Micro-PIV(Micro Particle Image Velocimetry)即显微粒子图像测速技术是20世纪90年代末在传统PIV技术之上产生和发展起来的对微尺度流动的全场观测技术。它运用现代计算机技术、激光技术和数字图像处理技术,突破了只能进行单点测量的传统方法,实现了高精度、无接触干扰的微流体全场观测。 本文使用倒置荧光显微镜、荧光示踪粒子、激发光源、CCD、高压电源等构成Micro-PIV系统的硬件部分。分析倒置荧光显微镜、CCD、激发光源的性能参数;计算荧光示踪粒子在焦平面的有效直径及不同参数下的相关深度;估算布朗运动引起的测量误差;开发了用于微流体驱动的高压电源,高压输出0-8000V,电压的最小分辨率为1.95V,实际输出电压波动3-5V。 给出完整的Micro-PIV图像处理算法实现过程,包括图像的实时采集、预处理、图像计算方法、亚像素算法、错误矢量的剔除、插值等。通过分析最大可测量位移量、空间分辨率和速度梯度对粒子图像计算的影响,结合模板匹配算法、多栅格算法和金字塔算法得到多分辨率、高精度、快速的模板匹配算法。该算法不仅仅在精度上高于其它互相关算法,更由于采用了金字塔算法使计算量大大减少,提高了计算速度。对日本可视化研究协会提供的标准粒子图像采用不同大小窗口计算,结果显示平均位移误差小于0.05pixel;利用已知位移分别为0-1pixel和3-4pixel的粒子图像,考查了各种算法计算结果的误差,本算法计算结果的基本偏移误差约等于零,随机误差和总体误差都小于0.02pixel。 使用Micro-PIV技术测量等宽弯曲微沟道中流体速度,分别测量在40V、60V、80V驱动电压下的流场。考查了弯曲微沟道顶部和两边直沟道部分的流场,结果显示沿弯曲微沟道内径的流速大于沿外径的流速,沿横截面方向速度呈线性减小;流体平均速度和驱动电压基本呈正比关系。