PIV操作流程詳解

1、PIV 操作手冊(cè)操作手冊(cè) . . 目錄目錄 特別注意事項(xiàng)特別注意事項(xiàng)3 1 PIV 設(shè)備連接設(shè)備連接4 1.1 設(shè)備連接原理圖設(shè)備連接原理圖4 1.1.1 相機(jī)連接方法和注意事項(xiàng)4 1.1.2 同步器連接5 1.1.3 電腦連接6 2 PIV 軟件安裝軟件安裝7 3 PIV 使用主要操作順序使用主要操作順序7 4 PIV 軟件使用說(shuō)明軟件使用說(shuō)明9 4.1 設(shè)備連接與采集操作設(shè)備連接與采集操作9 4.2 數(shù)據(jù)查看方法數(shù)據(jù)查看方法11 4.3 數(shù)據(jù)分析方法數(shù)據(jù)分析方法12 4.3.1 IMAGE PROCESSING12 4.3.2 IMAGE CONVERSION14 4.3.3 MASKIN

2、G14 4.3.4 PIV SIGNAL15 4.3.5 PLOTS19 4.3.6 COORDINATES20 4.3.7 STATISTICS20 4.3.8 VECTOR & DERIVATIVE21 4.3.9 COORDINATES24 4.3.10 選定氣泡過(guò)程25 4.3.11 MATLAB連接口25 4.3.12 三維 PIV 分析25 . . 特別注意事項(xiàng)特別注意事項(xiàng) 1 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。規(guī)定方法執(zhí)行。 2 2 使用激光器前，仔細(xì)檢查各系統(tǒng)是否連接正確。使用激光器前，仔細(xì)檢

3、查各系統(tǒng)是否連接正確。 3 3 相機(jī)不能長(zhǎng)時(shí)間連接電源，相機(jī)不能長(zhǎng)時(shí)間連接電源，不用的時(shí)候一定將電源線拔不用的時(shí)候一定將電源線拔 掉。掉。 4 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，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。打開(kāi)激光器前，必須安裝上相機(jī)鏡頭蓋。 5 5 做實(shí)驗(yàn)前一定要蓋上濾光片做實(shí)驗(yàn)前一定要蓋上濾光片 6 6 激光器必須每周至少使用一次，否則性能將下降。激光器必須每周至少使用一次，否則性能將下降。 7 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。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：特別情況處理：

4、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)?；謴?fù)。 c:programDataDantecc:programDataDantec DynamicsDynamics c:userdellAppDataLocalDantecc:userdellAppDataLocalDantec DynamicsDynamics . . 1 PIV 設(shè)備連接設(shè)備連接 1.1 設(shè)備連接原理圖設(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)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

5、，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。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

6、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 電腦連接相機(jī)和同步器。 注意，本 PIV 軟件配有專門(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 軟件安裝軟件安裝 首先安裝 64 位操作系統(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 PC

7、le 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 使用主要操作順序使用主要操作順序 3.1 開(kāi)機(jī)前開(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)定步驟標(biāo)定步驟: a)檢查相機(jī)鏡頭蓋是否蓋上，若沒(méi)蓋上，請(qǐng)蓋上鏡頭

8、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“

9、Free Run”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，切換到采集一張圖片，切換到 Acquired Data 欄欄(Menu- View-Acquired Data) 點(diǎn)擊點(diǎn)擊 Save for Calibration，把數(shù)據(jù)存為標(biāo)定數(shù)據(jù)，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

10、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

11、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)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

12、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）切換到切換到 Acquired Data 欄欄點(diǎn)擊點(diǎn)擊 Save for Calibration，把數(shù)據(jù)，把數(shù)據(jù) 存為標(biāo)定數(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 Fac

13、tor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 Preview 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

14、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，分析方法見(jiàn)后面介紹。 4 PIV 軟件使用說(shuō)明軟件使用說(shuō)明 4.1 設(shè)備連接與采集操作設(shè)備連接與采集操作 4.1.1 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

15、定激光器名稱（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 555s 3.Q-switch 1activation delay 和 Q-switch 2 activation delay 均設(shè)為 0.87s. 其余均采用默認(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

16、，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)，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。 Numb

17、er 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。可以觀測(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 Buffers 進(jìn)行清除圖片所占的內(nèi)存。 4

18、.2 數(shù)據(jù)查看方法數(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 Histo

19、gram，如右上圖。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. 4.3.1 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

20、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)。 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。 4.3.2 Image Conversion 圖片對(duì)應(yīng)順序轉(zhuǎn)換界面 Make S

21、ingle 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)圖片順序。 Image Resolution 用于改變圖片的位數(shù)(顏色數(shù))。 . . 4.3.3 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

22、進(jìn)行 MASK。 ） 4.3.4 PIV Signal PIV 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。 Cross-correlation 不常用，不表。 （與下面的菜單功能一致） 。 Adaptive Correlation（生成矢量圖）（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。

23、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)

24、，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)orward 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 Edi

25、t 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 Coordinates Grid 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 Statistics . . Image Mean 統(tǒng)計(jì)圖像平均值 Image RMS 統(tǒng)計(jì)圖像均方根