微型混合器中的多参数测量

       MicroPIV系统可以在混合微流体研究中提供多参数信息。在本应用指南中,我们描述了从磁性微混合器获得的图像对的速度,浓度和界面信息的计算。

       照明:  MicroStrobe脉冲LED和处于传输模式的电子设备

       显微镜:高性能倒置荧光显微镜

       相机:  HiSense MkII,70%QE,1344x1024分辨率

       同步器:Dantec Dynamics PIV计时器

       颗粒:  1μm尼罗红色荧光颗粒

       软件:  DynamicStudio v4

微型闪光灯照明

DantecDynamics微型PIV系统

       系统处于透射照明模式,粒子图像记录为阴影。在混合实验中,两相的图像对比度之间通常存在差异。亮相下方是水,较暗相是磁性流体,均为1μm颗粒。使用20x物镜和0.5x C-mount适配器(1550像素/ mm),视场(FOV)为867μmx660μm。
 

原始粒子图像

图像处理库

      已知两种图像预处理技术-局部对比度归一化和高斯差分(DoG)滤波器-以改善图像对比度。

使用LCN和DoG滤波器处理过的粒子图像

速度

       使用Adaptive PIV计算粒子位移的速度信息。我们使用50%重叠,32像素宽的方形询问区域,没有区域细化步骤。使用仅相位高斯滤波器以使相关性更能不受背景变化的影像。使用峰高比验证方案(1.2)结合在3x3邻域中的通用异常值检测来识别和替换伪向量,其中检测阈值为2.0并且归一化水平为0.1像素。

向量场和界面位置

界面和指状物厚度

       界面位置由包括Prewitt边缘检测滤波器的系列图像处理功能计算。 Prewitt算子是水平和垂直梯度滤波器的组合,在3x3内核上运行。接下来是一些打开,关闭,腐蚀和阈值过滤器,以隔离接口。然后,将具有不同直径的圆圈手动地装配在FOV中可见的12个相邻指尖上,并测量中心距。

指状物厚度计算

浓度

       在用于速度测量的图像预处理中,目的是将粒子与背景隔离以获得良好的信噪比。然而,背景,即没有颗粒的明暗区域,包含有关两种物质浓度的有用信息。为此,我们只需在15x15邻域中使用局部最大滤波器。产生的灰度级分布是磁性流体吸收透射光的结果。当光透射率达到最大值时,观察到最高像素值;即,磁性流体的吸收是最小的。类似地,当光透射率最小时,观察到最低像素值;即,磁性流体的吸收是最大的。

出版文献

Planar velocity & concentration measurements in a magnetic micromixer with interface front detection

作者:Gökhan Ergin, Bo Watz, Kaspars Erglis, Andrejs Cebers

PIV13; 10th International Symposium on Particle Image Velocimetry, Delft, The Netherlands, July 1-3, 2013

Poor-contrast particle image processing in Micro scale mixing

作者:Gökhan Ergin, Bo Watz, Kaspars Erglis, Andrejs Cebers

ASME ESDA 2010; 10th Biennial Conference on Engineering Systems Design and Analysis, Istanbul, Turkey, July 12-14, 2010

应用领域

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