PIV操作規(guī)程總結

PIV操作規(guī)程一、特別注意事項1激光非常危險，特別注意眼睛和相機安全，操作一定按照規(guī)定方法執(zhí)行。2使用激光器前，仔細檢查各系統(tǒng)是否連接正確。3相機不能長時間連接電源，做完實驗后一定將電源線拔掉。4用相機標定時，需要拆下濾光鏡，此時不允許打開激光器；實驗時，打開激光器前，必須安裝上相機鏡頭蓋。5做實驗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實驗時，不允許非實驗人員在實驗室停留。開機前:開機前檢查設備連線是否正確，并打開所有儀器的電源（相機、激光器和計算機）。需要注意：激光器電源開啟后需要預熱一段時間才能投入使用，激光器主機背后左下方有個液晶面板，等上面的溫度讀數達到100后再開激光。激光器主機正面面板上有四個撥動開關，把四個開關全部撥到INT為內觸發(fā)，把四個開關全部撥到EXT為外觸發(fā)。下文中提到的切換內外觸發(fā)時，請進行相應操作。激光器開啟的順序為：先開啟主機背后的左下方的電源（POWER），再開啟遙控器上的開關（SYSTEMON）。然后開啟水泵對應的開關（PUMPON）。待預熱階段結束后，開啟激光（LASERON）再開啟擋光板的開關（SHUTTEROPEN）的開關便會發(fā)射激光。(內觸發(fā)時會在SHUTTER開啟后立刻出光，外觸發(fā)時需要在軟件中選擇采集后激光才會出光)注意：開啟激光前將控制激光能量大小的旋鈕調至較小位置，并注意保護相機。三、標定操作流程與采集實驗數據流程（1）開啟計算機（2）啟動DynamicStudio操作軟件。1.標定操作流程把相機蓋蓋上（一定要蓋上），打開激光器，用片光找到要測量的平面；在片光平面中放入標定靶，并移動標定靶的位置，使片光進入標定靶整個面的小孔，然后保持標定靶的位置不變，并關閉激光，打開相機蓋；運行DynamicStudio軟件，新建一個Database并按鍵切換到采集模式（如下圖）。在SystemControl選項里點擊“FreeRun”來進行調焦，使相機盡可能清楚的拍到標定靶，并且調焦調到是拍到標定靶的點盡可能清晰，一般用鼠標放大最中心的點觀察是否為最清晰。（此時相機不用濾光鏡）；選擇單幀拍攝模式（singleframemode）→采集圖片數（Numberofimages）輸入1（見下圖）→點擊Acquire采集圖片（此時激光器調至內觸發(fā)，用自然光拍攝）→切換到AcquiredData欄→點擊SaveforCalibration，把數據存為標定數據；然后再分別向前和向后、左右翻轉、扭轉移動坐標靶對稱的采集幾個位置。一般采集為七張圖片。采集并存儲完成后，按鍵切換到分析模式，先觀察采集的七張圖片亮度是否合適，如果不合適可以按照下面的步驟調節(jié)：calibrations——》imageprocessing——》imageArihmetic——》在第二快中乘以或者除以倍數來調節(jié)亮度（也可以利用第三塊中的功能）——》OK.e)照片的照片亮度調節(jié)合適候，接著進行驗證：calibrations——》imageModelFit——》Dot,200×200mm——》pinholecameramodel.如果驗證通過后這結束，若通不過則看知哪一張不通過，然后進行調節(jié)。2.采集實驗數據操作流程標定完成后，相機、片光的位置不要變。把相機加上濾光片，激光器切換到外觸發(fā)模式并按下Laseron和Shutteropen（做好發(fā)光準備）；在要測量的流體中添加示蹤粒子。先在一容器中倒少量失蹤粒子，加水充分攪拌使其溶解，之后將其倒入要測量的流體中。開啟實驗裝置，使待測流體達到待測速度。分別在frame1和frame2下調節(jié)LASER1和LAER2，使屏幕中看到的粒子亮度和濃度合適為止。DynamicStudio軟件切換到采集模式→選擇雙幀拍攝模式→輸入合適的TimeBetweenPulses→輸入采集頻率→輸入采集圖片數→點擊Acquire采集圖片→切換到AcquiredData欄→點擊SaveinDatabase；（后面會解釋參數如何設置）采集并存儲完成后，切換到分析模式，進行分析。分析方法在后面介紹。采集時需要設定的主要參數如下：相機雙幀模式與單幀模式Timebetweenpulses為跨幀時間T，根據拍攝圖像粒子移動距離而定，一般保證粒子在最小單元格（32*32）中移動邊長的1/4到1/2的時間為準。注意：獲得的圖像中，每個單元格中的粒子數最好為5-8個，每個粒子所占的像素最好是2個左右。Triggerrate為拍攝頻率。Numberofimages為拍攝照片對的數量。FreeRun用于單幀模式中，激光器不發(fā)光，相機進行對焦時使用，其連續(xù)不停。Preview用于試拍攝，激光發(fā)光，其連續(xù)不停。可以觀測激光能量和所加粒子濃度是否合適。Acquire用于正式采集。注意標定時，用沒有濾光鏡的相機拍照前，一定將激光器關掉。在做實驗前，一定先安裝上濾光鏡。使用Acquire正式采集后保存數據，如果是標定，選擇SaveforCalibration。如果是PIV圖像，選擇SaveforDatabase。選擇ClearBuffers進行清除圖片所占的內存，一般無需使用。注意：在采集并儲存完數據后，就可以切換到分析模式進行數據分析了。3對采集的實驗數據的處理可先截取所需圖片：Analysis——》imageprocessing——》ROIExtract,進行截取圖片還可以對圖片進行降噪處理：Analysis——》imageprocessing——》lmagemin/max——》subtract,空格鍵選定這次處理的圖與上一次圖片進行降噪。在所采集的圖片上雙擊顯示對應圖片，右擊選擇ShowContentsList（對后面所有右擊，只要出現(xiàn)都適用）就可以看到對應圖片對的列表；或選擇Analysis進行分析工作（注意此時是進行圖片的分析，與后面矢量圖的分析有區(qū)別）。在顯示的圖片上雙擊會出現(xiàn)下圖，然后拖動藍色的方塊進行調節(jié)，就可以看到不太明顯的粒子。調節(jié)圖片灰度界面4對實驗圖片分析得到矢量圖在原始圖片上右擊選擇Analysis→PIVSignal→AdaptiveCorrelation→OK就得到了矢量圖5用Masking截取所需矢量圖區(qū)域圖片不需要分析的區(qū)域，復雜劃分工具界面點擊DefineMask進入分析區(qū)域劃分界面，定義一個Mask有多種工具可供選擇，顯示紅色的地方，在后面的運算中，將不會被分析計算。ImageMasking可對原始圖片進行分析計算（同時忽略Mask中選擇的區(qū)域）。一般不建議對原始圖片進行MASK，建議對原圖進行PIV分析后再對所得矢量圖進行MASK。注意：要進行imagemasking，必須先做DefineMask，然后選定所做的Mask才可以。6合成三維矢量圖依次選中兩個相機的標定文件和兩個相機分別對應的矢量圖，在其中一張矢量圖上點擊右鍵——Analyze——StereoPIV——StereoPIVprocessing——打開界面后默認即可——OK。7對合成的矢量圖求流線和渦量Vector&DerivativesVector&Derivatives→ScalarDerivatives→ok8對合成的矢量圖求平均流場Analysis→statistics→vectorstatistics→Allvalidvectors(inclsubstitute)9對合成的矢量圖求一條線上的速度圖Analysis→plotsprofileplot→然后取一條需要的線→OK四以下是對軟件上數據分析功能的詳細介紹以下功能介紹在對實驗數據分析時有需要時可以查閱1ImageProcessing圖片像素分析界面ImageArithmetic表示對像素的加減乘除運算。DefineImageBalance定義片光的修正，進行片光平滑。ImageBalancing進行片光修正。注意：運用Imagebalancing方法首先要定義imagebalance圖片。運用此方法時，所用圖片需盡可能的多（大于50張），且所用圖片無背景圖為佳。ROIExtract用于截取一部分分析用的圖片區(qū)域。Imagemean用于圖片的某一像素平均計算，主要用于LIF應用。ImageRMS圖片像素的均方根計算，用于LIF應用，可考察激光穩(wěn)定性。Imagemin/max圖片像素最小與最大計算。Imagestitch進行圖片拼接。當測量區(qū)域比較大時，可以劃分為若干小區(qū)域采集，然后拼接起來。Imagehistogram可以得到圖片的像素分布情況。ImageResampling對圖片進行重新采樣。用于PIV和LIF同時測量的配置中，對圖片重新采樣得到詳細的標量圖信息。Imageprocessinglibrary圖像處理庫。常用的圖像處理方法可以在庫中找到應用。2ImageConversion圖片對應順序轉換界面MakeSingleFrame用于保存某一單幀。MakeDoubleFrame用于用單幀轉化為雙幀。MakeReverseFrame由于反轉圖片順序。ImageResolution用于改變圖片的位深。5.33PIVSignalPIV數據計算操作界面Cross-correlation互相關算法。AdaptiveCorrelationAdaptiveCorrelation自適應互相關法，它是在互相關算法（CrossCorrelation）的基礎上加了一些驗證和過濾。點擊將出現(xiàn)下面的界面。其中Finalinterrogationareasize是迭代運算的最小網格，一般建議32X32或64X64為宜。Overlap表示在更大的網格范圍內尋找相關粒子進行計算，一般選擇25%或者50%。其余選擇框中，保持2為宜。在options中，highaccuracysubpixelrefinement運用新的插值方法來改善Peaklocking，選擇后會減慢分析計算速度，一般建議在粒子直徑小于一個像素時使用；Usedeformingwindows適用于大流動梯度時，運用變形網格可提高去處精度。其余選項可以保持默認狀態(tài)。自適應互相關法選項圖過濾方法一般不用驗證選項對Peakvalidation中一般使用Minimunpeakheightrelativetopeak選項，建議設為1.08。LocalNeighborhoodValidation一般用Usemovingaverage，Acceptancefactor一般設0.1——0.15。UsingMovingAverage是在選定的矩陣中（例如3X3）驗證中間網格矢量與相鄰矢量的速度梯度，如果不合理，則采用平均值代替中間網格矢量；UsingLocalMedian是在選定的矩陣中（例如3X3）驗證中間網格矢量與相鄰矢量的速度梯度，如果不合理，則采用中間值代替中間網格矢量。AverageCorrelation用于粒子較稀少的時候，對多幅圖片進行加權平均，得到一個矢量場的結果。FlexPIV初始界面FlexPIV用于自主繪制需要計算的網格。點擊Edit進入下面的編輯狀態(tài)。詳細操作見FlexPIVManual。本操作的重點是右邊的選擇項的設置，網格中以綠點為中心。改變網格類型就相當于改變以中心為準的網格形狀。4CoordinatesImageDewarping——當相機與拍攝平面成一定用度時，可以用此方法得到一個相當于相機垂直拍攝的圖片，運用此方法需要一個相機的IMF標定數據。以下方法是對所得矢量圖的分析：5Masking對矢量圖運用Mask。運用此方法前必須先定義一個Mask（方法見4.3.3）。6PIVSignalPeakValidation與在AdaptiveCorrelation中的PeakValidation是一樣的。其中，RelativetoZero-Peak只適用于自相關算法（AutoCorrelation）。用RelativetoPeak2，建議值為1.08。RangeValidation可設定合速度、U方向速度和V方向速度范圍進行過濾。MovingAverageValidation與在AdaptiveCorrelation中的UsingMovingAverage是一樣的。CoherenceFilterCoherenceFilter，中值過濾，與在AdaptiveCorrelation中的UsingLocalMedian是一樣的。建議設置值為：當計算矢量圖（Correlation）時設置最小網格為32X32時，設置30；當計算矢量圖（Correlation）時設置最小網格為64X64時，設置60。AverageFilter基于MovingAverageValidation的過濾，設置的矩陣越大，所得到的流場越光滑。VectorStitching用于矢量圖拼接。7求流線和渦量Vector&DerivativesDMDSpectrum&DMDProjectionDMD（DynamicModeDecomposition）方法主要從流體流動穩(wěn)定性（時間和空間）方面研究流場的特征，從而找出流場中流動規(guī)律。在上圖中，橫軸Lambda(r)表示流動的衰減和增長，Lambda(i)表示頻率。在縱軸左側的模式，代表流動處于穩(wěn)定狀態(tài)，右側流動處于非穩(wěn)定狀態(tài)。第一階模式代表平均流場。注意：要進行DMDProjection必須要先做一個DMDSpectrum。PODSnapshot&PODProjectionPOD（ProperOrthogonalDecomposition）主要從能量的角度來研究流場的特征，從而找出流場中流動規(guī)律。通過PODSnapshot可以得到所有的能量模式。其中，0模式代表平均流場。一般主要研究0——4階模式就足夠了。通過TimeHistoryofPODcoefficients可以得到不同時刻各模式的能量貢獻情況。由上圖中，可以得出流場帶有周期性規(guī)律。ScalarDerivatives可以得到速度梯度場、渦量場、渦旋強度場等等。Streamlines可以繪畫流線。流線效果圖LineIntegralconvolution水紋效果圖可以畫水紋圖VectorStatistics統(tǒng)計平均流場效果圖Vector/ScalarSubtraction&VectorArithmetic進行矢量的算術運算。8PlotsScalarMap矢量圖轉化為標量圖。Extract可以得到某個變量在某些點上沿時間的變化情況；可對比兩個點的特點（差別）。ProfilePlot可得到某個變量沿某幾條線上的變化；對比兩條線的差別。Spectrum對某一點進行譜分析。9Coordinates只對矢量圖有效VectorRotation/Mirroring對矢量進行轉動或者鏡像VectorStitching同4.3.6PIVsignal中一樣，用于矢量圖拼接。VectorDewarping對有角度偏差的矢量進行修正，需要一個標定文件。VectorInterpolation運用TPS方法進行矢量插值。GridInterpolation對網格插值；有時只有完成這一步后才能進行FlexPIV的操作，如云圖，渦量、流線圖的計算。10Statistics11PIV矢量分析：在原始圖像上點擊右鍵并選擇Analyze，出現(xiàn)上圖所示界面：點擊PIVsignal選擇其中的AdaptiveCorrelationAdaptiveCorrelationAdaptiveCorrelation自適應互相關法，它是在互相關算法（CrossCorrelation）的基礎上加了一些驗證和過濾。點擊將出現(xiàn)下面的界面。其中Finalinterrogationareasize是迭代運算的最小網格，一般建議32X32或64X64為宜。Overlap表示在更大的網格范圍內尋找相關粒子進行計算，一般選擇25%或者50%。其余選擇框中，保持2為宜。在options中，highaccuracysubpixel