenhans: Particle Image Velocimetry. Springer, 2000
• H. Nobach: Optische Messtechnik. Edition Winterwork, 2012

Videobeispiele: