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文档简介
1、PIV操作手册目录特别注意事项31 PIV设备连接444561.1 设备连接原理图1.1.1 相机连接方法和注意事项1.1.2 同步器连接1.1.3 电脑连接2 PIV软件安装 73 PIV使用丰要操作顺序74 PIV软件神用说明991112121414154.1 设备连接与采集操作4.2 数据查看方法4.3 数据分析方法4.3.1 IMAGE PROCESSING4.3.2 IMAGE CONVERSION4.3.3 Masking4.3.4 PIVSIGNAL4.3.5 PLOTS194.3.6 COORDINATES204.3.7 Statistics204.3.8 VECTOF&
2、; DERIVATIVE214.3.9 Coordinates244.3.10 选定气泡过程254.3.11 MATLAB连接口254.3.12 三维PIV分析25特别注意事项1激光非常危险,特别注意眼睛和相机安全,操作一定按照 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,此时不允许打开激光 器,打开激光器前,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,否则性能将下降。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
3、除两个目录,即可 恢复。c:programDataDantec Dynamicsc:userdellAppDataLocalDantec Dynamics1 PIV设备连接1.1 设备连接原理图设备连接原理图1.1.1 相机连接方法和注意事项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 (OUT5)和6 (OUT6)。注意在不使用相机时(做完实验),一定要拔掉相机电源否则 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
4、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 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,用控制电缆 线分别连接相机和双腔激光器。同步器输出端0UT1 0UT4iJ接双腔激光器E步器输 出端OUTS 连接相机同步器输出面本系统中,1、3接口分别连接 A、B Clock, 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
5、人误 将加密狗带走。同时如果发生加密狗丢失,需要找到一份PIV系统软件明细单,向PIV公司重新购买加密狗。电脑连接2 PIV软件安装首先安装64位操作系统,然后安装 DELL驱动(WIN7系统中自 带趋动,不需要额外安装),然后安装 DANTEC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 Dynamic Studio软件 dynamicstudio V3.0。只有在插上加密狗后,软件才能使用。3 PIV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),并打开所 有仪器的
6、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。3.两定步骤:a)检查相机镜头盖是否盖上,若没盖上,请盖上镜头盖。b)使激光器发光(一般只发射一腔激光即可,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,Trigger rate 用 45Hz,点 Preview。(Preview模式 下Number of images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;此时,注
7、意保护眼睛,激光能量尽量小一些,我们能看到激 光即可。a)关闭激光器(用激光器控制面板关闭),移去相机盖,运行DynamicStudio软件,切换到采集模式,运用“Free Run”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(即尽量使两 个相机的拍摄区域重合。此时相机不用滤光镜);b)调焦。使两个相机很好地聚焦在标定靶上。c)检查连线(软件界面内)。d)运行单帧模式,采集一张图片,切换到 Acquired Data栏(Menu-View-Acquired Data)em ControlAcquired Dat3iini 7 at inn 用1Plipq点击Save for Cal
8、ibration ,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);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一Customized properties一选择Z选项框一确定;然后再右键点击图片 一Show Contents List 一这时可以看到所获取的几幅图片一点击每 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)一依次填入每个图片的Z值(图片与Z值必须对应正确);右键点击总图
9、片一 Calibrate -Calibration -Image Model Fit(IMF) 一target选择标定板型号,imaging model选择 direct linear transform ,确定坐标轴 xy 方向即可。一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,则需要重新标定,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
10、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),打开激光器,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,打开相机盖;C. 运行DynamicStudio软件,新建一个 Database并切换至U采集模式,运用“ Free Run”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. 选择单帧拍摄模式一采集图片数输入1 一点击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)一切换到Acquired Data栏一点击Save for Calibration , 把数据存为标定
11、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一 Measure Scale Factor一把图片中的 A和B分别拖到两个刻度上一选择 Absolute Distance 一输入 A 到 B 的距离一 OK3.4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);8. DynamicStudio软件切换到Preview模式下,选择双帧拍摄模式一输入合 适的Time Between Pulse 一输入采集频率一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,跨帧时间是否合适 等。分析方法
12、,在图像上点击右键,选定 Display Options.Dipldy OpLons-.Cbl+OColor «nd hM<jg;rwnFrame 1A&RamE jBTnqjglr Framel/2TrAmpjwmiShcmi Grid£adigrfxjnC Ccidl.ir+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。C.输入采集图片数一点击Acquire采集图片一切换到Acquired Data栏一点击 Save i
13、n Database ;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。4 PIV软件使用说明4.1 设备连接与采集操作4.1.1 激光器添加控制面板上-tools-light source wizard ,接下来进入添加步骤。按照提示进行操作-给定激光器名称(比如 vilite350 )-选取Two carvities其余均采用默 认参数即可。1 . max trigger frequency 设置为 10HZ。2 .flash 1 to Q-switch1 delay 和 flash 2 to Q-switch2 delay 设为 555s3 .Q-switch 1
14、activation delay 和 Q-switch 2 activation delay 土匀设为 0.87 科 s.其余均采用默认设置即可。然后进入采集模式,在右侧控制面板上选择synchronization Cables出现如下图所示:并且比下图多出两个相机接口,分别连接第五和第六个箭头即可。5y n5Qnizagni斗 XSynchronization Cables接入相机和同步器,选择 Create Default connection (告诉软件,硬件是怎么连接的)System Control, Q X物 Fite R.jllPre,ie*>pulses S000us电 A
15、cquireTriaoerrate7HzNum ber of im ages10嗔 StopAborVReietDouble Frame Mockb|回System ControlSnylt rroiiie Mud=Time behvee-n puks5000usTrqger rate7H:NunniD»of magtstoFree Fun% Preview 电/gut代> 53 PReset相机双帧模式与单帧模式数据保存界面Time between pulses:为激光器两腔之间的时间(只在双帧模式下适用),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
16、(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。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。Trigger rate :拍摄频率,最高为 7.4。Number of images :拍摄照片对的数量。其中Free Run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合适。其中Acquire用于正式采集数据。注意标定时,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, 像,选择 S
17、ave for Database。选才C Clear Buffers进行清除图片所占的内存。一定将激光器关掉。在正式采集数据时,选择 Save for Calibration 。如果是 PIV 图5 国 向,4.2 数据查看方法施 Proj ert 2010-03-303O Project 2010-M-01 14:30C3-国 Calibration FlowSertse 4M MkU 1 in'白.# Rlt 144632FlowSense 4M MkH# 1o.wo5*# 20143S# 30.2865# 40.429£# 50.S71s# 6QJL4s# 70.857
18、£# 31.000i# 91.143iT1, T= 248.32 PMfl- 回 R 01 EKtct Tirai回 dapti'-eCorr-elatiori : “t 工工厂,# 10.000 s*# 20.143 $# 342防5# 4。金德s# 50.571 4# 60.714 s# 70557 1LjOOO s档1.143 5.*lr T-24&32 PME3 Scalar Dsnvalive 工七一父把:二± 寞 FIlt 14:S4:301+ 件 Rin 15M33数据处理窗口在FlowSense上左双击出现对应图片,右击选择 Show Con
19、tents List (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图,然后拖动蓝色的方块进行调节,就可以看到不太明显的粒子。调节图片灰度界面在 FlowSense上点右键选 Analyze.选 Image processing-ROI Extract,进入界面如下:CoSr Map 4nd H'-riDgraniFrame 1AIFrame 2BTogqle FrameK % Zoom100 % ZcrtMl刈 %Z£KM14<X) %
20、Zowitit Canftene T& hVi h d bwfit Imaze Tc sVindjc-w在空白处点右键,点Color Map And Histogram ,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。回 ROI Eitraclri plinnF .irr)-R灼 10n aruiterei: iOE Eshd !kt iad a 川口 斤记芈 切 elenre.寸;. 1 f. r -1l-nn-el Piyrocrd IX ¥3兔士tqj卜 PtcJ intensrh-11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
21、红色边框之 内的图像元素。4.3数据分析方法若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.4.3.1 Image Processing图片像素分析界面Image Aritthmetic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)Define Image Balance定义片光的修正,进行片光平滑。Image Balancing可以把以前不容易看到的粒子能够显示出来。ROI Extract用于截取一部分分析用的图片区域。Image mean用于图片的某一像素平均计算。Image
22、RMS图片像素的均方根计算。Image min/max图片像素最小与最大计算。Image Stitch图片拼接(当流场较大时就可以采用此方法)Image Histogram 直方图Image Processing Library (IPD :低通、高通 其他选项请参考 Help。4.3.2 Image Conversion图片对应顺序转换界面Make Single Frame用于保存某一单帧。Make Double Frame用于更改所有帧的顺序。Make Reverse Frame由于反转图片顺序。Image Resolution用于改变图片的位数(颜色数)。4.3.3 Masking图片不
23、需要分析的区域,复杂划分工具界面点击De巾ne Mask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。Image Masking进行图片的分析计算,同时忽略 Mask中选择的区域。(一般建议不对原图进彳T MASK,建议对原图进行 PIV分析后再对所得矢量图进行MASK。)4.3.4 PIV SignalSelect Analyst MethodCate-gorietmsge Processing Image Conversi on MaskingPJV SignalUF Signal LU Signal Vector & &eriv
24、ativ«s PlotsCoord matesSWW心Paticllc Character i satio n Lin ksEoportValumetnc All MethodsApplicable methwis画 Cro5s-Correlstion固"=i|Yi .* r<.rrel.iti< i-imAveiage ConetetlonEl Cross-correlation t>etween 2 cameras (old;El Adaptive Correlation between 2 cameras回 FIhPIV11 FleocPl'
25、.' between 3 camerasI 明 Feature (TVffiPartickTratltina口 I 叵 1Rlp 1421:15PIV数据计算操作界面白.1.Flov/5ense WwikU #1 二。1rn旬父R0 EvtradICirriagesQ Define Mask 1 imaqeFlowSese4M MkH *2 ICimages如上图示,如果对原图进行PIV计算,则将鼠标放在 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)。Adaptive C
26、orrelation (生成矢量图)Adaptive Correlation自适应互相关法。点击将出现下面的界面。其中 Final interrogation area size是选择最小分辨的网格大小,一般建议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, high accuracy subpixel refinement 用于粒子小于个像素时;Use deformingwindouws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,
27、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 Peak validation 中 Minimun peak height relative to peak 选项,可以不用。如果使用,就设 为 1.08。Local Neighborhood Validation 选 Use Moving Average(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。Average Correlation上图中,般采用 Central difference方法,Forward difference用于LIF方法(激光诱发荧光粒子测量方法,未
28、购买。)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。FlexPIVNewGlobal particle tracking iniEaEurement Image maps are processed to determine velccity vectors at u&er-specrf ied locations in the, wh clefield.Grid file:tVW20103Projert2010-03-3023zf306Rjun目初始界面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。F Ob|Kt上S
29、h-apetypeGnd objectNameD«cnrton叵 Upper IdtKJ; 525& Lewer rightt4Dfr 177LineCobrUS: 255 LFil Ccloi192; 152; 1日 G rid optkmsF SHfto:&H ETWLti1.00;1XM0Switch CDCrdir(FalseF| Grid settlingsCc-ordinstc CoeC-9irtc:54r>Comn#rlivrtyTriiHguIvtiGHSuhngAutc6 StepH12:-i l r本操作的重点是右边的选择项的设置,网格中以绿
30、点为中心。改变网格类型就相当于改变 以中心为准的网格形状。其中Shape type为定义网格类型:Wall整个平面都不分析Grid普通网格Fals hole在普通网格内部网格进行加密分析,结合G rid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。Grid options4.3.5 Plots生成图表、云图:n .亘亘Select Analysk MethodCategoriesApplicable methodsOICm Scalar Map £fi Extract Profile Plot 瓜 5P ectniniCancelImdge Process
31、jngImage ConversionMarkingPW SignalLJF SignalLU SignalVector & PerivatiwesPlotsCq ordinate statistics Partide CharacterisationLinksExportVolu rnetri<All MethodsScalar Map将矢量图转为标量图(云图)。Extract对比两个点的特点(差别)。Profile Plot对比两条线的差别。(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)。4.3.6 CoordinatesGr
32、id Interpolation将非结构化网格拟合成结构化网格4.3.7 StatisticsImage Mean统计图像平均值Image RMS统计图像均方根Image Min/Max统计图像最小最大值4.3.8 Vector & Derivative本操作对矢量图有效Sdett Ana lys 七 Met he clCategoriesMaskingPIV Signal 3D-PW UF nWVector & DerivativePlc-RCoordinates Stdtistks PartKle Charactri tatio n Links txpewt All Met
33、hodsappliesble methods 国DMU Spectrum 0DMD Projection 囿POD Snapshot 回POD Projection £3 Scalar Derivatives 因Vector £t就Kti仃 Line Integral Convolution 回 WrearrilinesS Vector Scalar Subtradion H '/edor ArithmeticScalar Derivatives可以计算速度梯度,涡量等。Streamlines可以绘画流线。国 Recipe-<Derive streamlines from d vector map.OptionsNumber of seeds in20Number of seeds in20J Seed along X edges05eed alsg X renter7 Seed Along Y edge11 ed Jlong Y «nter于Mesh> seeding出1Streamline filter;Cante IAppl/Def auitiDisplaTol
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