PIV ou vélocimétrie par images de particules PIV Stéréoscopique (3 composantes de vitesse)
Système de prise de vues en PIV stéréoscopique
La principale particularité de la PIV stéréoscopique par rapport à la PIV classique précédemment décrite, réside dans l'enregistrement des clichés de particules et dans l'analyse de ces images. En effet, on observe la zone de mesure, c'est-à-dire le plan laser, suivant deux directions différentes (voir figure ci-dessus). A partir de mesures réalisées avec cette double observation du plan de mesure, il est possible de reconstruire le champ de vitesses instantanées 3 composantes. Sur la figure ci-dessous, le montage présenté correspond à la méthode dite angulaire qui permet la meilleure précision de mesure et présente la meilleure adaptation pour une mise en œuvre en grande soufflerie industrielle.
L'inclinaison des directions d'observation de deux caméras par rapport à la normale au plan laser (plan objet des deux systèmes de prise de vues) entraîne une rotation du plan image qui n'est donc plus ni confondu ni parallèle aux capteurs CCD des caméras. Cela se traduit par l'impossibilité d'avoir des images de particules nettes sur toute la surface des clichés. Pour corriger ce défaut, chaque système de prise de vues doit satisfaire la condition de Scheimpflug qui impose que le plan objet (plan laser), le plan lentille (objectif de prise de vues) et le plan image (capteur CCD) soient concourants suivant une seule et unique ligne.
Méthode angulaire avec condition de Scheimpflug
Le non-parallélisme dû à la condition de Scheimpflug, entre le plan image (capteur CCD des caméras) et le plan objet (plan laser) provoque un grandissement non-constant sur toute la surface des images enregistrées par les deux caméras de prise de vues. Cette non-uniformité du grandissement se traduit par des déformations d'images qui sont clairement mises en évidence lors de l'enregistrement d'une mire d'étalonnage. Pour obtenir les champs de vitesses à 3 composantes, il est donc nécessaire de corriger ces déformations d’images sur les clichés enregistrés par chaque système de prise de vues. Dans ces conditions, l'analyse des clichés de PIV se décompose de la manière suivante :
1re étape : Correction des déformations d'images sur les clichés de PIV
2me étape : Analyse classique des clichés corrigés de chaque caméra par une technique d'intercorrélation pour obtenir des champs de vitesses 2 composantes
3me étape : Reconstruction des champs de vitesses 3 composantes à partir des cartes de vitesses 2 composantes de chaque caméra de prise de vues
La figure ci-dessous présente une carte de vitesses obtenue par PIV stéréoscopique. La composante de vitesse présentée est la composante hors-plan c’est-à-dire perpendiculaire au plan de mesure. Ces mesures ont été réalisées sur un tourbillon d’apex d’une aile delta en incidence.
Mesures PIV stéréoscopiques sur un tourbillon d’apex d’une aile delta en incidence
[Composante hors-plan U de la vitesse moyenne]
