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文档简介
PIV操作规程一、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,做完实验后一定将电源线拔掉。4用相机标定时,需要拆下滤光镜,此时不允许打开激光器;实验时,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。开机前:开机前检查设备连线是否正确,并打开所有仪器的电源(相机、激光器和计算机)。需要注意:激光器电源开启后需要预热一段时间才能投入使用,激光器主机背后左下方有个液晶面板,等上面的温度读数达到100后再开激光。激光器主机正面面板上有四个拨动开关,把四个开关全部拨到INT为内触发,把四个开关全部拨到EXT为外触发。下文中提到的切换内外触发时,请进行相应操作。激光器开启的顺序为:先开启主机背后的左下方的电源(POWER),再开启遥控器上的开关(SYSTEMON)。然后开启水泵对应的开关(PUMPON)。待预热阶段结束后,开启激光(LASERON)再开启挡光板的开关(SHUTTEROPEN)的开关便会发射激光。(内触发时会在SHUTTER开启后立刻出光,外触发时需要在软件中选择采集后激光才会出光)注意:开启激光前将控制激光能量大小的旋钮调至较小位置,并注意保护相机。三、标定操作流程与采集实验数据流程(1)开启计算机(2)启动DynamicStudio操作软件。1.标定操作流程把相机盖盖上(一定要盖上),打开激光器,用片光找到要测量的平面;在片光平面中放入标定靶,并移动标定靶的位置,使片光进入标定靶整个面的小孔,然后保持标定靶的位置不变,并关闭激光,打开相机盖;运行DynamicStudio软件,新建一个Database并按键切换到采集模式(如下图)。在SystemControl选项里点击“FreeRun”来进行调焦,使相机尽可能清楚的拍到标定靶,并且调焦调到是拍到标定靶的点尽可能清晰,一般用鼠标放大最中心的点观察是否为最清晰。(此时相机不用滤光镜);选择单帧拍摄模式(singleframemode)→采集图片数(Numberofimages)输入1(见下图)→点击Acquire采集图片(此时激光器调至内触发,用自然光拍摄)→切换到AcquiredData栏→点击SaveforCalibration,把数据存为标定数据;然后再分别向前和向后、左右翻转、扭转移动坐标靶对称的采集几个位置。一般采集为七张图片。采集并存储完成后,按键切换到分析模式,先观察采集的七张图片亮度是否合适,如果不合适可以按照下面的步骤调节:calibrations——》imageprocessing——》imageArihmetic——》在第二快中乘以或者除以倍数来调节亮度(也可以利用第三块中的功能)——》OK.e)照片的照片亮度调节合适候,接着进行验证:calibrations——》imageModelFit——》Dot,200×200mm——》pinholecameramodel.如果验证通过后这结束,若通不过则看知哪一张不通过,然后进行调节。2.采集实验数据操作流程标定完成后,相机、片光的位置不要变。把相机加上滤光片,激光器切换到外触发模式并按下Laseron和Shutteropen(做好发光准备);在要测量的流体中添加示踪粒子。先在一容器中倒少量失踪粒子,加水充分搅拌使其溶解,之后将其倒入要测量的流体中。开启实验装置,使待测流体达到待测速度。分别在frame1和frame2下调节LASER1和LAER2,使屏幕中看到的粒子亮度和浓度合适为止。DynamicStudio软件切换到采集模式→选择双帧拍摄模式→输入合适的TimeBetweenPulses→输入采集频率→输入采集图片数→点击Acquire采集图片→切换到AcquiredData栏→点击SaveinDatabase;(后面会解释参数如何设置)采集并存储完成后,切换到分析模式,进行分析。分析方法在后面介绍。采集时需要设定的主要参数如下:相机双帧模式与单帧模式Timebetweenpulses为跨帧时间T,根据拍摄图像粒子移动距离而定,一般保证粒子在最小单元格(32*32)中移动边长的1/4到1/2的时间为准。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为拍摄频率。Numberofimages为拍摄照片对的数量。FreeRun用于单帧模式中,激光器不发光,相机进行对焦时使用,其连续不停。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。Acquire用于正式采集。注意标定时,用没有滤光镜的相机拍照前,一定将激光器关掉。在做实验前,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进行清除图片所占的内存,一般无需使用。注意:在采集并储存完数据后,就可以切换到分析模式进行数据分析了。3对采集的实验数据的处理可先截取所需图片:Analysis——》imageprocessing——》ROIExtract,进行截取图片还可以对图片进行降噪处理:Analysis——》imageprocessing——》lmagemin/max——》subtract,空格键选定这次处理的图与上一次图片进行降噪。在所采集的图片上双击显示对应图片,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)。在显示的图片上双击会出现下图,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4对实验图片分析得到矢量图在原始图片上右击选择Analysis→PIVSignal→AdaptiveCorrelation→OK就得到了矢量图5用Masking截取所需矢量图区域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,定义一个Mask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可对原始图片进行分析计算(同时忽略Mask中选择的区域)。一般不建议对原始图片进行MASK,建议对原图进行PIV分析后再对所得矢量图进行MASK。注意:要进行imagemasking,必须先做DefineMask,然后选定所做的Mask才可以。6合成三维矢量图依次选中两个相机的标定文件和两个相机分别对应的矢量图,在其中一张矢量图上点击右键——Analyze——StereoPIV——StereoPIVprocessing——打开界面后默认即可——OK。7对合成的矢量图求流线和涡量Vector&DerivativesVector&Derivatives→ScalarDerivatives→ok8对合成的矢量图求平均流场Analysis→statistics→vectorstatistics→Allvalidvectors(inclsubstitute)9对合成的矢量图求一条线上的速度图Analysis→plotsprofileplot→然后取一条需要的线→OK四以下是对软件上数据分析功能的详细介绍以下功能介绍在对实验数据分析时有需要时可以查阅1ImageProcessing图片像素分析界面ImageArithmetic表示对像素的加减乘除运算。DefineImageBalance定义片光的修正,进行片光平滑。ImageBalancing进行片光修正。注意:运用Imagebalancing方法首先要定义imagebalance图片。运用此方法时,所用图片需尽可能的多(大于50张),且所用图片无背景图为佳。ROIExtract用于截取一部分分析用的图片区域。Imagemean用于图片的某一像素平均计算,主要用于LIF应用。ImageRMS图片像素的均方根计算,用于LIF应用,可考察激光稳定性。Imagemin/max图片像素最小与最大计算。Imagestitch进行图片拼接。当测量区域比较大时,可以划分为若干小区域采集,然后拼接起来。Imagehistogram可以得到图片的像素分布情况。ImageResampling对图片进行重新采样。用于PIV和LIF同时测量的配置中,对图片重新采样得到详细的标量图信息。Imageprocessinglibrary图像处理库。常用的图像处理方法可以在库中找到应用。2ImageConversion图片对应顺序转换界面MakeSingleFrame用于保存某一单帧。MakeDoubleFrame用于用单帧转化为双帧。MakeReverseFrame由于反转图片顺序。ImageResolution用于改变图片的位深。5.33PIVSignalPIV数据计算操作界面Cross-correlation互相关算法。AdaptiveCorrelationAdaptiveCorrelation自适应互相关法,它是在互相关算法(CrossCorrelation)的基础上加了一些验证和过滤。点击将出现下面的界面。其中Finalinterrogationareasize是迭代运算的最小网格,一般建议32X32或64X64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运用新的插值方法来改善Peaklocking,选择后会减慢分析计算速度,一般建议在粒子直径小于一个像素时使用;Usedeformingwindows适用于大流动梯度时,运用变形网格可提高去处精度。其余选项可以保持默认状态。自适应互相关法选项图过滤方法一般不用验证选项对Peakvalidation中一般使用Minimunpeakheightrelativetopeak选项,建议设为1.08。LocalNeighborhoodValidation一般用Usemovingaverage,Acceptancefactor一般设0.1——0.15。UsingMovingAverage是在选定的矩阵中(例如3X3)验证中间网格矢量与相邻矢量的速度梯度,如果不合理,则采用平均值代替中间网格矢量;UsingLocalMedian是在选定的矩阵中(例如3X3)验证中间网格矢量与相邻矢量的速度梯度,如果不合理,则采用中间值代替中间网格矢量。AverageCorrelation用于粒子较稀少的时候,对多幅图片进行加权平均,得到一个矢量场的结果。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FlexPIVManual。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。4CoordinatesImageDewarping——当相机与拍摄平面成一定用度时,可以用此方法得到一个相当于相机垂直拍摄的图片,运用此方法需要一个相机的IMF标定数据。以下方法是对所得矢量图的分析:5Masking对矢量图运用Mask。运用此方法前必须先定义一个Mask(方法见4.3.3)。6PIVSignalPeakValidation与在AdaptiveCorrelation中的PeakValidation是一样的。其中,RelativetoZero-Peak只适用于自相关算法(AutoCorrelation)。用RelativetoPeak2,建议值为1.08。RangeValidation可设定合速度、U方向速度和V方向速度范围进行过滤。MovingAverageValidation与在AdaptiveCorrelation中的UsingMovingAverage是一样的。CoherenceFilterCoherenceFilter,中值过滤,与在AdaptiveCorrelation中的UsingLocalMedian是一样的。建议设置值为:当计算矢量图(Correlation)时设置最小网格为32X32时,设置30;当计算矢量图(Correlation)时设置最小网格为64X64时,设置60。AverageFilter基于MovingAverageValidation的过滤,设置的矩阵越大,所得到的流场越光滑。VectorStitching用于矢量图拼接。7求流线和涡量Vector&DerivativesDMDSpectrum&DMDProjectionDMD(DynamicModeDecomposition)方法主要从流体流动稳定性(时间和空间)方面研究流场的特征,从而找出流场中流动规律。在上图中,横轴Lambda(r)表示流动的衰减和增长,Lambda(i)表示频率。在纵轴左侧的模式,代表流动处于稳定状态,右侧流动处于非稳定状态。第一阶模式代表平均流场。注意:要进行DMDProjection必须要先做一个DMDSpectrum。PODSnapshot&PODProjectionPOD(ProperOrthogonalDecomposition)主要从能量的角度来研究流场的特征,从而找出流场中流动规律。通过PODSnapshot可以得到所有的能量模式。其中,0模式代表平均流场。一般主要研究0——4阶模式就足够了。通过TimeHistoryofPODcoefficients可以得到不同时刻各模式的能量贡献情况。由上图中,可以得出流场带有周期性规律。ScalarDerivatives可以得到速度梯度场、涡量场、涡旋强度场等等。Streamlines可以绘画流线。流线效果图LineIntegralconvolution水纹效果图可以画水纹图VectorStatistics统计平均流场效果图Vector/ScalarSubtraction&VectorArithmetic进行矢量的算术运算。8PlotsScalarMap矢量图转化为标量图。Extract可以得到某个变量在某些点上沿时间的变化情况;可对比两个点的特点(差别)。ProfilePlot可得到某个变量沿某几条线上的变化;对比两条线的差别。Spectrum对某一点进行谱分析。9Coordinates只对矢量图有效VectorRotation/Mirroring对矢量进行转动或者镜像VectorStitching同4.3.6PIVsignal中一样,用于矢量图拼接。VectorDewarping对有角度偏差的矢量进行修正,需要一个标定文件。VectorInterpolation运用TPS方法进行矢量插值。GridInterpolation对网格插值;有时只有完成这一步后才能进行FlexPIV的操作,如云图,涡量、流线图的计算。10Statistics11PIV矢量分析:在原始图像上点击右键并选择Analyze,出现上图所示界面:点击PIVsignal选择其中的AdaptiveCorrelationAdaptiveCorrelationAdaptiveCorrelation自适应互相关法,它是在互相关算法(CrossCorrelation)的基础上加了一些验证和过滤。点击将出现下面的界面。其中Finalinterrogationareasize是迭代运算的最小网格,一般建议32X32或64X64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,highaccuracysubpixel
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