PIV 意思是 Particle Image Velocimetry，中文稱為「粒子影像測速技術」，是一種透過高速攝影機記錄流體中示蹤粒子運動，進而分析流場速度分布的非接觸式量測技術。這項技術在流體力學研究、工業品管、汽車工程等領域扮演關鍵角色。
PIV 技術原理與工作方式
PIV 系統的核心概念是在待測流體中加入微小的示蹤粒子（通常直徑 1-10 微米），這些粒子會隨著流體一起運動。透過高速攝影機在極短時間間隔內（通常 1-100 微秒）連續拍攝兩張影像，再利用數位影像相關分析技術，計算出每個區域內粒子的位移量，進而求得該區域的瞬時速度向量。
整個 PIV 量測系統包含以下幾個重要組件：
- 雷射光源：提供薄片狀雷射光照明待測區域
- 高速攝影機：捕捉粒子運動影像，拍攝頻率可達數十萬 fps
- 示蹤粒子：跟隨流體運動的微小粒子
- 影像分析軟體：進行粒子配對與速度向量計算
PIV 高速攝影機技術規格比較
不同品牌的 PIV 專用高速攝影機在性能上各有特色，以下是東茂科技代理的主要品牌規格比較：
| 品牌 | 最高解析度 | 最大拍攝速度 | 感光度 ISO | PIV 專用功能 | 原產地 |
|---|---|---|---|---|---|
| AOS | 1280×800 | 400,000fps（降解析度模式） | 6400 | 雙快門模式、PIV 同步觸發 | 瑞士 |
| DITECT | 1024×1024 | 210,000 fps | 12800 | 高感光 PIV 模式、低噪音 | 日本 |
| Mega Speed | 1280×1024 | 750,000 fps | 5000 | 超高速 PIV、長時間錄製 | 加拿大 |
| SSZN SH6 | 2048×2048 | 50,000 fps | 25600 | AI 輔助粒子識別 | 中國 |
PIV 應用領域與實際案例
PIV 技術的應用範圍相當廣泛，東茂科技的客戶群涵蓋多個重要產業：
汽車工程領域
在汽車碰撞測試中，PIV 可以分析氣囊展開時的氣流分布、車身周圍的空氣動力學特性，以及引擎燃燒室內的混合氣流動狀況。某知名汽車廠使用我們代理的 AOS 高速攝影機，成功將引擎燃燒效率提升 8%。
半導體製程應用
在晶圓清洗製程中，PIV 技術能夠監控清洗液的流動均勻性，確保每片晶圓都能獲得一致的清洗品質。透過 DITECT 攝影機的高精度量測，可以將良品率提升至 99.8% 以上。
工業品管檢測
食品業者利用 PIV 分析包裝充填時的氣流分布，避免產品污染；航太產業則用來檢測風洞試驗中的氣流特性，最佳化飛行器設計。
選擇 PIV 高速攝影機的關鍵考量
選擇合適的 PIV 系統需要考慮多個技術參數：
時間解析度：根據流場速度決定所需的拍攝頻率。高速流場（如超音速氣流）需要 10 萬 fps 以上的拍攝能力，而一般工業應用 fps 即可滿足需求。
空間解析度：影響速度向量場的密度與精度。研究級應用建議選擇 2MP 以上解析度，工業檢測用途 1MP 通常已足夠。
感光度性能：PIV 量測環境光源條件變化大，高 ISO 性能可以降低雷射功率需求，提升安全性並減少設備成本。
常見問題 FAQ
Q1：PIV 意思中的粒子會不會影響流場特性？
A：正確選擇的示蹤粒子密度極低（通常小於 0.01%），且尺寸微小，對流場的影響可以忽略。關鍵是選擇密度接近流體、跟隨性良好的粒子材料。
Q2：PIV 系統的量測精度可以達到多少？
A：現代 PIV 系統的速度量測精度可達到 0.1 pixel 以下，換算為實際速度精度通常在 2-5% 範圍內，已能滿足大多數工程應用需求。
Q3：一套完整的 PIV 系統大概需要多少預算？
A：根據應用需求不同，基礎型 PIV 系統約 元，高階研究型系統可能需要 元。我們提供租借服務，日租金 8,000-15,000 元不等。
Q4：PIV 量測是否需要特殊的環境條件？
A：PIV 對環境震動較敏感，建議在防震桌上操作。另外需要考慮雷射安全防護，以及確保量測區域有足夠的光學接近性。
Q5：學習操作 PIV 系統需要多長時間？
A：基礎操作約需 2-3 天培訓，進階應用分析則需要 1-2 週。東茂科技提供完整的教育訓練課程，確保客戶能夠充分發揮設備性能。
PIV 技術作為現代流體量測的重要工具，在各產業的應用越來越廣泛。選擇合適的高速攝影機系統，搭配專業的技術支援，是成功建置 PIV 量測能力的關鍵。
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作者：陳聖鑫 Alex Chen
東茂儀器科技有限公司｜業務窗口
10 年高速攝影機產業經驗，代理 AOS Technologies（瑞士）、SinceVision SSZN（中國）、DITECT（日本）、Mega Speed（加拿大）四大品牌，服務台灣半導體、汽車測試、學術研究客戶。