SPIV
立體式質點影像測速法(Stereoscopic Particle Image Velocimetry，SPIV)
質點影像測速法(Particle Image Velocimetry，PIV):使用光學設備雙脈衝雷射(double pulsed laser)發出兩道時間間隔為Δt的光束，光束經過圓柱透鏡組展開成片狀光頁(light sheet)照射進測量區域，而試驗流體環境中需施放合宜濃度之顆粒(Particle)，顆粒隨流體運動進入雷射光頁，顆粒發生散射由相機捕捉到間隔Δt的兩張影像，每張影像將切割成數等份的小區塊，兩張影像同等位置的區塊影像將進行相關性分析(Correlation analysis)，找出顆粒的移動向量Δx，再藉由先前拍攝的校正板進行尺度的轉換，因為是間隔Δt的時間拍攝的，所以可以再得到速度，每個區塊的速度知道後就可以知道拍攝位置的速度場、流體流動狀況及其他物理量。[1]
PIV原理(採自LaVision 公司的網頁內容)[3]
SPIV 是一種非侵入式(non-invasive)、二維(2-dimensional，2D)、三分量(3-component，3C)的流場量測技術；2D 代表量測區域為一2D 平面，3C 代表量測標的為速度向量全部的3 個分量。因此，SPIV 是一種有別於單點式(single-point)的場域式(field)量測技術，使我們能夠獲得流速的完整三維資訊，也就是2D-3C 的瞬時(instantaneous)速度場。經過長時間的採樣量測，累積足夠多、具有統計意義數量的瞬時速度場，即可進行系集平均(ensemble averaging，等同於Reynolds averaging) 而得到平均速度場(mean velocity field)；再進行雷諾分解(Reynolds decomposition) 以得到速度分量振盪量(velocity component fluctuations)，彼此相乘後再加以系集平均即形成雷諾應力張量(Reynolds stress tensor)，進而組成紊流動能(turbulent kinetic energy，TKE)或紊流強度(turbulence intensity，TI)，共同呈現出紊流場特性。[2]
SPIV 是利用兩台CCD相機，如同人的雙眼一般地分別由兩側同時觀測流場，即可解析在光頁面上流場速度向量完整的三個分量(兩個in-plane 分量和1 個out-of-plane 分量)。[2]
SPIV之關鍵原理：如同人的兩隻眼睛注視同一目標物而能解析深度方向(out-of-plane)之訊息(採自LaVision 公司的網頁內容)[3]
SPIV 的成功關鍵在於其三維校正程序(3D calibration)，其校正程序如下所述：LaVision 的SPIV系統使用一表面有高度落差的圓點陣列校正板(calibration target)進行SPIV 校正，該校正板乃用於立體攝像系統之影像校正程序，用於調校測量面和標記物之間的間距。[2]
校正板之立體示意圖(採自LaVision 公司的網頁內容)[3]
SPIV System in LCT
[1]王建閎 (2021)。空蝕水槽螺槳單獨試驗之探討。國立臺灣海洋大學系統工程暨造船學系碩士論文。
[2]楊鈞堯(C.Y. Yang)；李耀輝(Y.H. Lee)；陳建宏(J.H. Chen)；吳俊賢(J.S. Wu)；魏志宇(C.Y. Wei)；周一志(Y.C. Chow) (2019)。國立臺灣海洋大學大型空蝕水槽大尺度流場SPIV量測。中國造船暨輪機工程學刊 38卷2期。
[3] LaVision 。 http://www.lavision.de/en/