החוקרים מכירים תודה תמיכה על ידי הקרן הלאומי למדע, CBET0846359, מענק צג הורסט הנינג החורף.

1. יצירת תזרים מדידה <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> מדידות אימות EPIV תהיינה הפגינה בזרימה של צינור מי פתרון גליצרין (גליצרין 50% - 50% מים). סכמטי של מערך הניסוי מוצג באיור 1. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> כדורי זכוכית חלולים עם קוטר נומינלי של 10 מיקרומטר מתווספים לנוזל בריכוז של כ 17 חלקים למיליון במשקל. כדורי הזכוכית החלולים לשמש כסוכנים בניגוד אולטרסאונד, והגודל והצפיפות שלהם הם בחרו כזה שהם פסיביים לעקוב זרימת הנוזל. 10 </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> מתח קבוע מסופק למשאבה להציג את קצב זרימה ידועה. קצב הזרימה נבחר כך שU &lt;&lt; ΔX / δt, שם U הוא המהירות הממוצעת בצינור, ΔX הוא אורך ינארית של נפח מדידת EPIV, וδt הוא צעד הזמן בין תמונות, כלומר, הזרימה תהיה בכך צורך &quot;איטי&quot; בהשוואה לfps של אולטרסאונד הסאיםגזע. 3 </li></ol> 2. כייל אולטראסאונד <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> הר בדיקת אולטרסאונד לצינור החיצוני הקיר. על בסיס מי ג&#39;ל אקטואלי מוחלים על בדיקת אולטרסאונד כדי למזער את האובדן של העברת קורה אולטרסאונד בין פן החללית ודפנות הצינור. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> צריכת חשמל במכשיר אולטרסאונד. זרם חי של תמונות אולטרסאונד מתחיל באופן אוטומטי ברגע שכל מערכות העומס. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> הגדר את עומק התמונה באמצעות כפתור בקרת העומק בלוח הבקרה של מכשיר אולטרסאונד. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> הגדר את התמונה הכוללת רווח באמצעות ידית רווח 2D בלוח הבקרה של מכשיר אולטרסאונד. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> להתאמת פיצוי המחוונים להרוויח זמן (TGC), כדי לרכך את הפיזור מקירות הצינור ולפצות על הנחתה קשורה עומק של אות אולטרסאונד. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> רוחב התמונה, הפוקוס, הפעלת תדירות בדיקה, ומסגרת השיעור מותאם תוך שימוש בכפתורי בקרת assignable. אלה4 ידיות, הממוקמות בפינה השמאלית העליונה של לוח הבקרה, משתנות בהתאם למצב שבו המערכת פועלת. במצב 2D (משמש כיום), משמאל לימין הכפתורים מתאימים לרוחב, מיקוד, תדירות, ואת מסגרת דולר, בהתאמה. שים לב שבשל עקרונות היסוד של אולטרסאונד 9 הדמיה, ארבעה הפרמטרים האלה הם מצמידים מיסודו. כתוצאה מכך, לסריקת תמונת אולטרסאונד נתון (כלומר, ניסוי EPIV) יש תחלופה בין רזולוצית מרחב ובזמן. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> ראה איור 2 לתמונת אולטרסאונד נציג זרימת צינור זרע עם 10 מיקרומטר בכדורי זכוכית חלולים. שים לב כי בשל רזולוצית רוחב מוגבלת, ספירות זכוכית מרוחה בכיוון לרוחב ומופיע כellipsoids בתמונה. </li></ol> 3. איסוף נתונים <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> לחץ על לחצן החדש הבחינה בלוח בקרת אולטרסאונד כדי להתחיל ניסוי חדש. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> צור&quot;מטופל&quot; חדש על ידי הזנת תזרים צנרת בשם משפחה והתאריך של היום בשם המשפחה ומספר תעודת זהות בבדיקת חולה. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> בעקבות הקמתה של &quot;המטופל&quot;, סריקת אולטרסאונד מתחילה עד למקסימום הקבוע מראש של בין 1000-1500 תמונות הוא הגיע, לאחר שלולאת סריקה חדשה מתחילה. לחיצה על כפתור ההקפאה בלוח בקרת אולטרסאונד פעמים תהיה להפעיל מחדש את הסריקה בכל זמן לפני שהגיע למספר המרבי הקבוע מראש של תמונות. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> ברגע שקבוצה טובה של תמונות אולטרסאונד כבר נרכשה (כלומר, תמונות חדות זרעי חלקיקים וצפיפות חלקיקי זרע מספיק), לחץ על הלחצן ההקפאה בלוח בקרת אולטרסאונד כדי לעצור תמונת רכישה. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> לחץ על כפתור Cineloop בלוח הבקרה של אולטרסאונד. בחר בקבוצת תמונות אולטרסאונד כדי להיות מנותח באמצעות ידית המחזור הראשונה בלוח בקרת אולטרסאונד כדי לבחור את התמונה הראשונה בקבוצה, ואת כפתור המחזור האחרון כדי לבחורהתמונה אחרונה בקבוצה. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> לחץ על כפתור חנות התמונה בלוח בקרת אולטרסאונד כדי להציל את הקבוצה הנבחרת של תמונות אולטרסאונד. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> לחץ על הלחצן הארכיון בלוח בקרת אולטרסאונד ומשתמש בסמן העכבר כדי לבחור בחינת סיום. זו תנחה את המשתמש לבחור תמונות או cineloops להציל את הכונן הקשיח המקומי. בחר cineloop (הים) של עניין אז יוצא הבחינה. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> לחץ על הלחצן הארכיון בלוח בקרת אולטרסאונד ומשתמש בסמן העכבר כדי לבחור תחילה יותר ולאחר מכן בחר ניהול דיסק. ניהול דיסק יעביר cineloop נשמר (הים) למחשב עם מערכת הפעלת תוכנת PIV. </li></ol> 4. המרת סוג הקובץ <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> תמונת אולטרסאונד מאוחסנת כקובץ תקשורת הדמיה דיגיטלית בסוג קובץ במכשיר אולטרסאונד רפואה (DICOM). כדי לפתוח ולקרוא את תוכנת PIV, קבצי DICOM חייבים להיות מומרים לקבצי תמונה. נכון להיום,DICOM2JPG.m פועל תסריט Matlab משמש כדי להמיר את קבצי DICOM למומחי סוג משותף צילום קבוצתי (JPEG) קובץ. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> את תמונות אולטרסאונד JPEG נותחו לאחר מכן באמצעות תוכנת דייוויס מLaVision. </li></ol> 5. חישוב שדות תזוזה, D (x, y), שימוש בדייויס <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> לחץ לחיצה כפול על עכבר דייוויס הסמל במחשב. בחר פרויקט חדש. בחר PIV. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> בחר תמונות יבוא בסרגל הכלים, ובחר לייבא באמצעות קבצים ממוספרים. בתפריט הנפתח, האתר את התיקייה שבה תמונות אולטרסאונד JPEG מאוחסנות, ולחץ לחיצה כפולה על התמונה הראשונה של הסט. זה יהיה לייבא את כל תמונות אולטרסאונד בסט ממוספר זה. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> בדרך כלל מסכת תמונה תוגדר לבודד את האזור של עניין (ROI) בתמונת אולטרסאונד כדי להיות מעובד. לספיקת צינור, המסכה משמשת להגדרת ROI בין קירות הצינור (כלומר, הנוזל). </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> עבור ללוח הבקרה הראשית בדייויס, בחר בכרטיסייה הנמצאת תחת פרויקט נוכחי המכיל את התמונות המיובאות, ובחר את העיבוד יצוו כרטיסייה שהכותרת. הדבר מאפשר חלון עיבוד הווקטור של דייוויס לעיבוד יצווה של תמונות אולטרסאונד המיובאות. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> מרשימת הפעולות, שימוש בעץ PIV-Time-Series, בחר פרמטרי חישוב וקטור, ולבחור את הפרמטרים שיש המשמש לעיבוד וקטור. אם מסיכה משמשת, בדוק את טווח נתוני התיבה = להשתמש באזור רעול פנים בתפריט פרמטר חישוב הווקטור. שימו לב כי בבחירה נכונה של פרמטרים לחישוב וקטור תלויה בגיאומטרית זרימה, תכונות זרימה, תמונה ברזולוציה, צפיפות חלקיקים נותבו, וניתוח זרימת כמותית רצויה. 10 למדידות זרימת הצינור, את הפרמטרים שבדרך כלל הניבו את התוצאות הטובות ביותר הם multipass עם גודל חקירת הפחתה של 32 פיקסל 32 x 2-8 x8 פיקסל 2, עם חפיפה של 50%. הגבלת טווח וקטור יחסית נקבעה לכל ± (גודל חלון / 2) והגבלת טווח וקטור מוחלטת נקבעה ל± 5 פיקסלים. לבסוף, מסנן 3 X 2 3pixel חציון משמש לדיכוי רעש ולהחליק את השדות וקטורית. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> בצד השמאל של מסך עיבוד יצווה, בחר את הכמות הכוללת של תמונות להיות מעובד ובחר עיבוד התחלה. זה יהיה לחשב את שדה העקירה, D (x, y), בין תמונות אולטרסאונד הרצופות באמצעות אלגוריתמים-מתאם צלב. </li></ol> 6. ניתוח שדות וקטור <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> לניתוח שלאחר העיבוד ונתונים, שדות וקטור EPIV מיוצאים מדייוויס. קבצי txt. זו מושגת על ידי בחירת סניף עקירת הווקטור תחת ענף תמונת JPEG במסך פרויקט. בסרגל הכלים, בחר בכרטיסיית היצוא, בחר סוג קובץ ASCII. Txt, בחר / ליצור תיקיית יצוא,יצוא ד בחר. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> שדות הווקטור יוצאו נקראים Bxxxxx.txt, בי ≤ ≤ xxxxx 00001 99999, עם חיץ המציין B. כל קובץ מכיל ארבע עמודות נתונים: (1) x-מיקום של הווקטור בתמונה, (2) y-מיקום של הווקטור בתמונה, (3) x-המרכיב של עקירה (עקירת streamwise כלומר), (4) y-המרכיב של עקירה (כלומר, עקירה מהקיר רגילה). את קבצי Bxxxxx.txt נפתחים ומעובד בMATLAB כדי לחשב את שדה המהירות, על ידי לדעת את צעד הזמן בין זוגות תמונה, ΔT [s], והגדלת התמונה, ז [מטר / פיקסל], כלומר u (x, y ) = MD (x, y) / ΔT,. צעד הזמן בין תמונות ΔT = 1/fps + D (x, y) / B, שבו ב &#39;[פיקסלים / s] הוא הזמן שלוקח לבדיקת אולטרסאונד כדי לטאטא לרוחב התמונה. במחקר הנוכחי, M = 77 [מיקרומטר / פיקסל], fps = 49.5 [1 / s], ו-B = 25047 פיקסלים [/ s]. בשלב הבא, ensemשדות ble ממוצע מהירות וקטור, פרופילים מקיר רגיל של מהירות ממוצעת, בין כמויות זרימה נוספות של ריבית מחושבים. (ראה סעיף נציג תוצאות.) </li></ol>

<ol>
	<li>White, F. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> Fluid Mechanics. , (1994).</li><li>Hak, M. G. a. d. -. e. l. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> Flow Control: Passive, Active, and Reactive Flow Management. , (2000).</li><li>Kim, B. H., Hertzberg, J. R., Shandas, R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Development+and+validation+of+echo+PIV.">Development and validation of echo PIV.</a> Exp. Fluids. 36, 455-462 (2004).</li><li>Zheng, H., Liu, L., Williams, L., Hertzberg, J. R., Lanning, C., Shandas, R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Real+time+multicomponent+echo+particle+image+velocimetry+technique+for+opaque+flow+imaging.">Real time multicomponent echo particle image velocimetry technique for opaque flow imaging.</a> Appl. Phys. Lett. 88, 261915 (2006).</li><li>Beulen, B., Bijnens, N., Rutten, M., Brands, P., van de Vosse, F. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Perpendicular+ultrasound+velocity+measurement+by+2D+cross+correlation+of+RF+data.+Part+A:+validation+in+a+straight+tube.">Perpendicular ultrasound velocity measurement by 2D cross correlation of RF data. Part A: validation in a straight tube.</a> Exp. Fluids. 49, 1177-1186 (2010).</li><li>Poelma, C., Mari, J. M., Foin, N., Tang, M. -. X., Krams, R., Caro, C. G., Weinberg, P. D., Westerweel, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=3D+Flow+reconstruction+using+ultrasound+PIV.">3D Flow reconstruction using ultrasound PIV.</a> Exp. Fluids. 50, 777-785 (2011).</li><li>GE VINGMED ULTRASOUND A/A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> Vivid 7/Vivid 7 PRO Userâ€™s Manual. , (1988).</li><li>Szabo, T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> Diagnostic Ultrasound Imaging: Inside Out. , (2004).</li><li>Raffel, M., Willert, C., Wereley, S., Kompenhans, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> Particle Image Velocimetry: A Practical Guide. , (2007).</li></ol>

סופרים אין לי מה לחשוף.

הפרוטוקול פועל velocimetry מערכת הד חלקיק תמונה (EPIV) מסוגלת לרכוש שדות דו ממדים של מהירות בנוזלים אופטיים אטומים או באמצעות גיאומטריות אופטיות אטומות תואר. יישום מעשי של EPIV מותאם היטב לחקר מערכות זרימה תעשייתיות וביולוגיות, שבו זרימת נוזלים אטומים מתרחשת ביישום רב מאוד. ה...

<table border="1" style=";text-align:right;direction:rtl"><tbody><tr><td> שם המגיב </td><td> חברה </td><td> מספר קטלוגים </td><td> תגובות (אופציונלי) </td></tr><tr><td> מכונת אולטראסאונד </td><td> GE </td><td> Pro 7 Vivid </td><td></td></tr><tr><td> מערך אולטראסאונד ינארי </td><td> GE </td><td> 10 ליטר </td><td></td></tr><tr><td> משאבת מי DC </td><td> KNF </td><td> NF 10 KPDC </td><td></td></tr><tr><td> וקטור עיבוד תוכנה </td><td> Lavision </td><td> דייויס 7.2 </td><td></td></tr><tr><td> הודעת תוכנת עיבוד </td><td> Mathworks </td><td> MATLAB 7.12 </td><td></td></tr><tr><td> אבובי אקריליק </td><td> מקמאסטר-רכבr </td><td> 8486K531 </td><td></td></tr><tr><td> ג&#39;ל אולטראסאונד </td><td> פרקר </td><td> Aquasonic 100 </td><td></td></tr></tbody></table>

echo particle image velocimetry

ההובלה של מסה, תנע ואנרגיה בזורמת נוזל נקבעה סופו של דבר על ידי חלוקת חלל ובזמן של שדה מהירות הנוזל. 1 כתוצאה מכך, תנאים הכרחי להבנה, ניבוי, ובקרה על זרימת נוזל הוא היכולת למדוד את שדה המהירות עם מספיק מרחב ו החלטה זמנית. 2 למדידות מהירות בנוזלים אופטיים אטומים או באמצעות גיאומטריות אופטיות אטומות, הד velocimetry תמונת החלקיקים (EPIV) היא טכניקת אבחון אטרקטיבית ליצירת שדות &quot;מיידיים&quot; דו ממדים של מהירות. 3,4,5,6 בזה נייר, פרוטוקול הפעלה למערכת EPIV נבנתה על ידי שילוב של מכשיר אולטרסאונד רפואי עסקי 7 עם מחשב פועל velocimetry המסחרי חלקיק תמונה (PIV) תוכנה 8 מתוארת, ומדידות אימות באגן-Poiseuille (כלומר, עלעלי צינור) הזרימה מדווח . למידת EPIVמפעלים, בדיקת מערך מדורג מחוברת למכשיר אולטרסאונד הרפואי משמשת ליצירת תמונת אולטרסאונד דו ממדית על ידי פועם אלמנטי הבדיקה פיזואלקטריים בזמנים שונים. כל רכיב חללית משדר דופק אולטרסאונד לנוזל, וחלקיקים נותבים בנוזל (או באופן טבעי או seeded) משקפים אולטרסאונד הדים חזרה לחללית שבו הם נרשמו. המשרעת של הגלים המוחזרים אולטרסאונד ולעכב את זמנם ביחס להעברה המשמשת ליצירה מה שמכונה B-mode (מצב בהירות) תמונות אולטרסאונד דו ממדים. באופן ספציפי, עיכוב הזמן משמש כדי לקבוע את המיקום של scatterer בנוזל ומשרעת משמש להקצאת עצמה לscatterer. הזמן הנדרש לקבלת תמונה אחת ב-מצב, לא, נקבע על ידי הזמן שלוקח לדופק כל האלמנטים של בדיקת המערך המדורג. לרכישת מספר רבים של תמונות ב-mode =, קצב פריימים של המערכת במסגרות לשנייה (fps) 1 / &amp; דהLTA; לא. (ראה 9 לביקורת של הדמית אולטרה סאונד). לניסוי EPIV טיפוסי, במסגרת השיעור שבין 20-60 FPS, תלוי בתנאי זרימה, ו100-1000 תמונות ב-mode של ההתפלגות המרחבית של החלקיקים נותבים בזרימה נרכשת. רכש פעם אחת, את תמונות אולטרסאונד B-mode משודרות באמצעות חיבור Ethernet למחשב פועל תוכנה המסחרית PIV. שימוש PIV התוכנה, שדות עקירת חלקיקים נותבים, D (x, y) [פיקסלים], (שבו x ו-y מציינים מיקום במרחב אופקי ואנכי בתמונת אולטרסאונד, בהתאמה) נרכשים על ידי יישום אלגוריתמי מתאם צולבות לאולטרסאונד ברציפות ב- תמונות מצב. 10 בשדות המהירים, u (x, y) [מ / ש], נקבעים משדות העקירות, בידיעת צעד הזמן בין זוגות תמונה, ΔT [s], והגדלת תמונה, ז [המטר / פיקסל ], כלומר, u (x, y) = MD (x, y) / ΔT. ב צעד הזמןetween התמונות ΔT = 1/fps + D (x, y) / B, שבו ב &#39;[פיקסלים / s] הוא הזמן שלוקח לבדיקת אולטרסאונד כדי לטאטא לרוחב התמונה. במחקר הנוכחי, M = 77 [מיקרומטר / פיקסל], fps = 49.5 [1 / s], ו-B = 25047 פיקסלים [/ s]. רכש פעם, שדות המהירות ניתן לנתח לחשב כמויות זרימה של ריבית.

תחום מיידי הד חלקיק תמונת velocimetry (EPIV) וקטור מוצג באיור 3. העלילה מציגה וקטור וקטורי מהירות כל עמודה רביעית, והמפה הטופוגרפית צבע הרקע מתאימה לגודל מהירות. עלילת וקטור ממוצעת אנסמבל ממוצע מעל 1000 חלקות וקטור EPIV מיידיות מוצג באיור 4. עולים בקנה אחד עם זרי...

Watch this Scientific Journal Video about Echo Particle Image Velocimetry at JoVE.com

Echo Particle Image Velocimetry

Velocimetry מערכת הד חלקיק תמונה (EPIV) מסוגלת לרכוש שדות דו ממדים של מהירות בנוזלים אופטיים אטומים או באמצעות גיאומטריות אופטיות אטומות מתוארת, ומדידות אימות בזרימת צינור מדווחות.

הד Velocimetry תמונת חלקיקים

The transport of mass, momentum, and energy in fluid flows is ultimately determined by spatiotemporal distributions of the fluid velocity field.1 ...

Education

Research

JoVE Core

JoVE Journal

Physics

Civil Engineering

Mechanical Engineering

Engineering

Unit 1

Kinematics of a Particle

Fluid Kinematics

Vectors and Scalars

SCIENTISTS IN ACTION

14.5K Views.  University of New Hampshire. Velocimetry מערכת הד חלקיק תמונה (EPIV) מסוגלת לרכוש שדות דו ממדים של מהירות בנוזלים אופטיים אטומים או באמצעות גיאומטריות אופטיות אטומות מתוארת, ומדידות אימות בזרימת צינור מדווחות.

Video: Echo Particle Image Velocimetry

Gradient Echo Quantum Memory in Warm Atomic Vapor

Gradient echo memory (GEM) is a protocol for storing optical quantum states of light in atomic ensembles. The primary motivation for such a technology is that quantum key distribution (QKD), which uses Heisenberg uncertainty to guarantee security of cryptographic keys, is limited in transmission distance. The development of a quantum repeater is a possible path to extend QKD range, but a repeater will need a quantum memory. In our experiments we use a gas of rubidium 87 vapor that is contained in a warm gas cell. This makes the scheme particularly simple. It is also a highly versatile scheme that enables in-memory refinement of the stored state, such as frequency shifting and bandwidth manipulation. The basis of the GEM protocol is to absorb the light into an ensemble of atoms that has been prepared in a magnetic field gradient. The reversal of this gradient leads to rephasing of the atomic polarization and thus recall of the stored optical state. We will outline how we prepare the atoms and this gradient and also describe some of the pitfalls that need to be avoided, in particular four-wave mixing, which can give rise to optical gain.

The gradient echo memory is a protocol for storing optical quantum states of light in atomic ensembles. Quantum memory is a key element of a quantum repeater, which can extend the range of quantum key distribution. We outline the operation of the scheme when implemented in a 3-level atomic ensemble.

Gradient Echo קוונטית זיכרון בחם אטומי החמקן

Gradient  echo memory (GEM) is a protocol for storing optical quantum states of light in  atomic ensembles. The primary motivation for such a technology ...

High-speed Particle Image Velocimetry Near Surfaces

Multi-dimensional and transient flows play a key role in many areas of science, engineering, and health sciences but are often not well understood. The complex nature of these flows may be studied using particle image velocimetry (PIV), a laser-based imaging technique for optically accessible flows. Though many forms of PIV exist that extend the technique beyond the original planar two-component velocity measurement capabilities, the basic PIV system consists of a light source (laser), a camera, tracer particles, and analysis algorithms. The imaging and recording parameters, the light source, and the algorithms are adjusted to optimize the recording for the flow of interest and obtain valid velocity data. 
Common PIV investigations measure two-component velocities in a plane at a few frames per second. However, recent developments in instrumentation have facilitated high-frame rate (&gt; 1 kHz) measurements capable of resolving transient flows with high temporal resolution. Therefore, high-frame rate measurements have enabled investigations on the evolution of the structure and dynamics of highly transient flows. These investigations play a critical role in understanding the fundamental physics of complex flows.
A detailed description for performing high-resolution, high-speed planar PIV to study a transient flow near the surface of a flat plate is presented here. Details for adjusting the parameter constraints such as image and recording properties, the laser sheet properties, and processing algorithms to adapt PIV for any flow of interest are included.

A procedure for studying transient flows near boundaries using high-resolution, high-speed particle image velocimetry (PIV) is described here. PIV is a non-intrusive measurement technique applicable to any optically accessible flow by optimizing several parameter constraints such as the image and recording properties, the laser sheet properties, and analysis algorithms.

Velocimetry תמונת חלקיקים במהירות גבוהה ליד משטחים

Multi-dimensional and transient flows play a key role in many areas of science, engineering, and health sciences but are often not well understood. The ...

Using Neutron Spin Echo Resolved Grazing Incidence Scattering to Investigate Organic Solar Cell Materials

The spin echo resolved grazing incidence scattering (SERGIS) technique has been used to probe the length-scales associated with irregularly shaped crystallites. Neutrons are passed through two well defined regions of magnetic field; one before and one after the sample. The two magnetic field regions have opposite polarity and are tuned such that neutrons travelling through both regions, without being perturbed, will undergo the same number of precessions in opposing directions. In this case the neutron precession in the second arm is said to &#34;echo&#34; the first, and the original polarization of the beam is preserved. If the neutron interacts with a sample and scatters elastically the path through the second arm is not the same as the first and the original polarization is not recovered. Depolarization of the neutron beam is a highly sensitive probe at very small angles (&#60;50&#160;&#956;rad) but still allows a high intensity, divergent beam to be used. The decrease in polarization of the beam reflected from the sample as compared to that from the reference sample can be directly related to structure within the sample.
In comparison to scattering observed in neutron reflection measurements the SERGIS signals are often weak and are unlikely to be observed if the in-plane structures within the sample under investigation are dilute, disordered, small in size and polydisperse or the neutron scattering contrast is low. Therefore, good results will most likely be obtained using the SERGIS technique if the sample being measured consist of thin films on a flat substrate and contain scattering features that contains a high density of moderately sized features (30 nm to 5 &#181;m) which scatter neutrons strongly or the features are arranged on a lattice. An advantage of the SERGIS technique is that it can probe structures in the plane of the sample.

Progress has been made in utilizing spin echo resolved grazing incidence scattering (SERGIS) as a neutron scattering technique to probe the length-scales in irregular samples. Crystallites of [6,6]-phenyl-C61-butyric acid methyl ester have been probed using the SERGIS technique and the results confirmed by optical and atomic force microscopy.

באמצעות נויטרונים ספין הד נפתרה שכיחות מרעה פיזור לחקור חומרים אורגניים תאים סולאריים

The spin echo resolved grazing incidence scattering (SERGIS) technique has been used to probe the length-scales associated with irregularly shaped ...

Characterization of Nanocrystal Size Distribution using Raman Spectroscopy with a Multi-particle Phonon Confinement Model

Analysis of the size distribution of nanocrystals is a critical requirement for the processing and optimization of their size-dependent properties. The common techniques used for the size analysis are transmission electron microscopy (TEM), X-ray diffraction (XRD) and photoluminescence spectroscopy (PL). These techniques, however, are not suitable for analyzing the nanocrystal size distribution in a fast, non-destructive and a reliable manner at the same time. Our aim in this work is to demonstrate that size distribution of semiconductor nanocrystals that are subject to size-dependent phonon confinement effects, can be quantitatively estimated in a non-destructive, fast and reliable manner using Raman spectroscopy. Moreover, mixed size distributions can be separately probed, and their respective volumetric ratios can be estimated using this technique. In order to analyze the size distribution, we have formulized an analytical expression of one-particle PCM and projected it onto a generic distribution function that will represent the size distribution of analyzed nanocrystal. As a model experiment, we have analyzed the size distribution of free-standing silicon nanocrystals (Si-NCs) with multi-modal size distributions. The estimated size distributions are in excellent agreement with TEM and PL results, revealing the reliability of our model.

We demonstrate how to determine the size distribution of semiconductor nanocrystals in a quantitative manner using Raman spectroscopy employing an analytically defined multi-particle phonon confinement model. Results obtained are in excellent agreement with the other size analysis techniques like transmission electron microscopy and photoluminescence spectroscopy.

אפיון התפלגות גודל ננו באמצעות ראמאן ספקטרוסקופיה עם דגם Phonon מאסר רב-חלקיקים

Analysis of the size distribution of nanocrystals is a critical requirement for the processing and optimization of their size-dependent properties. The ...

Development of an Experimental Setup for the Measurement of the Coefficient of Restitution under Vacuum Conditions

The Discrete Element Method is used for the simulation of particulate systems to describe and analyze them, to predict and afterwards optimize their behavior for single stages of a process or even an entire process. For the simulation with occurring particle-particle and particle-wall contacts, the value of the coefficient of restitution is required. It can be determined experimentally. The coefficient of restitution depends on several parameters like the impact velocity. Especially for fine particles the impact velocity depends on the air pressure and under atmospheric pressure high impact velocities cannot be reached. For this, a new experimental setup for free-fall tests under vacuum conditions is developed. The coefficient of restitution is determined with the impact and rebound velocity which are detected by a high-speed camera. To not hinder the view, the vacuum chamber is made of glass. Also a new release mechanism to drop one single particle under vacuum conditions is constructed. Due to that, all properties of the particle can be characterized beforehand.

The coefficient of restitution is a parameter that describes the loss of kinetic energy during collision. Here, a free-fall setup under vacuum conditions is developed to be able to determine the coefficient of restitution parameter for particles in micrometer range with high impact velocities.

פיתוח של התקנה ניסיונית עבור המדידה של מקדם התקומה בתנאי אבק

The Discrete Element Method is used for the simulation of particulate systems to describe and analyze them, to predict and afterwards optimize their ...

Experimental Protocol to Investigate Particle Aerosolization of a Product Under Abrasion and Under Environmental Weathering

The present article presents an experimental protocol to investigate particle aerosolization of a product under abrasion and under environmental weathering, which is a fundamental element to the approach of nanosafety-by-design of nanostructured products for their durable development. This approach is basically a preemptive one in which the focus is put on minimizing the emission of engineered nanomaterials' aerosols during the usage phase of the product's life cycle. This can be attained by altering its material properties during its design phase without compromising with any of its added benefits. In this article, an experimental protocol is presented to investigate the nanosafety-by-design of three commercial nanostructured products with respect to their mechanical solicitation and environmental weathering. The means chosen for applying the mechanical solicitation is an abrasion process and for the environmental weathering, it is an accelerated UV exposure in the presence of humidity and heat. The eventual emission of engineered nanomaterials is studied in terms of their number concentration, size distribution, morphology and chemical composition. The purpose of the protocol is to study the emission for test samples and experimental conditions which are corresponding to real life situations. It was found that the application of the mechanical stresses alone emits the engineered nanomaterials' aerosols in which the engineered nanomaterial is always embedded inside the product matrix, thus, a representative product element. In such a case, the emitted aerosols comprise of both nanoparticles as well as microparticles. But if the mechanical stresses are coupled with the environmental weathering, the experimental protocol reveals then the eventual deterioration of the product, after a certain weathering duration, may lead to the emission of the free engineered nanomaterial aerosols too.

In this article, an experimental protocol to investigate particle aerosolization of a product under abrasion and under environmental weathering is presented. Results on the emission of engineered nanomaterials, in the form of aerosols are presented. The specific experimental set-up is described in detail.

פרוטוקול ניסוי לחקור חלקיקי Aerosolization של מוצרים תחת שחיקה תחת בלית הסביבה

The present article presents an experimental protocol to investigate particle aerosolization of a product under abrasion and under environmental ...

Three-dimensional Particle Tracking Velocimetry for Turbulence Applications: Case of a Jet Flow

3D-PTV is a quantitative flow measurement technique that aims to track the Lagrangian paths of a set of particles in three dimensions using stereoscopic recording of image sequences. The basic components, features, constraints and optimization tips of a 3D-PTV topology consisting of a high-speed camera with a four-view splitter are described and discussed in this article. The technique is applied to the intermediate flow field (5 &#60;x/d &#60;25) of a circular jet at Re &#8776; 7,000. Lagrangian flow features and turbulence quantities in an Eulerian frame are estimated around ten diameters downstream of the jet origin and at various radial distances from the jet core. Lagrangian properties include trajectory, velocity and acceleration of selected particles as well as curvature of the flow path, which are obtained from the Frenet-Serret equation. Estimation of the 3D velocity and turbulence fields around the jet core axis at a cross-plane located at ten diameters downstream of the jet is compared with literature, and the power spectrum of the large-scale streamwise velocity motions is obtained at various radial distances from the jet core.

A three-dimensional particle tracking velocimetry (3D-PTV) system based on a high-speed camera with a four-view splitter is described here. The technique is applied to a jet flow from a circular pipe in the vicinity of ten diameters downstream at Reynolds number Re &#8776; 7,000.

תלת ממד חלקיקי מעקב velocimetry עבור יישומי Turbulence: מקרה של Jet Flow

3D-PTV is a quantitative flow measurement technique that aims to track the Lagrangian paths of a set of particles in three dimensions using stereoscopic ...

Simultaneous Measurement of Turbulence and Particle Kinematics Using Flow Imaging Techniques

Numerous problems in scientific and engineering fields involve understanding the kinematics of particles in turbulent flows, such as contaminants, marine micro-organisms, and/or sediments in the ocean, or fluidized bed reactors and combustion processes in engineered systems. In order to study the effect of turbulence on the kinematics of particles in such flows, simultaneous measurements of both the flow and particle kinematics are required. Non-intrusive, optical flow measurement techniques for measuring turbulence, or for tracking particles, exist but measuring both simultaneously can be challenging due to interference between the techniques. The method presented herein provides a low cost and relatively simple method to make simultaneous measurements of the flow and particle kinematics. A cross section of the flow is measured using a particle image velocimetry (PIV) technique, which provides two components of velocity in the measurement plane. This technique utilizes a pulsed-laser for illumination of the seeded flow field that is imaged by a digital camera. The particle kinematics are simultaneously imaged using a light emitting diode (LED) line light that illuminates a planar cross section of the flow that overlaps with the PIV field-of-view (FOV). The line light is of low enough power that it does not affect the PIV measurements, but powerful enough to illuminate the larger particles of interest imaged using the high-speed camera. High-speed images that contain the laser pulses from the PIV technique are easily filtered by examining the summed intensity level of each high-speed image. By making the frame rate of the high-speed camera incommensurate with that of the PIV camera frame rate, the number of contaminated frames in the high-speed time series can be minimized. The technique is suitable for mean flows that are predominantly two-dimensional, contain particles that are at least 5 times the mean diameter of the PIV seeding tracers, and are low in concentration.

The technique described herein offers a low cost and relatively simple method to simultaneously measure particle kinematics and turbulence in flows with low particle concentrations. The turbulence is measured using particle image velocimetry (PIV), and particle kinematics are calculated from images obtained with a high-speed camera in an overlapping field-of-view.

מדידה סימולטני של מערבולת, קינמטיקה של חלקיקים באמצעות זרימת טכניקות הדמיה

Numerous problems in scientific and engineering fields involve understanding the kinematics of particles in turbulent flows, such as contaminants, marine ...

3D Printing - Evaluating Particle Emissions of a 3D Printing Pen

Three-dimensional (3D) printing as a type of additive manufacturing shows continuing increase in application and consumer popularity. The fused filament fabrication (FFF) is an inexpensive method used most frequently by consumers. Studies with 3D printers have shown that during the printing process particulate and volatile substances are released. Handheld 3D printing pens also use the FFF method but the consumer&#8217;s proximity to the 3D pens gives reason to higher exposure compared to a 3D printer. At the same time, 3D printing pens are often marketed for children who could be more sensitive to the printing emission. The aim of this study was to implement a low cost method to analyze the emissions of 3D printing pens. Polylactide (PLA) and acrylonitrile butadiene styrene (ABS) filaments of different colors were tested. In addition, filaments containing metal and carbon nanotubes (CNTs) were analyzed. An 18.5 L chamber and sampling close to the emission source was used to characterize emissions and concentrations near the breathing zone of the user.
Particle emissions and particle size distributions were measured and the potential release of metal particles and CNTs investigated. Particle number concentrations were found in a range of 105 - 106 particles/cm3, which is comparable to previous reports from 3D printers. Transmission electron microscopy (TEM) analysis showed nanoparticles of the different thermoplastic materials as well as of metal particles and CNTs. High contents of metal were observed by inductively coupled plasma mass spectrometry (ICP-MS).
These results call for a cautious use of 3D pens due to potential risk to the consumers.

This protocol presents a method to analyze the emission of 3D printing pens. Particle concentration and particle size distribution of the released particle is measured. Released particles are further analyzed with transmission electron microscopy (TEM). Metal content in filaments is quantified by inductively coupled plasma mass spectrometry (ICP-MS).

הדפסה בתלת-ממד - הערכת פליטות חלקיקים של עט הדפסה בתלת-ממד

Three-dimensional (3D) printing as a type of additive manufacturing shows continuing increase in application and consumer popularity. The fused filament ...

Study of Protein Dynamics via Neutron Spin Echo Spectroscopy

Most human body proteins' activity and functionality are related to configurational changes of entire subdomains within the protein crystal structure. The crystal structures build the basis for any calculation that describes the structure or dynamics of a protein, most of the time with strong geometrical restrictions. However, these restrictions from the crystal structure are not present in the solution. The structure of the proteins in the solution may differ from the crystal due to rearrangements of loops or subdomains on the pico to nanosecond time scale (i.e., the internal protein dynamics time regime). The present work describes how slow motions on timescales of several tens of nanoseconds can be accessed using neutron scattering. In particular, the dynamical characterization of two major human proteins, an intrinsically disordered protein that lacks a well-defined secondary structure and a classical antibody protein, is addressed by neutron spin echo spectroscopy (NSE) combined with a wide range of laboratory characterization methods. Further insights into protein domain dynamics were achieved using mathematical modeling to describe the experimental neutron data and determine the crossover between combined diffusive and internal protein motions. The extraction of the internal dynamic contribution to the intermediate scattering function obtained from NSE, including the timescale of the various movements, allows further vision into the mechanical properties of single proteins and the softness of proteins in their nearly natural environment in the crowded protein solution.

Study of Protein Dynamics via Neutron Spin Echo Spectroscopy

The present protocol describes methods for investigating the structure and dynamics of two model proteins that have an important role in human health. The technique combines bench-top biophysical characterization with neutron spin echo spectroscopy to access the dynamics at time and length scales relevant for protein interdomain motions.

חקר דינמיקת חלבונים באמצעות ספקטרוסקופיה של הד ספין נויטרונים

Most human body proteins' activity and functionality are related to configurational changes of entire subdomains within the protein crystal structure. The ...