PIV操作规程详解

1、精心整理PIV操作手册精心整理目录特别考前须知1激光非常危险,特别注意眼睛和相机平安,操作一定根据规定方法执行.2使用激光器前,仔细检查各系统是否连接正确.3相机不能长时间连接电源,-不用的时候一定将电源线拔掉.4用相机标定时,需要拆下滤光镜,此时不允许翻开激光器,翻开激光器前, 必须安装上相机镜头盖.5做实验前一定要盖上滤光片6激光器必须每周至少使用一次,否那么性能将下降.7实验时,不允许非实验人员在实验室停留.特别情况处理：有时会发生软件异常情况,这种情况下删除两个目录,即可恢复.c:programDataDantecDynamics c:userdellAppDataLocalDante

2、cDynamicsV-. J "" JX'* _ .« T /1PIV设备连接1.1设备连接原理图设备连接原理图1.1.1相机连接方法和考前须知相机通过白色宽数据线连接电脑,用一黑色圆头线同时连接相机电源和同步器, 其中同步线连接线接同步器输出端 5 0UT5和6 0UT6.注意在不使用相机时做完实验,一定要拔掉相机电源否那么有烧毁的危险.建 议拔掉电源与插线板之间的连接.相机在使用中一定注意保护 CCD在有激光时,必须盖上镜头盖标定时.或者 安装上滤光片实验时,并且不能让激光直射或者强反射到相机里面.相机镜头可调节光圈大小和进行对焦.在完成对焦后不得移动

3、和旋转相机和相 机镜头.相机连接图1.1.2同步器连接同步器负责连接电脑、相机和激光器.在同步器输入面,只需要用宽数据线连 接电脑的NI输出端.在同步器输出面,用限制电缆线分别连接相机和双腔激光器.同步器输出面本系统中,1、3接口分别连接 A、BCIock, 3、4接口连接Q-in.1.1.3电脑连接电脑连接相机和同步器.注意,本PIV软件配有专门的软件加密狗,外形像优盘.要使用PIV系统就必须插上加密狗.必须注意保护加密狗,谨防有人误将加密狗带走.同时如果发生加密狗丧失,需要找到一份PIV系统软件明细单,向PIV公司重新购置加密狗.电脑连接2PIV软件安装首先安装64位操作系统,然后安装DE

4、LL驱动WIN7系统中自带趋动,不需要 额外安装,然后安装DANTE公司提供的PCle图形采集卡驱动NI-IMAQ和同步器控 制卡PCI卡驱动DAQmx再装PCIe卡和PCI插入计算机,最后安装 DynamicStudio 软件 dynamicstudioV3.0.只有在插上加密狗后,软件才能使用.3PIV使用主要操作顺序3.1开机前：开机前检查设备连线是否正确同步器1,8只能用一个,并翻开所有仪器的电源相 机、激光器,当然还有计算机.3.2开机步骤：1开启计算机2启动DynamicStudio操作软件.3.3标定步骤：a检查相机镜头盖是否盖上,假设没盖上,请盖上镜头盖.b使激光器发光一般只发

5、射一腔激光即可,一般为为 Laser1,用片光找到要测量的平 面；此时,注意保护眼睛,激光能量尽量小一些,我们能看到激光即可.设置为单帧模式,Triggerrate用45Hz,点 Preview.Preview模式下 Numberofimages没 用,激光用一直发光,直至Stop亭止.c移动标定靶,使其在激光片光平面内,即标定靶所在平面为实际要测量的平面；此匕时, 注意保护眼睛,激光能量尽量小一些,我们能看到激光即可.d关闭激光器用激光器限制面板关闭,移去相机盖,运行DynamicStudio软件,切换 到采集模式,运用“ FreeRun模式调整两个相机,使标定靶在两个相机拍摄区域的中间位置

6、即尽量使两个相机的拍摄区域重合.此时相机不用滤光镜e调焦.使两个相机很好地聚焦在标定靶上.f检查连线软件界面内.g运行单帧模式,采集一张图片,切换到AcquiredData栏Menu-View-AcquiredData点击SaveforCalibration,把数据存为标定数据；然后再分别向前和向后移动坐标靶对称的采集几个位置一般 5个就可以,并记住这几个位置的Z值第一张为Z= 0 处.注意：坐标靶平面为XY平面,坐标靶向靠近相机的方向移动为 Z的正方向；h采集并存储完成后,切换到分析模式,在所得图片上点击右键f Customizedpropertie s 选择Z选项框f确定；然后再右键点击图

7、片f ShowContentsList f这时可以看到所 获取的几幅图片-点击每一图片,在左下方的Properties栏里都可以看到图片属性这时多了 Z项f依次填入每个图片的Z值图片与Z值必须对应正确；N rtyw Kufi-jaJa Ll-NiKR IJI LL'.lBlflK - iw-il3埼 CvcriffrlnZ占 flMMiH iiYki*5*1EODKI lr.n- -Ml ri右键点击总图片f Calibrate fCalibration f ImageModelFitIMF f target 选择标定板型号,imagingmodel 选择 directlineartr

8、ansform,确定坐标轴 xy 方向即可.f Ok生成imf.dlt 文件.将imf.dlt文件拉入图片中即可显现标定效果.显示过后,即看圆心点与直线交叉点的重合度好不好,重合好就说明标定效果好.如果重合不好, 那么需要重新标定,直到满意为止.标定时,注意拍摄图片亮度对标定结果的影响,如未标定 成功可看提示是何问题对相机2采集的图片也进行相同操作.这样标定操作完成.标定拍摄时,最好是标定靶占满整个拍摄窗口.运用一个相机进行二维PIV标定时的步骤：A. 把相机盖盖上一定要盖上,翻开激光器,用片光找到要测量的平面；B. 在片光平面中放入一把尺子,并关闭激光,翻开相机盖；C. 运行DynamicS

9、tudio软件,新建一个 Database并切换到采集模式,运用“ FreeRun模式 来调焦,使相机尽可能清楚的拍到尺子此时相机不用滤光镜；D. 选择单帧拍摄模式f采集图片数输入1f点击Acquire采集图片此时激光器可以用内触发,用自然光拍摄；也可以用外触发,但相机要加上滤光片f 切换到AcquiredData栏f 点击SaveforCalibration,把数据存为标定数据；E. 采集并存储完成后,切换到 分析模式,在所得图片上点击右键f MeasureScaleFactor f把 图片中的A和B分别拖到两个刻度上f选择 AbsoluteDistanee f输入A到B的距离f OK3.4

10、测试和数据分析：A.把相机加上滤光片,激光器按下 Simmer 绿钮和 Work红钮做好发光准备；B. DynamicStudio 软件切换到Preview 模式下,选择双帧拍摄模式输入适宜的 TimeBetwee nPulse-输入采集频率-调节激光器光源强度,使图像灰度分布合理.双击采集图片, 分析示踪粒子的密度,大小,跨帧时间是否适宜等.分析方法,在图像上点击右键,选定 DisplayOptio ns.如上右图,选网格大小,每个网格内有 5-8个粒子时PIV计算结果较为理想.按键盘字母 T, 可自动在第1帧和第2帧切换,当一个粒子在两帧之间移动不超过网格的 1/2时,说明跨帧时间合 适.

11、C. 输入采集图片数点击 Acquire采集图片切换到 AcquiredData栏点击SaveinDatabase ;D. 采集并存储完成后,切换到分析模式,进行分析,分析方法见后面介绍.4PIV软件使用说明4.1设备连接与采集操作4.1.1激光器添加限制面板上-tools-lightsourcewizard,接下来进入添加步骤.根据提示进行操作-给定激光器名称比方vilite350 -选取Twocarvities 其余均采用默认参数即可.1. maxtriggerfreque ncy设置为 10HZ2. flash1toQ-switch1delay和 flash2toQ-switch2del

12、ay 设为 555 卩 s3. Q-switch1activationdelay和 Q-switch2activationdelay 均设为 0.87 卩 I 厂/J 气_f X. f 乂/ 、心卢X's.其余均采用默认设置即可.然后进入采集模式,在右侧限制面板上选择syn chro nizatio nCables出现如下列图所示：并且比下列图多出两个相机接口,分别连接第五和第六个箭头即可.接入相机和同步器,选择CreateDefaultconnection告诉软件,硬件是怎么连接的相机双帧模式与单帧模式数据保存界面Timebetweenpulses :为激光器两腔之间的时间只在双帧模

13、式下适用,可以调节,根据拍摄图像粒子移动距离而定,一般保证示踪粒子在最小单元格32*32中移动1/4到1/2的时间为准.可调范围为几十纳秒到 67000纳秒.精心整理注意：获得的图像中,每个单元格中的粒子数最好为5-8个,每个粒子所占的像素最好是2个左右.Triggerrate :拍摄频率,最高为7.4.Numberofimages：拍摄照片对的数量.其中FreeRun为观测窗口,在单帧模式中,当激光机不发光,相机进行对焦时使用, 其连续不停.其中Preview用于试拍摄,激光发光,其连续不停.可以观测激光能量和所加粒子浓度是否适宜.其中Acquire用于正式采集数据.注意标定时,一定将激光器

14、关掉.在正式采集数 据时,一定先安装上滤光镜.使用Acquire正式采集后保存数据,如果是标定,选择SaveforCalibration .如果是 PIV 图像,选择 SaveforDatabase.选择ClearBuffers进行去除图片所占的内存.4.2数据查看方法I.数据处理窗口在FlowSense上左双击出现对应图片,右击选择 ShowContentsList 对后面所有右 击,只要出现都适用就可以看到对应图片对的列表；或选择 Analysis进行分析工 作注意此时是进行图片的分析,与后面矢量图的分析有区别.双击拍摄的图片会出现下列图,然后拖动蓝色的方块进行调节,就可以看到不太明显 的

15、粒子.调节图片灰度界面在 FlowSense上点右键选 Analyze.I -J _ -.选 Imageprocess in g-ROIExtract ,进入界面如下：在空白处点右键,点 ColorMapA ndHistogram,如右上图.调节直方图变换工具,在空白处即可出现照的PIV图像.拖动浅红色边框的四个角,将需要计算的流场包括进去,以后的计算只计算红色边框之内的图像元素.精心整理4.3数据分析方法假设想得到正确的矢量图结果,需要注意以下步骤：此步骤的目的是得到较准确的PIV两维流场图.特别是镜头与拍摄平面不垂直时,此步骤尤为重要.4.3.1lmageProcessing图片像素分析界

16、面ImageAritthmetic 表示对像素的加减乘除运算.例如当图片较暗的时候,可以对图 片进行乘法运算DefinelmageBalanee定义片光的修正,进行片光平滑.ImageBalancing可以把以前不容易看到的粒子能够显示出来.ROIExtract用于截取一局部分析用的图片区域.Imagemea训于图片的某一像素平均计算.ImageRMS图片像素的均方根计算.Imagemi n/max图片像素最小与最大计算.ImageStitch图片拼接当流场较大时就可以采用此方法ImageHistogram 直方图ImageProcessingLibrary IPL: 低通、高通其他选项请参考

17、Help.4.3.2lmageConversion . ! I ; ； '. ''i2->X ：' ,产 X图片对应顺序转换界面MakeS in gleFrame用于保存某一单帧.MakeDoubleFrame用于更改所有帧的顺序.MakeReverseFrame由于反转图片顺序.ImageResolution用于改变图片的位数颜色数.4.3.3Masking图片不需要分析的区域,复杂划分工具界面点击DefineMask进入分析区域划分界面有多种工具可供选择,显示红色的地方,在后面的运算中,将不会被分析计算.ImageMasking进行图片的分析计算,同时

18、忽略 Mask中选择的区域.一般建议不对精心整理原图进行MAS,建议对原图进行PIV分析后再对所得矢量图进行 MAS.434 PIVSignalPIV数据计算操作界面如上图示,如果对原图进行 PIV计算,那么将鼠标放在1处,点右键分析；也可只对感兴趣的区域进行PIV计算,这时将鼠标放在2处,点右键分析.Cross-correlation不常用,不表.与下面的菜单功能一致.AdaptiveCorrelation生成矢量图AdaptiveCorrelation 自适应互相关法.点击将出现下面的界面.其中 Fin ali nterrogatio nareasize是选择最小分辨的网格大小,一般建议

19、32*32,64*64为宜.Overlap表示在更大的网格范围内寻找相关粒子进行计算,一般选择25%或者50% 其余选择框中,保持 2 为宜.在 options 中,highaccuracysubpixelrefinement 用于粒子小于一个像素时；Usedeformingwindouws适用于大流速时的变形网格中, 现在的PIV算法已经包含在内,可不选.其余选项可以保持默认状态,如果需要修改,请参考Help.自适应互相关法选项图过滤方法一般不用验证选项对 Peakvalidation 中 Minimunpeakheightrelativetopeak选项,可以不用.如果使用,就设为 1.0

20、8.LocalNeighborhoodValidation选 UseMovingAverage属于 PIV 矢量的一种后处理方法.None表示原始的PIV计算结论其余选项最好不用.AverageCorrelation上图中,一般采用 Centraldifferenee方法,Forwarddifferenee 用于 LIF 方法激光诱发荧光粒子测量方法,未购置.用于粒子较少的时候,对多幅图片进行加权平均,得到一个图片的结果.FlexPIV初始界面FlexPIV用于自主绘制需要计算的网格.点击Edit进入下面的编辑状态.详细操作见 Help.本操作的重点是右边的选择项的设置,网格中以绿点为中央.改

21、变网格类型就相当精心整理于改变以中央为准的网格形状.其中Shapetype为定义网格类型：Wall 整个平面都不分析Grid普通网格Falshole在普通网格内部网格进行加密分析,结合Grid网格使用.Hole在Grid内部划分不分析的区域,结合G rid网格使用.Gridoptio ns435 Plots生成图表、云图：ScalarMap将矢量图转为标量图云图.Extract比照两个点的特点差异.ProfilePlot比照两条线的差异.矢量沿某一线上的变化,需要将矢量图先显示Spectrum对某一点进行谱分析能量密度分析.V-. J ""JX'*_.« T /4.3.6Coordinates I X 1% Z jXGridI nterpolation将非结构化网格拟合成结构化网格4.3.7StatisticsImageMear统计图像平均值ImageRMS统计图像均方根ImageMi n/Max统计图像最小最大值4.3.8Vector&Derivative本操作对