PIV操作流程详解

1、PIV操作手册目录特别注意事项31 PIV设备连接41.1 设备连接原理图41.1.1 相机连接方法和注意事项41.1.2 同步器连接41.1.3 电脑连接52 PIV软件安装53 PIV使用主要操作顺序54 PIV软件使用说明84.1 设备连接与采集操作84.2 数据查看方法104.3 数据分析方法104.3.1 I MAGEPROCESSING114.3.2 IMAGECONVERSION114.3.3 MASKING12124.3.4 PIV Sgnal4.3.5 Plots144.3.6 Coordinates144.3.7 Statistics144.3.8 Vector&

2、Derivative144.3.9 Coordinates154.3.10 选定气泡过程154.3.11 MAtlab连接口164.3.12 三维PIV分析16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，这种情况下删除两个

3、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或者强反射到相

4、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PI

5、V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DAQrnix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

6、DynamicStudio 操作软件。3.3 标定步骤: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LaseU）,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 Numberof images 没用，激光用一直发光，直至 Stop停止）。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（用激光器控制面

7、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）；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Acquired Data栏 （Menu-View-Acquired Data）点击Save for Calibration ,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

8、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一 Customizedproperties 一选择Z选项框一确定；然后再右键点击图片一 ShowContents 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）右键点击总图片一 Calibrate -Calibration -Image Model Fit（IMF）一target 选择标定板型号，imaging model 选择 direct li

9、near 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.

10、运行DynamicStudio软件，新建一个Database并切换到采集模式，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 ScaleFactor 一把图片中的 A和B分别拖到两个刻度上一选择 Absolute Dist

11、ance 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TimeBetween 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，在图像上点击右键，选定 Display Options.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

12、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Savein 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

13、to Q-switch1 delay 和 flash 2 to Q-switch2 delay 设为 555 ii s3.Q-switch 1activation delay和 Q-switch 2 activation delay均设为0.87叱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。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）相机双帧模式与单帧模式数据保存界面Time between p

14、ulses ：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（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1.1 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，具连续不停。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

15、是否合适。其中Acquire 用于正式采集数据。注意标定时，一定将激光器关掉。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Save for Calibration 。如果是PIV图像，选择Save for Database 。选择 Clear Buffers 进行清除图片所占的内存。1.2 数据查看方法数据处理窗口在FlowSense上左双击出现对应图片，右击选择Show Contents 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

16、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：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。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。1.3 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

17、重要 .1.3.1 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 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 Hi

18、stogram 直方图Image Processing Library （ IPL） ：低通、高通其他选项请参考Help。1.3.2 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）。1.3.3 Masking图片不需要分析的区域，复杂划分工具界面点击 Define 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

19、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）1.3.4 PIV SignalPIV数据计算操作界面如上图示，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 Correlation （生成矢量图）Adaptive Correlation自 适 应 互 相 关 法 。 点 击 将 出 现 下 面 的 界

20、 面 。 其 中 Finalinterrogation 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 用于粒子小于一个像素时；Use deforming windouws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 Peak

21、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，一般采用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。Fl

22、exPIV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Grid 网格使用。Hole在Grid内部划分不分析的区域，结合Grid网格使用Grid options1.3.5 Plots生成图表、云图：Scalar 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）。1.3.6 Coordinates Grid Interpolation 将非结构化网格拟合成结构化网格1.3.7 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1.3.8 Vect