PIV操作流程詳解要點(diǎn)

1、PIV操作手冊(cè)目錄特別注意事項(xiàng)31 PIV設(shè)備連接41.1設(shè)備連接原理圖4相機(jī)連接方法和注意事項(xiàng)4同步器連接5電腦連接62 PIV軟件安裝73 PIV使用主要操作順序74 PIV軟件使用說(shuō)明94.1設(shè)備連接與采集操作94.2數(shù)據(jù)查看方法114.3數(shù)據(jù)分析方法124.3.1 Image Processing124.3.2 Image Conversion144.3.3 Masking144.3.4 PIV Signal154.3.5 Plots194.3.6 Coordinates204.3.7 Statistics204.3.8 Vector & Derivative214.3.9 C

2、oordinates244.3.10 選定氣泡過(guò)程254.3.11 Matlab連接口254.3.12 三維PIV分析25特別注意事項(xiàng)1 激光非常危險(xiǎn)，特別注意眼睛和相機(jī)安全，操作一定按照規(guī)定方法執(zhí)行。2 使用激光器前，仔細(xì)檢查各系統(tǒng)是否連接正確。3 相機(jī)不能長(zhǎng)時(shí)間連接電源，不用的時(shí)候一定將電源線拔掉。4 用相機(jī)標(biāo)定時(shí)，需要拆下濾光鏡，此時(shí)不允許打開(kāi)激光器，打開(kāi)激光器前，必須安裝上相機(jī)鏡頭蓋。5 做實(shí)驗(yàn)前一定要蓋上濾光片6 激光器必須每周至少使用一次，否則性能將下降。7 實(shí)驗(yàn)時(shí)，不允許非實(shí)驗(yàn)人員在實(shí)驗(yàn)室停留。特別情況處理：有時(shí)會(huì)發(fā)生軟件異常情況，這種情況下刪除兩個(gè)目錄，即可恢復(fù)。c:progr

3、amDataDantec Dynamicsc:userdellAppDataLocalDantec Dynamics1 PIV設(shè)備連接1.1設(shè)備連接原理圖設(shè)備連接原理圖1.1.1相機(jī)連接方法和注意事項(xiàng)相機(jī)通過(guò)白色寬數(shù)據(jù)線連接電腦，用一黑色圓頭線同時(shí)連接相機(jī)電源和同步器，其中同步線連接線接同步器輸出端5（OUT5）和6（OUT6）。注意在不使用相機(jī)時(shí)（做完實(shí)驗(yàn)），一定要拔掉相機(jī)電源否則有燒毀的危險(xiǎn)。建議拔掉電源與插線板之間的連接。相機(jī)在使用中一定注意保護(hù)CCD，在有激光時(shí)，必須蓋上鏡頭蓋（標(biāo)定時(shí)）或者安裝上濾光片（實(shí)驗(yàn)時(shí)），并且不能讓激光直射或者強(qiáng)反射到相機(jī)里面。相機(jī)鏡頭可調(diào)節(jié)光圈大小和進(jìn)行對(duì)焦

4、。在完成對(duì)焦后不得移動(dòng)和旋轉(zhuǎn)相機(jī)和相機(jī)鏡頭。相機(jī)連接圖1.1.2同步器連接同步器負(fù)責(zé)連接電腦、相機(jī)和激光器。在同步器輸入面，只需要用寬數(shù)據(jù)線連接電腦的NI輸出端。在同步器輸出面，用控制電纜線分別連接相機(jī)和雙腔激光器。同步器輸出面本系統(tǒng)中，1、3接口分別連接A、B Clock，3、4接口連接Q-in。1.1.3電腦連接電腦連接相機(jī)和同步器。注意，本PIV軟件配有專(zhuān)門(mén)的軟件加密狗，外形像優(yōu)盤(pán)。要使用PIV系統(tǒng)就必須插上加密狗。必須注意保護(hù)加密狗，謹(jǐn)防有人誤將加密狗帶走。同時(shí)如果發(fā)生加密狗丟失，需要找到一份PIV系統(tǒng)軟件明細(xì)單，向PIV公司重新購(gòu)買(mǎi)加密狗。電腦連接2 PIV軟件安裝首先安裝64位操作

5、系統(tǒng)，然后安裝DELL驅(qū)動(dòng)（WIN7系統(tǒng)中自帶趨動(dòng)，不需要額外安裝），然后安裝DANTEC公司提供的PCle圖形采集卡驅(qū)動(dòng)NI-IMAQ和同步器控制卡PCI卡驅(qū)動(dòng)DAQmx，再裝PCIe卡和PCI插入計(jì)算機(jī)，最后安裝Dynamic Studio軟件dynamicstudio V3.0。只有在插上加密狗后，軟件才能使用。3 PIV使用主要操作順序3.1開(kāi)機(jī)前: 開(kāi)機(jī)前檢查設(shè)備連線是否正確(同步器1,8只能用一個(gè))，并打開(kāi)所有儀器的電源（相機(jī)、激光器，當(dāng)然還有計(jì)算機(jī)）。3.2開(kāi)機(jī)步驟:（1）開(kāi)啟計(jì)算機(jī)（2）啟動(dòng)DynamicStudio操作軟件。3.3標(biāo)定步驟:a) 檢查相機(jī)鏡頭蓋是否蓋上，若沒(méi)蓋

6、上，請(qǐng)蓋上鏡頭蓋。b) 使激光器發(fā)光（一般只發(fā)射一腔激光即可，一般為為L(zhǎng)aser1），用片光找到要測(cè)量的平面；此時(shí)，注意保護(hù)眼睛，激光能量盡量小一些，我們能看到激光即可。設(shè)置為單幀模式，Trigger rate 用45Hz，點(diǎn)Preview。(Preview模式下Number of images 沒(méi)用，激光用一直發(fā)光，直至Stop停止)。c) 移動(dòng)標(biāo)定靶，使其在激光片光平面內(nèi)，即標(biāo)定靶所在平面為實(shí)際要測(cè)量的平面；此時(shí)，注意保護(hù)眼睛，激光能量盡量小一些，我們能看到激光即可。d) 關(guān)閉激光器（用激光器控制面板關(guān)閉），移去相機(jī)蓋，運(yùn)行DynamicStudio軟件，切換到采集模式，運(yùn)用“Free R

7、un”模式調(diào)整兩個(gè)相機(jī)，使標(biāo)定靶在兩個(gè)相機(jī)拍攝區(qū)域的中間位置（即盡量使兩個(gè)相機(jī)的拍攝區(qū)域重合。此時(shí)相機(jī)不用濾光鏡）；e) 調(diào)焦。使兩個(gè)相機(jī)很好地聚焦在標(biāo)定靶上。f) 檢查連線（軟件界面內(nèi)）。g) 運(yùn)行單幀模式，采集一張圖片，切換到Acquired Data欄(Menu-View-Acquired Data)點(diǎn)擊Save for Calibration，把數(shù)據(jù)存為標(biāo)定數(shù)據(jù)；然后再分別向前和向后移動(dòng)坐標(biāo)靶對(duì)稱(chēng)的采集幾個(gè)位置（一般5個(gè)就可以），并記住這幾個(gè)位置的Z值（第一張為Z0處）。（注意：坐標(biāo)靶平面為XY平面，坐標(biāo)靶向靠近相機(jī)的方向移動(dòng)為Z的正方向）；h) 采集并存儲(chǔ)完成后，切換到分析模式，在所

8、得圖片上點(diǎn)擊右鍵Customized properties選擇Z選項(xiàng)框確定；然后再右鍵點(diǎn)擊圖片Show Contents List這時(shí)可以看到所獲取的幾幅圖片點(diǎn)擊每一圖片，在左下方的Properties欄里都可以看到圖片屬性（這時(shí)多了Z項(xiàng)）依次填入每個(gè)圖片的Z值（圖片與Z值必須對(duì)應(yīng)正確）；右鍵點(diǎn)擊總圖片CalibrateCalibrationImage Model Fit(IMF) target選擇標(biāo)定板型號(hào)，imaging model 選擇direct linear transform，確定坐標(biāo)軸xy方向即可。Ok生成imf.dlt文件。將imf.dlt文件拉入圖片中即可顯現(xiàn)標(biāo)定效果。顯示過(guò)

9、后，即看圓心點(diǎn)與直線交叉點(diǎn)的重合度好不好，重合好就說(shuō)明標(biāo)定效果好。如果重合不好，則需要重新標(biāo)定，直到滿意為止。（標(biāo)定時(shí)，注意拍攝圖片亮度對(duì)標(biāo)定結(jié)果的影響，如未標(biāo)定成功可看提示是何問(wèn)題）對(duì)相機(jī)2采集的圖片也進(jìn)行相同操作。這樣標(biāo)定操作完成。標(biāo)定拍攝時(shí)，最好是標(biāo)定靶占滿整個(gè)拍攝窗口。運(yùn)用一個(gè)相機(jī)進(jìn)行二維PIV標(biāo)定時(shí)的步驟：A 把相機(jī)蓋蓋上（一定要蓋上），打開(kāi)激光器，用片光找到要測(cè)量的平面；B 在片光平面中放入一把尺子，并關(guān)閉激光，打開(kāi)相機(jī)蓋；C 運(yùn)行DynamicStudio軟件，新建一個(gè)Database并切換到采集模式，運(yùn)用“Free Run”模式來(lái)調(diào)焦，使相機(jī)盡可能清楚的拍到尺子（此時(shí)相機(jī)不用濾

10、光鏡）；D 選擇單幀拍攝模式采集圖片數(shù)輸入1點(diǎn)擊Acquire采集圖片（此時(shí)激光器可以用內(nèi)觸發(fā)，用自然光拍攝；也可以用外觸發(fā)，但相機(jī)要加上濾光片）切換到Acquired Data欄點(diǎn)擊Save for Calibration，把數(shù)據(jù)存為標(biāo)定數(shù)據(jù)； E 采集并存儲(chǔ)完成后，切換到分析模式，在所得圖片上點(diǎn)擊右鍵Measure Scale Factor把圖片中的A和B分別拖到兩個(gè)刻度上選擇Absolute Distance輸入A到B的距離OK；3.4測(cè)試和數(shù)據(jù)分析:A把相機(jī)加上濾光片，激光器按下Simmer（綠鈕）和Work(紅鈕)（做好發(fā)光準(zhǔn)備）；B. DynamicStudio軟件切換到Previ

11、ew模式下，選擇雙幀拍攝模式輸入合適的Time Between Pulse輸入采集頻率調(diào)節(jié)激光器光源強(qiáng)度，使圖像灰度分布合理。雙擊采集圖片，分析示蹤粒子的密度，大小，跨幀時(shí)間是否合適等。分析方法，在圖像上點(diǎn)擊右鍵，選定Display Options. 如上右圖，選網(wǎng)格大小，每個(gè)網(wǎng)格內(nèi)有5-8個(gè)粒子時(shí)PIV計(jì)算結(jié)果較為理想。按鍵盤(pán)字母T，可自動(dòng)在第1幀和第2幀切換，當(dāng)一個(gè)粒子在兩幀之間移動(dòng)不超 過(guò)網(wǎng)格的1/2時(shí)，說(shuō)明跨幀時(shí)間合適。C輸入采集圖片數(shù)點(diǎn)擊Acquire采集圖片切換到Acquired Data欄點(diǎn)擊Save in Database；D采集并存儲(chǔ)完成后，切換到分析模式，進(jìn)行分析，分析方法

12、見(jiàn)后面介紹。4 PIV軟件使用說(shuō)明4.1設(shè)備連接與采集操作 激光器添加 控制面板上-tools-light source wizard，接下來(lái)進(jìn)入添加步驟。按照提示進(jìn)行操作-給定激光器名稱(chēng)（比如vilite350）-選取Two carvities其余均采用默認(rèn)參數(shù)即可。1. max trigger frequency設(shè)置為10HZ。2.flash 1 to Q-switch1 delay和flash 2 to Q-switch2 delay 設(shè)為555s3.Q-switch 1activation delay和Q-switch 2 activation delay均設(shè)為0.87s.其余均采用默

13、認(rèn)設(shè)置即可。然后進(jìn)入采集模式，在右側(cè)控制面板上選擇synchronization Cables 出現(xiàn)如下圖所示：并且比下圖多出兩個(gè)相機(jī)接口，分別連接第五和第六個(gè)箭頭即可。接入相機(jī)和同步器，選擇Create Default connection（告訴軟件，硬件是怎么連接的） 相機(jī)雙幀模式與單幀模式數(shù)據(jù)保存界面Time between pulses：為激光器兩腔之間的時(shí)間（只在雙幀模式下適用）,可以調(diào)節(jié)，根據(jù)拍攝圖像粒子移動(dòng)距離而定，一般保證示蹤粒子在最小單元格（32*32）中移動(dòng)1/4到1/2的時(shí)間為準(zhǔn)?？烧{(diào)范圍為幾十納秒到67000納秒。注意：獲得的圖像中，每個(gè)單元格中的粒子數(shù)最好為5-8個(gè)，

14、每個(gè)粒子所占的像素最好是2個(gè)左右。Trigger rate：拍攝頻率，最高為7.4。Number of images：拍攝照片對(duì)的數(shù)量。其中Free Run為觀測(cè)窗口，在單幀模式中，當(dāng)激光機(jī)不發(fā)光，相機(jī)進(jìn)行對(duì)焦時(shí)使用，其連續(xù)不停。其中Preview 用于試拍攝，激光發(fā)光，其連續(xù)不停?？梢杂^測(cè)激光能量和所加粒子濃度是否合適。其中Acquire用于正式采集數(shù)據(jù)。注意標(biāo)定時(shí)，一定將激光器關(guān)掉。在正式采集數(shù)據(jù)時(shí)，一定先安裝上濾光鏡。使用Acquire正式采集后保存數(shù)據(jù)，如果是標(biāo)定，選擇Save for Calibration。如果是PIV圖像，選擇Save for Database。選擇Clear B

15、uffers進(jìn)行清除圖片所占的內(nèi)存。4.2數(shù)據(jù)查看方法數(shù)據(jù)處理窗口在FlowSense上左雙擊出現(xiàn)對(duì)應(yīng)圖片，右擊選擇Show Contents List（對(duì)后面所有右擊，只要出現(xiàn)都適用）就可以看到對(duì)應(yīng)圖片對(duì)的列表；或選擇Analysis進(jìn)行分析工作（注意此時(shí)是進(jìn)行圖片的分析，與后面矢量圖的分析有區(qū)別。）雙擊拍攝的圖片會(huì)出現(xiàn)下圖，然后拖動(dòng)藍(lán)色的方塊進(jìn)行調(diào)節(jié)，就可以看到不太明顯的粒子。調(diào)節(jié)圖片灰度界面 在FlowSense上點(diǎn)右鍵選Analyze. 選Image processing-ROI Extract，進(jìn)入界面如下： 在空白處點(diǎn)右鍵，點(diǎn)Color Map And Histogram，如右上圖

16、。調(diào)節(jié)直方圖變換工具，在空白處即可出現(xiàn)照的PIV圖像。 拖動(dòng)淺紅色邊框的四個(gè)角，將需要計(jì)算的流場(chǎng)包括進(jìn)去，以后的計(jì)算只計(jì)算紅色邊框之內(nèi)的圖像元素。4.3數(shù)據(jù)分析方法若想得到正確的矢量圖結(jié)果,需要注意以下步驟:此步驟的目的是得到較準(zhǔn)確的PIV兩維流場(chǎng)圖.特別是鏡頭與拍攝平面不垂直時(shí),此步驟尤為重要. Image Processing圖片像素分析界面Image Aritthmetic 表示對(duì)像素的加減乘除運(yùn)算。（例如當(dāng)圖片較暗的時(shí)候，可以對(duì)圖片進(jìn)行乘法運(yùn)算）Define Image Balance定義片光的修正，進(jìn)行片光平滑。Image Balancing 可以把以前不容易看到的粒子能夠顯示出來(lái)。

17、ROI Extract用于截取一部分分析用的圖片區(qū)域。Image mean用于圖片的某一像素平均計(jì)算。Image RMS圖片像素的均方根計(jì)算。Image min/max圖片像素最小與最大計(jì)算。Image Stitch 圖片拼接（當(dāng)流場(chǎng)較大時(shí)就可以采用此方法）Image Histogram 直方圖Image Processing Library（IPL）：低通、高通其他選項(xiàng)請(qǐng)參考Help。 Image Conversion圖片對(duì)應(yīng)順序轉(zhuǎn)換界面Make Single Frame用于保存某一單幀。Make Double Frame用于更改所有幀的順序。Make Reverse Frame 由于反轉(zhuǎn)圖

18、片順序。Image Resolution用于改變圖片的位數(shù)(顏色數(shù))。 Masking圖片不需要分析的區(qū)域，復(fù)雜劃分工具界面點(diǎn)擊Define Mask進(jìn)入分析區(qū)域劃分界面有多種工具可供選擇，顯示紅色的地方，在后面的運(yùn)算中，將不會(huì)被分析計(jì)算。Image Masking 進(jìn)行圖片的分析計(jì)算，同時(shí)忽略Mask中選擇的區(qū)域。（一般建議不對(duì)原圖進(jìn)行MASK，建議對(duì)原圖進(jìn)行PIV分析后再對(duì)所得矢量圖進(jìn)行MASK。）4.3.4 PIV SignalPIV數(shù)據(jù)計(jì)算操作界面如上圖示，如果對(duì)原圖進(jìn)行PIV計(jì)算，則將鼠標(biāo)放在1處，點(diǎn)右鍵分析；也可只對(duì)感興趣的區(qū)域進(jìn)行PIV計(jì)算，這時(shí)將鼠標(biāo)放在2處，點(diǎn)右鍵分析。Cro

19、ss-correlation不常用，不表。（與下面的菜單功能一致）。Adaptive Correlation（生成矢量圖）Adaptive Correlation自適應(yīng)互相關(guān)法。點(diǎn)擊將出現(xiàn)下面的界面。其中Final interrogation area size 是選擇最小分辨的網(wǎng)格大小，一般建議32*32,64*64為宜。Overlap 表示在更大的網(wǎng)格范圍內(nèi)尋找相關(guān)粒子進(jìn)行計(jì)算，一般選擇25%或者50%。其余選擇框中，保持2為宜。在options中，high accuracy subpixel refinement 用于粒子小于一個(gè)像素時(shí)；Use deforming windouws適用于

20、大流速時(shí)的變形網(wǎng)格中，現(xiàn)在的PIV算法已經(jīng)包含在內(nèi)，可不選。其余選項(xiàng)可以保持默認(rèn)狀態(tài)，如果需要修改，請(qǐng)參考Help。自適應(yīng)互相關(guān)法選項(xiàng)圖過(guò)濾方法一般不用 驗(yàn)證選項(xiàng)對(duì)Peak validation中Minimun peak height relative to peak選項(xiàng)，可以不用。如果使用，就設(shè)為1.08。Local Neighborhood Validation選Use Moving Average(屬于PIV矢量的一種后處理方法。None表示原始的PIV計(jì)算結(jié)論)其余選項(xiàng)最好不用。Average Correlation上圖中，一般采用Central difference 方法，F(xiàn)orwa

21、rd difference用于LIF方法（激光誘發(fā)熒光粒子測(cè)量方法，未購(gòu)買(mǎi)。）用于粒子較少的時(shí)候，對(duì)多幅圖片進(jìn)行加權(quán)平均，得到一個(gè)圖片的結(jié)果。FlexPIV初始界面FlexPIV用于自主繪制需要計(jì)算的網(wǎng)格。點(diǎn)擊Edit進(jìn)入下面的編輯狀態(tài)。詳細(xì)操作見(jiàn)Help。本操作的重點(diǎn)是右邊的選擇項(xiàng)的設(shè)置，網(wǎng)格中以綠點(diǎn)為中心。改變網(wǎng)格類(lèi)型就相當(dāng)于改變以中心為準(zhǔn)的網(wǎng)格形狀。其中Shape type為定義網(wǎng)格類(lèi)型： Wall整個(gè)平面都不分析 Grid普通網(wǎng)格 Fals hole在普通網(wǎng)格內(nèi)部網(wǎng)格進(jìn)行加密分析，結(jié)合rid網(wǎng)格使用。 Hole在Grid內(nèi)部劃分不分析的區(qū)域,結(jié)合rid網(wǎng)格使用。Grid options 4.3.5 Plots生成圖表、云圖：Scalar Map 將矢量圖轉(zhuǎn)為標(biāo)量圖（云圖）。Extract 對(duì)比兩個(gè)點(diǎn)的特點(diǎn)（差別）。Profile Plot 對(duì)比兩條線的差別。（矢量沿某一線上的變化，需要將矢量圖先顯示）。Spectrum 對(duì)某一點(diǎn)進(jìn)行譜分析（能量密度分析）。4.3.6 CoordinatesGrid Interpolation 將非結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格擬合成結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格4.3.7 StatisticsImage Mean 統(tǒng)計(jì)圖像平均值Image RMS 統(tǒng)計(jì)圖像均方根Image Min/Max 統(tǒng)計(jì)圖像最小最大值4.