PIV操作流程詳解

1、PIV操作手冊(cè)目錄特別考前須知1激光非常危險(xiǎn),特別注意眼睛和相機(jī)平安,操作一定根據(jù)規(guī) 定方法執(zhí)行.2使用激光器前,仔細(xì)檢查各系統(tǒng)是否連接正確.3相機(jī)不能長(zhǎng)時(shí)間連接電源,-不用的時(shí)候一定將電源線拔 掉.4用相機(jī)標(biāo)定時(shí),需要拆下濾光鏡,此時(shí)不允許翻開(kāi)激光器, 翻開(kāi)激光器前,必須安裝上相機(jī)鏡頭蓋.5做實(shí)驗(yàn)前一定要蓋上濾光片6激光器必須每周至少使用一次,否那么性能將下降.7實(shí)驗(yàn)時(shí),不允許非實(shí)驗(yàn)人員在實(shí)驗(yàn)室停留.特別情況處理：有時(shí)會(huì)發(fā)生軟件異常情況,這種情況下刪除兩個(gè)目錄,即可恢復(fù).c:programDataDantec Dynamics c:userdellAppDataLocalDantec Dyn

2、amics1 PIV設(shè)備連接1.1 設(shè)備連接原理圖設(shè)備連接原理圖1.1.1 相機(jī)連接方法和考前須知相機(jī)通過(guò)白色寬數(shù)據(jù)線連接電腦,用一黑色圓頭線同時(shí)連接相機(jī) 電源和同步器,其中同步線連接線接同步器輸出端 5 OUT5和6 OUT6.注意在不使用相機(jī)時(shí)做完實(shí)驗(yàn),一定要拔掉相機(jī)電源否那么有 燒毀的危險(xiǎn).建議拔掉電源與插線板之間的連接.相機(jī)在使用中一定注意保護(hù) CCD在有激光時(shí),必須蓋上鏡頭蓋 標(biāo)定時(shí)或者安裝上濾光片實(shí)驗(yàn)時(shí),并且不能讓激光直射或者 強(qiáng)反射到相機(jī)里面.相機(jī)鏡頭可調(diào)節(jié)光圈大小和進(jìn)行對(duì)焦.在完成對(duì)焦后不得移動(dòng)和 旋轉(zhuǎn)相機(jī)和相機(jī)鏡頭.相機(jī)連接圖1.1.2 同步器連接同步器負(fù)責(zé)連接電腦、相機(jī)和激

3、光器.在同步器輸入面,只需要 用寬數(shù)據(jù)線連接電腦的NI輸出端.在同步器輸出面,用限制電纜線 分別連接相機(jī)和雙腔激光器.同步器輸出面本系統(tǒng)中,1、3接口分別連接A、B Clock, 3、4接口連接Q-in.1.1.3 電腦連接電腦連接相機(jī)和同步器.注意,本PIV軟件配有專(zhuān)門(mén)的軟件加密狗,外形像優(yōu)盤(pán).要使用 PIV系統(tǒng)就必須插上加密狗.必須注意保護(hù)加密狗,謹(jǐn)防有人誤將加 密狗帶走.同時(shí)如果發(fā)生加密狗喪失,需要找到一份 PIV系統(tǒng)軟件明細(xì)單, 向PIV公司重新購(gòu)置加密狗.電腦連接2 PIV軟件安裝首先安裝64位操作系統(tǒng),然后安裝 DELL驅(qū)動(dòng)WIN7系統(tǒng)中自 帶趨動(dòng),不需要額外安裝,然后安裝DANT

4、E公司提供的PCle圖形 采集卡驅(qū)動(dòng)NI-IMAQ和同步器限制卡 PCI卡驅(qū)動(dòng)DAQmx再裝PCIe 卡和PCI插入計(jì)算機(jī),最后安裝Dynamic Studio軟件dynamicstudio V3.0O只有在插上加密狗后,軟件才能使用.3 PIV使用主要操作順序3.1 開(kāi)機(jī)前：開(kāi)機(jī)前檢查設(shè)備連線是否正確同步器1,8只能用一個(gè),并翻開(kāi)所有儀器的電源相機(jī)、激光器,當(dāng)然還有計(jì)算機(jī).3.2 開(kāi)機(jī)步驟：1開(kāi)啟計(jì)算機(jī)2啟動(dòng)DynamicStudio操作軟件.3.3 標(biāo)定步驟：a檢查相機(jī)鏡頭蓋是否蓋上,假設(shè)沒(méi)蓋上,請(qǐng)蓋上鏡頭蓋.b使激光器發(fā)光一般只發(fā)射一腔激光即可,一般為為 Laserl,用片 光找到要測(cè)量

5、的平面；此時(shí),注意保護(hù)眼睛,激光能量盡量小一些, 我們能看到激光即可.設(shè)置為單幀模式,Trigger rate用45Hz,點(diǎn)Preview.Preview模式下 Number of images沒(méi)用,激光用一直發(fā)光,直至 Stop亭止.c移動(dòng)標(biāo)定靶,使其在激光片光平面內(nèi),即標(biāo)定靶所在平面為實(shí)際要 測(cè)量的平面；此時(shí),注意保護(hù)眼睛,激光能量盡量小一些, 我們能看到激光即可.d關(guān)閉激光器用激光器限制面板關(guān)閉,移去相機(jī)蓋,運(yùn)行 DynamicStudio軟件,切換到采集模式,運(yùn)用“Free Run模式調(diào)整 兩個(gè)相機(jī),使標(biāo)定靶在兩個(gè)相機(jī)拍攝區(qū)域的中間位置即盡量使兩 個(gè)相機(jī)的拍攝區(qū)域重合.此時(shí)相機(jī)不用濾光

6、鏡；e調(diào)焦.使兩個(gè)相機(jī)很好地聚焦在標(biāo)定靶上.f檢查連線軟件界面內(nèi).g運(yùn)行單幀模式,采集一張圖片,切換到Acquired Data欄 Menu-View-Acquired Data點(diǎn)擊Save for Calibration ,把數(shù)據(jù)存為標(biāo)定數(shù)據(jù)；然后再分別向 前和向后移動(dòng)坐標(biāo)靶對(duì)稱(chēng)的采集幾個(gè)位置一般5個(gè)就可以,并記住這幾個(gè)位置的Z值第一張為Z= 0處.注意：坐標(biāo)靶平面為XY 平面,坐標(biāo)靶向靠近相機(jī)的方向移動(dòng)為Z的正方向；h采集并存儲(chǔ)完成后,切換到分析模式,在所得圖片上點(diǎn)擊右鍵一 Customized properties 一選擇Z選項(xiàng)框一確定；然后再右鍵點(diǎn)擊圖 片一 Show Contents

7、 List 一這時(shí)可以看到所獲取的幾幅圖片一點(diǎn)擊 每一圖片,在左下方的Properties欄里都可以看到圖片屬性這時(shí) 多了 Z項(xiàng)一依次填入每個(gè)圖片的Z值圖片與Z值必須對(duì)應(yīng)正確；口MHO-sr f M.Q 2 PistilLLJEH曲 Immi Piiimck. 率 H H_ F !44mqIW=D sum i nia H4*1pir,2Tm*“FlHWMirwriU Hbl PI G右鍵點(diǎn)擊總圖片一 Calibrate - Calibration - Image Model FitIMF 一 target 選擇標(biāo)定板型號(hào),imaging model 選擇 direct linear trans

8、form ,確定坐標(biāo)軸xy方向即可.一Ok生成imf.dlt 文件.將 imf.dlt文件拉入圖片中即可顯現(xiàn)標(biāo)定效果.顯示過(guò)后,即看圓心點(diǎn) 與直線交叉點(diǎn)的重合度好不好,重合好就說(shuō)明標(biāo)定效果好.如果重合 不好,那么需要重新標(biāo)定,直到滿(mǎn)意為止 .標(biāo)定時(shí),注意拍攝圖片亮度對(duì) 標(biāo)定結(jié)果的影響,如未標(biāo)定成功可看提示是何問(wèn)題對(duì)相機(jī)2采集的圖片也進(jìn)行相同操作.這樣標(biāo)定操作完成.標(biāo)定拍攝時(shí),最好是標(biāo)定靶占滿(mǎn)整個(gè)拍攝窗口.運(yùn)用一個(gè)相機(jī)進(jìn)行二維PIV標(biāo)定時(shí)的步驟：A.把相機(jī)蓋蓋上一定要蓋上,翻開(kāi)激光器,用片光找到要測(cè)量的平面；B.在片光平面中放入一把尺子,并關(guān)閉激光,翻開(kāi)相機(jī)蓋；C.運(yùn)行DynamicStudio

9、軟件,新建一個(gè)Database并切換至U采集模式,運(yùn)用 “Free Run模式來(lái)調(diào)焦,使相機(jī)盡可能清楚的拍到尺子此時(shí)相機(jī)不 用濾光鏡；D.選擇單幀拍攝模式一采集圖片數(shù)輸入1 一點(diǎn)擊Acquire采集圖片此時(shí)激光器可以用內(nèi)觸發(fā),用自然光拍攝；也可以用外觸發(fā),但相機(jī)要加上濾 光片一切換到 Acquired Data 欄一點(diǎn)擊 Save for Calibration ,把數(shù) 據(jù)存為標(biāo)定數(shù)據(jù)；E.采集并存儲(chǔ)完成后,切換到分析模式,在所得圖片上點(diǎn)擊右鍵一 Measure Scale Factor 一把圖片中的A和B分別拖到兩個(gè)刻度上一選擇 Absolute Distance 一輸入A到B的距離一 OK

10、3.4測(cè)試和數(shù)據(jù)分析：A.把相機(jī)加上濾光片,激光器按下Simmer 綠鈕和 Work紅鈕做好發(fā)光準(zhǔn)備；B. DynamicStudio軟件切換到Preview模式下,選擇雙幀拍攝模式一輸入合 適的Time Between Pulse 一輸入采集頻率一調(diào)節(jié)激光器光源強(qiáng)度,使圖像灰度分布合理.雙擊采集圖片,分析示蹤粒子的密度,大小,跨幀時(shí)間是否適宜等.分析方法,在圖像上點(diǎn)擊右鍵,選定 Display Options.如上右圖,選網(wǎng)格大小,每個(gè)網(wǎng)格內(nèi)有5-8個(gè)粒子時(shí)PIV計(jì)算結(jié)果較為理想. 按鍵盤(pán)字母T,可自動(dòng)在第1幀和第2幀切換,當(dāng)一個(gè)粒子在兩幀之間移動(dòng)不超 過(guò)網(wǎng)格的1/2時(shí),說(shuō)明跨幀時(shí)間適宜.C

11、.輸入采集圖片數(shù)點(diǎn)擊 Acquire采集圖片切換到Acquired Data欄點(diǎn)擊 Save in Database ；D.采集并存儲(chǔ)完成后,切換到分析模式,進(jìn)行分析,分析方法見(jiàn)后面介紹.4 PIV軟件使用說(shuō)明4.1 設(shè)備連接與采集操作4.1.1 激光器添加限制面板上-tools-light source wizard ,接下來(lái)進(jìn)入添加步驟.根據(jù)提示進(jìn)行操作-給定激光器名稱(chēng)比方 vilite350 -選取Two carvities 其余均采用默認(rèn)參數(shù)即可.1 . max trigger frequency 設(shè)置為 10HZ2 .flash 1 to Q-switch1 delay 和 flas

12、h 2 to Q-switch2delay 設(shè)為 555 s3 .Q-switch 1activation delay 和 Q-switch 2 activationdelay 均設(shè)為 0.87 s.其余均采用默認(rèn)設(shè)置即可.然后進(jìn)入采集模式,在右側(cè)限制面板上選擇synchronizationCables出現(xiàn)如下列圖所示：并且比下列圖多出兩個(gè)相機(jī)接口,分別連接第五和第六個(gè)箭頭即可.接入相機(jī)和同步器,選擇 Create Default connection 告訴軟件, 硬件是怎么連接的相機(jī)雙幀模式與單幀模式數(shù)據(jù)保存界面Time between pulses :為激光器兩腔之間的時(shí)間只在雙幀模式下

13、適用,可以調(diào)節(jié),根據(jù)拍攝圖像粒子移動(dòng)距離而定,一般保證示蹤 粒子在最小單元格32*32中移動(dòng)1/4到1/2的時(shí)間為準(zhǔn).可調(diào)范 圍為幾十納秒到67000納秒.注意：獲得的圖像中,每個(gè)單元格中的粒子數(shù)最好為5-8個(gè),每個(gè)粒子所占的像素最好是2個(gè)左右.Trigger rate :拍攝頻率,最高為7.4.Number of images :拍攝照片對(duì)的數(shù)量.其中Free Run為觀測(cè)窗口,在單幀模式中,當(dāng)激光機(jī)不發(fā)光,相機(jī) 進(jìn)行對(duì)焦時(shí)使用,具連續(xù)不停.其中Preview用于試拍攝,激光發(fā)光,其連續(xù)不停.可以觀測(cè)激光 能量和所加粒子濃度是否適宜.其中Acquire用于正式采集數(shù)據(jù).注意標(biāo)定時(shí),一定將激光

14、器關(guān)掉. 在正式采集數(shù)據(jù)時(shí),一定先安裝上濾光鏡.使用Acquire正式采集后保存數(shù)據(jù),如果是標(biāo)定,選擇 Save for Calibration .如果是 PIV 圖像,選擇 Save for Database.選擇Clear Buffers 進(jìn)行去除圖片所占的內(nèi)存.4.2 數(shù)據(jù)查看方法數(shù)據(jù)處理窗口在FlowSense上左雙擊出現(xiàn)對(duì)應(yīng)圖片,右擊選擇 ShowContents List對(duì)后面所有右擊,只要出現(xiàn)都適用就可以看到對(duì)應(yīng)圖片對(duì)的列表；或選擇Analysis進(jìn)行分析工作注意此時(shí)是進(jìn)行圖片的分析,與后 面矢量圖的分析有區(qū)別.雙擊拍攝的圖片會(huì)出現(xiàn)下列圖,然后拖動(dòng)藍(lán)色的方塊進(jìn)行調(diào)節(jié),就可以 看到

15、不太明顯的粒子.調(diào)節(jié)圖片灰度界面在 FlowSense上點(diǎn)右鍵選 Analyze.選 Image processing-ROI Extract , 進(jìn)入界面如下：在空白處點(diǎn)右鍵,點(diǎn) Color Map And Histogram ,如右上圖.調(diào)節(jié)直方圖變換工具,在空白處即可出現(xiàn)照的 PIV圖像.拖動(dòng)淺紅色邊框的四個(gè)角,將需要計(jì)算的流場(chǎng)包括進(jìn)去,以后的 計(jì)算只計(jì)算紅色邊框之內(nèi)的圖像元素.4.3 數(shù)據(jù)分析方法 假設(shè)想得到正確的矢量圖結(jié)果,需要注意以下步驟：此步驟的目的是得到較準(zhǔn)確的 PIV兩維流場(chǎng)圖.特別是鏡頭與拍攝平 面不垂直時(shí),此步驟尤為重要.4.3.1 Image Processing圖片像

16、素分析界面Image Aritthmetic表示對(duì)像素的加減乘除運(yùn)算.例如當(dāng)圖片較暗的時(shí)候,可以對(duì)圖片進(jìn)行乘法運(yùn)算Define Image Balance 定義片光的修正,進(jìn)行片光平滑.Image Balancing 可以把以前不容易看到的粒子能夠顯示出來(lái).ROI Extract用于截取一局部分析用的圖片區(qū)域.Image mean用于圖片的某一像素平均計(jì)算.Image RMS0片像素的均方根計(jì)算.Image min/max圖片像素最小與最大計(jì)算.Image Stitch 圖片拼接當(dāng)流場(chǎng)較大時(shí)就可以采用此方法Image Histogram 直方圖Image Processing Library

17、IPL: 低通、高通其他選項(xiàng)請(qǐng)參考Help.4.3.2 Image Conversion圖片對(duì)應(yīng)順序轉(zhuǎn)換界面Make Single Frame用于保存某一單幀.Make Double Frame用于更改所有幀的順序.Make Reverse Frame由于反轉(zhuǎn)圖片順序.Image Resolution 用于改變圖片的位數(shù)顏色數(shù).4.3.3 Masking圖片不需要分析的區(qū)域,復(fù)雜劃分工具界面點(diǎn)擊Define Mask進(jìn)入分析區(qū)域劃分界面有多種工具可供選擇,顯示紅色的地方,在后面的運(yùn)算中,將不會(huì)被 分析計(jì)算.Image Masking進(jìn)行圖片的分析計(jì)算,同時(shí)忽略 Mask中選擇的區(qū)域.一般建議不

18、對(duì)原圖進(jìn)行 MASK建議對(duì)原圖進(jìn)行PIV分析后再對(duì)所 得矢量圖進(jìn)行MASK4.3.4 PIV SignalPIV數(shù)據(jù)計(jì)算操作界面如上圖示,如果對(duì)原圖進(jìn)行PIV計(jì)算,那么將鼠標(biāo)放在1處,點(diǎn)右鍵分析；也可只對(duì)感興趣的區(qū)域進(jìn)行 PIV計(jì)算,這時(shí)將鼠標(biāo)放在2處,點(diǎn) 右鍵分析.Cross-correlation不常用,不表.與下面的菜單功能一致.Adaptive Correlation生成矢量圖Adaptive Correlation自適應(yīng)互相關(guān)法.點(diǎn)擊將出現(xiàn)下面的界面.其中Final interrogation area size是選擇最小分辨的網(wǎng)格大小,一般建議32*32,64*64為宜.Overl

19、ap表示在更大的網(wǎng)格范圍內(nèi)尋找 相關(guān)粒子進(jìn)行計(jì)算,一般選擇 25喊者50%其余選擇木g中,保持2 為宜.在 options 中,high accuracy subpixel refinement 用于粒 子小于一個(gè)像素時(shí)；Use deforming windouws 適用于大流速時(shí)的變 形網(wǎng)格中,現(xiàn)在的PIV算法已經(jīng)包含在內(nèi),可不選.其余選項(xiàng)可以保 持默認(rèn)狀態(tài),如果需要修改,請(qǐng)參考 Help.自適應(yīng)互相關(guān)法選項(xiàng)圖 過(guò)濾方法一般不用 驗(yàn)證選項(xiàng)對(duì) Peak validation 中 Minimun peak height relative to peak 選 項(xiàng),可以不用.如果使用,就設(shè)為 1.0

20、8.Local Neighborhood Validation 選UseMoving Average屬于PIV矢量的一種后處理方法. None表示原始的PIV計(jì)算結(jié)論其余選項(xiàng)最好不用.Average Correlation上圖中,一般采用 Central difference 方法,Forward difference用于LIF方法激光誘發(fā)熒光粒子測(cè)量方法,未購(gòu)置.用于粒子較少的時(shí)候,對(duì)多幅圖片進(jìn)行加權(quán)平均,得到一個(gè)圖片的結(jié) 果.FlexPIV初始界面FlexPIV用于自主繪制需要計(jì)算的網(wǎng)格.點(diǎn)擊Edit進(jìn)入下面的編輯狀態(tài).詳細(xì)操作見(jiàn)Help.本操作的重點(diǎn)是右邊的選擇項(xiàng)的設(shè)置,網(wǎng)格中以綠點(diǎn)為中

21、央.改變網(wǎng)格類(lèi)型就相當(dāng)于改變以中央為準(zhǔn)的網(wǎng)格形狀.其中Shape type為定義網(wǎng)格類(lèi)型：Wall整個(gè)平面都不分析Grid普通網(wǎng)格Fals hole在普通網(wǎng)格內(nèi)部網(wǎng)格進(jìn)行加密分析,結(jié)合G rid網(wǎng)格使用.Hole在Grid內(nèi)部劃分不分析的區(qū)域,結(jié)合Grid網(wǎng)格使用.Grid options4.3.5 Plots生成圖表、云圖：Scalar Map將矢量圖轉(zhuǎn)為標(biāo)量圖云圖.Extract 比照兩個(gè)點(diǎn)的特點(diǎn)差異.Profile Plot比照兩條線的差異.矢量沿某一線上的變化,需要將 矢量圖先顯示.Spectrum對(duì)某一點(diǎn)進(jìn)行譜分析能量密度分析.4.3.6 CoordinatesGrid Interpolation將非結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格擬合成結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格4.3.7 StatisticsImage Mean統(tǒng)計(jì)圖像平均值Image RMS統(tǒng)計(jì)圖像均方根Image Min/Max統(tǒng)計(jì)圖像最小最大值4.3.8 Vector &