丹迪PIV操作手冊

1、.PIV操作手冊 胡良杰 麥迪公司北京代表處目錄特別注意事項31 PIV設備連接41.1設備連接原理圖41.1.1相機連接方法和注意事項41.1.2同步器連接51.1.3電腦連接52 PIV軟件安裝和初步設置62.1軟件安裝62.2初步設置63 PIV使用主要操作順序84 PIV軟件使用說明94.1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 Conversion134.3.3 Masking134.3.4 PIV Signal144.3.4 Coordinates184.3.5Masking194.3.6PIV

2、Signal194.3.7Vector&Derivatives224.3.8Plots284.3.9 Coordinates294.3.10 Statistics295 三維矢量圖生成296 外部同步觸發(fā)306.1硬件連接306.2軟件設置30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

3、能將下降。7 實驗時，不允許非實驗人員在實驗室停留。1 PIV設備連接1.1設備連接原理圖設備連接原理圖1.1.1相機連接方法和注意事項相機通過白色寬數(shù)據(jù)線連接電腦，用一黑色圓頭線同時連接相機電源和同步器，其中同步線連接線接同步器輸出端5（OUT5）和6（OUT6），默認為5（OUT5）。連接相機電源。連接方法見下圖：相機連接圖注意：在做完實驗，長時間不使用相機時，一定要拔掉相機電源否則有燒毀相機的危險。相機在使用中一定注意保護CCD，在發(fā)射激光時，必須蓋上鏡頭蓋（標定時）或者安裝上濾光片（實驗時），并且不能讓激光直射或者強反射到相機里面。相機鏡頭可調(diào)節(jié)光圈大小和進行對焦。在完成對焦后不得移動

4、和旋轉(zhuǎn)相機和相機鏡頭，即保證激光平面和相機的距離保持不變。1.1.2同步器連接同步器負責給相機和激光器發(fā)出同步信號，協(xié)調(diào)相機和激光器的同步工作，它與電腦、相機和激光器連接。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和雙腔激光器。注意：同步器的OUT1OUT4連接激光器。其中，OUT1連接Laser1的Flashlamp；OUT2連接Laser2的Flashlamp；OUT3連接Laser1的D/A接口；OUT4連接Laser2的D/A接口:同步器輸出面1.1.3電腦連接電腦連接相機數(shù)據(jù)線和同步器。注意，本PIV軟件配有專門的軟件加密狗，外形像

5、優(yōu)盤。要使用PIV系統(tǒng)就必須插上加密狗。必須注意保護加密狗，謹防有人誤將加密狗帶走。如果發(fā)生加密狗丟失，需要找到一份PIV系統(tǒng)軟件明細單，向PIV公司重新購買加密狗。電腦連接2 PIV軟件安裝和初步設置2.1軟件安裝首先安裝64位操作系統(tǒng)，然后安裝DELL驅(qū)動（WIN7系統(tǒng)中自帶趨動，不需要額外安裝），然后安裝DANTEC公司提供的同步器控制卡PCI卡驅(qū)動DAQmx，重啟后關(guān)機，再將PCI卡插入計算機；重啟計算機后安裝Dynamic Studio軟件dynamicstudio V3.0。只有在插上加密狗后，軟件才能使用。2.2初步設置安裝完軟件后，重啟計算機。a) 點擊切換到分析模式。這時，在

6、Devices欄中會提示軟件正在探測相機。此時我們只需等待，軟件會自動探測并添加相機。（注意：這時相機必須插上電源）b)在右側(cè)Devices欄中的上右擊，選擇Add New Device，選擇Dual Power 135-15型激光器，把其加入到Devices欄。f) 加入完成后，查看欄，會看到所有加入的設備。在欄內(nèi)空白處點擊右鍵，選擇Create Default Connections完成設備連線（告訴軟件，硬件是怎么連接的）。見下圖：3 PIV使用主要操作順序一、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，當然還有計算機）。二、開機步驟:（1）開啟計算機（2）

7、啟動DynamicStudio操作軟件。三、標定步驟:1.三維標定靶標定a) 檢查相機鏡頭蓋是否蓋上，若沒蓋上，請蓋上鏡頭蓋（一定要蓋上）。b) 打開激光器（一般只發(fā)射一腔激光即可，一般為Laser1），用片光找到要測量的平面；此時，注意保護眼睛，激光能量盡量小一些，我們能看到激光即可。c) 在片光平面中放入標定靶，并關(guān)閉激光器（用激光器控制面板關(guān)閉），打開相機蓋；d) 運行DynamicStudio軟件，新建一個Database并切換到采集模式，運用“Free Run” 模式調(diào)整兩個相機，使標定靶在兩個相機拍攝區(qū)域的中間位置（即盡量使兩個相機的拍攝區(qū)域重合。此時相機不用濾光鏡）；e) 選擇單

8、幀拍攝模式采集圖片數(shù)輸入1點擊Acquire采集圖片（此時激光器處于關(guān)閉狀態(tài)）切換到Acquired Data欄點擊Save for Calibration，把數(shù)據(jù)存為標定數(shù)據(jù)；然后再分別向前和向后移動坐標靶對稱的采集幾個位置（一般5個就可以，步驟如粗體字所示），并記住這幾個位置的Z值（第一張為Z0處）。（注意：坐標靶平面為XY平面，坐標靶向靠近相機的方向移動為Z的正方向）；f) 采集并存儲完成后，切換到分析模式，在所得圖片上點擊右鍵Customized properties選擇Z選項框確定；然后再右鍵點擊圖片Show Detail List這時可以看到所獲取的幾幅圖片點擊每一圖片，在左下方的

9、Properties欄里都可以看到圖片屬性（這時多了Z項）依次填入每個圖片的Z值；g) 右鍵點擊總圖片AnalyzeCalibrationImage Model Fit(IMF) 選擇所用標定靶的型號Ok。2.進行二維標定a) 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；b) 在片光平面中放入一把尺子，并關(guān)閉激光，打開相機蓋；c) 運行DynamicStudio軟件，新建一個Database并切換到采集模式，運用“Free Run”模式來調(diào)焦，使相機盡可能清楚的拍到尺子（此時相機不用濾光鏡）；d) 選擇單幀拍攝模式采集圖片數(shù)輸入1點擊Acquire采集圖片（此時激光器可以用

10、內(nèi)觸發(fā)，用自然光拍攝；也可以用外觸發(fā)，但相機要加上濾光片）切換到Acquired Data欄點擊Save for Calibration，把數(shù)據(jù)存為標定數(shù)據(jù)； e) 采集并存儲完成后，切換到分析模式，在所得圖片上點擊右鍵Measure Scale Factor把圖片中的A和B分別拖到兩個刻度上選擇Absolute Distance輸入A到B的距離OK；四、測試和數(shù)據(jù)分析:a) 把相機加上濾光片，激光器切換到外觸發(fā)模式并按下Laser on和Shutter（做好發(fā)光準備）；b) DynamicStudio軟件切換到采集模式選擇雙幀拍攝模式輸入合適的Time Between Pulse輸入采集頻率

11、輸入采集圖片數(shù)點擊Acquire采集圖片切換到Acquired Data欄點擊Save in Database；c) 采集并存儲完成后，切換到分析模式，進行分析，分析方法見后面介紹。4 PIV軟件使用說明4.1采集操作采集時需要設定的主要參數(shù)如下： 相機雙幀模式與單幀模式數(shù)據(jù)保存界面其中跨幀時間T為Time between pulses,可以調(diào)節(jié)，根據(jù)拍攝圖像粒子移動距離而定，一般保證離子在最小單元格（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(shù)最好為5-8個，每個粒子所占的像素最好是2個左右。Trigger rate 為拍攝頻率，最高為全幀219

12、0fps。Number of images 為拍攝照片對的數(shù)量。其中Free Run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。其中Preview 用于試拍攝，激光發(fā)光，其連續(xù)不停?？梢杂^測激光能量和所加粒子濃度是否合適。其中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(guān)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(shù)據(jù)，如果是標定，選擇Save for Calibration。如果是PIV圖像，選擇Save for Database。選擇Clear Buffers進行清除圖片所占的內(nèi)存，一般無需使用。注意：在采集并儲存

13、完數(shù)據(jù)后，就可以切換到分析模式進行數(shù)據(jù)分析了。4.2數(shù)據(jù)查看方法數(shù)據(jù)處理窗口在所采集的圖片上雙擊顯示對應圖片，右擊選擇Show Contents List（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(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4.3數(shù)據(jù)分析方法4.3.1 Image Processing圖片像素分析界面Image Aritthmetic 表示對像素的加減乘除運算。Define Image Balance定義片光的修正

14、，進行片光平滑。Image Balancing 進行片光修正。注意：運用Image balancing方法首先要定義image balance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。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算，主要用于LIF應用。Image RMS圖片像素的均方根計算，用于LIF應用，可考察激光穩(wěn)定性。Image min/max圖片像素最小與最大計算。Image stitch 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。Image histogram可

15、以得到圖片的像素分布情況。Image Resampling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。Image processing library圖像處理庫。常用的圖像處理方法可以在庫中找到應用。4.3.2 Image Conversion圖片對應順序轉(zhuǎn)換界面Make Single Frame用于保存某一單幀。Make Double Frame用于用單幀轉(zhuǎn)化為雙幀。Make Reverse Frame 由于反轉(zhuǎn)圖片順序。Image Resolution用于改變圖片的位深。4.3.3 Masking圖片不需要分析的區(qū)域，復雜劃分工具界面點擊De

16、fine Mask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。Image Masking 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image masking，必須先做Define Mask，然后選定所做的Mask才可以。4.3.4 PIV SignalPIV數(shù)據(jù)計算操作界面Cross-correlation互相關(guān)算法。Adaptive CorrelationAdaptive Correlation自適應互相關(guān)法，它

17、是在互相關(guān)算法（Cross Correlation）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Final interrogation area size 是迭代運算的最小網(wǎng)格，一般建議32X32或64X64為宜。Overlap 表示在更大的網(wǎng)格范圍內(nèi)尋找相關(guān)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，high accuracy subpixel refinement 運用新的插值方法來改善Peak locking，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；Use deforming windows適用于大流動梯度時，運

18、用變形網(wǎng)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(guān)法選項圖過濾方法一般不用驗證選項對Peak validation中一般使用Minimun peak height relative to peak選項，建議設為1.08。Local Neighborhood Validation一般用Use moving average，Acceptance factor一般設0.10.15。Using Moving Average是在選定的矩陣中（例如3X3）驗證中間網(wǎng)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(wǎng)格矢量；Using Local Median是在選定的矩陣中（例如

19、3X3）驗證中間網(wǎng)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(wǎng)格矢量。Average Correlation用于粒子較稀少的時候，對多幅圖片進行加權(quán)平均，得到一個矢量場的結(jié)果。FlexPIV初始界面FlexPIV用于自主繪制需要計算的網(wǎng)格。點擊Edit進入下面的編輯狀態(tài)。詳細操作見FlexPIV Manual。本操作的重點是右邊的選擇項的設置，網(wǎng)格中以綠點為中心。改變網(wǎng)格類型就相當于改變以中心為準的網(wǎng)格形狀。4.3.4 CoordinatesImage Dewarping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

20、標定數(shù)據(jù)。以下方法是對所得矢量圖的分析：4.3.5Masking 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）。4.3.6PIV SignalPeak Validation 與在Adaptive Correlation中的Peak Validation是一樣的。其中，Relative to Zero-Peak只適用于自相關(guān)算法（Auto Correlation）。用Relative to Peak2，建議值為1.08。Range Validation 可設定合速度、U方向速度和V方向速度范圍進行過濾。Moving Average Validation與在Adap

21、tive Correlation中的Using Moving Average是一樣的。Coherence FilterCoherence Filter，中值過濾，與在Adaptive Correlation中的Using Local Median是一樣的。建議設置值為：當計算矢量圖（Correlation）時設置最小網(wǎng)格為32X32時，設置30；當計算矢量圖（Correlation）時設置最小網(wǎng)格為64X64時，設置60。Average Filter基于Moving Average Validation的過濾，設置的矩陣越大，所得到的流場越光滑。Vector Stitching 用于矢量圖拼接

22、。4.3.7Vector&DerivativesDMD Spectrum & DMD Projection DMD（Dynamic Mode Decomposition）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(cè)的模式，代表流動處于穩(wěn)定狀態(tài)，右側(cè)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DMD Projection必須要先做一個DMD Spectrum。POD Snapshot & POD Projection POD（Pro

23、per Orthogonal Decomposition）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POD Snapshot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04階模式就足夠了。 通過Time History of POD coefficients 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。Scalar Derivatives 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Line Integral convolution水紋效果圖可以畫水紋圖Vector Statistics統(tǒng)計平均流場效果圖Vector/Scalar Subtraction & Vector Arithmetic 進行矢量的算術(shù)運算。4.3.8PlotsScalar Map 矢量圖轉(zhuǎn)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）。 Profile Plot 可得到某個變量沿某幾條線上的變化；對比兩條線的差別。Sp