PIV操作流程详解

1、PIV操作手册目录特别考前须知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:programDataDantec Dynamics c:userdellAppDataLocalDantec Dyn

2、amics1 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 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

3、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、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DANT

4、E公司提供的PCle图形 采集卡驱动NI-IMAQ和同步器限制卡 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 V3.0O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射一腔激光即可,一般为为 Laserl,用片 光找到要测量

5、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“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

6、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 Customized properties 一选择Z选项框一确定；然后再右键点击图 片一 Show Contents

7、 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；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右键点击总图片一 Calibrate - Calibration - Image Model FitIMF 一 target 选择标定板型号,imaging model 选择 direct linear trans

8、form ,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,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DynamicStudio

9、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 OK

10、3.4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；B. 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,跨帧时间是否适宜等.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不超 过网格的1/2时,说明跨帧时间适宜.C

11、.输入采集图片数点击 Acquire采集图片切换到Acquired Data栏点击 Save in 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 激光器添加限制面板上-tools-light source wizard ,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Two carvities 其余均采用默认参数即可.1 . max trigger frequency 设置为 10HZ2 .flash 1 to Q-switch1 delay 和 flas

12、h 2 to Q-switch2delay 设为 555 s3 .Q-switch 1activation delay 和 Q-switch 2 activationdelay 均设为 0.87 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synchronizationCables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 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 pulses :为激光器两腔之间的时间只在双帧模式下

13、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,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

14、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 进行去除图片所占的内存.4.2 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 ShowContents 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列图,然后拖动蓝色的方块进行调节,就可以 看到

15、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.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.4.3.1 Image Processing图片像

16、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用于截取一局部分析用的图片区域.Image mean用于图片的某一像素平均计算.Image RMS0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

17、IPL: 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

18、对原图进行 MASK建议对原图进行PIV分析后再对所 得矢量图进行MASK4.3.4 PIV SignalPIV数据计算操作界面如上图示,如果对原图进行PIV计算,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.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.Overl

19、ap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喊者50%其余选择木g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 validation 中 Minimun peak height relative to peak 选 项,可以不用.如果使用,就设为 1.0

20、8.Local Neighborhood Validation 选UseMoving 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

21、央.改变网格类型就相当于改变以中央为准的网格形状.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Grid网格使用.Grid options4.3.5 Plots生成图表、云图：Scalar Map将矢量图转为标量图云图.Extract 比照两个点的特点差异.Profile Plot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.4.3.6 CoordinatesGrid 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 &