丹迪PIV操作手冊

1、PIV 操作手冊操作手冊 胡良杰 麥迪公司北京代表處2目錄目錄特別注意事項特別注意事項31 PIV 設(shè)備連接設(shè)備連接41.1 設(shè)備連接原理圖設(shè)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(shè)置軟件安裝和初步設(shè)置62.1 軟件安裝軟件安裝62.2 初步設(shè)置初步設(shè)置63 PIV 使用主要操作順序使用主要操作順序84 PIV 軟件使用說明軟件使用說明94.1 采集操作采集操作94.2 數(shù)據(jù)查看方法數(shù)據(jù)查看方法114.3 數(shù)據(jù)分析方法數(shù)據(jù)分析方法124.3.1 IMAGE PROCESSING124.3.2 IMAGE CON

2、VERSION134.3.3 MASKING134.3.4 PIV SIGNAL144.3.4 COORDINATES184.3.5MASKING194.3.6PIV SIGNAL194.3.7VECTOR&DERIVATIVES224.3.8PLOTS284.3.9 COORDINATES294.3.10 STATISTICS295 三維矢量圖生成三維矢量圖生成296 外部同步觸發(fā)外部同步觸發(fā)306.1 硬件連接硬件連接306.2 軟件設(shè)置軟件設(shè)置303特別注意事項特別注意事項1 1 激光非常危險，特別注意眼睛和相機安全，操作一定按照激光非常危險，特別注意眼睛和相機安全，操作一定按照

3、規(guī)定方法執(zhí)行。規(guī)定方法執(zhí)行。2 2 使用激光器前，仔細檢查各系統(tǒng)是否連接正確。使用激光器前，仔細檢查各系統(tǒng)是否連接正確。3 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。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 4 用相機標定時，需要拆下濾光鏡，此時不允許打開激光器；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。實驗時，打開激光器前，必須安裝上相機鏡頭蓋。5 5 做實驗前一定要蓋上濾光片做實驗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 實驗時，

4、不允許非實驗人員在實驗室停留。實驗時，不允許非實驗人員在實驗室停留。41 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 相機連接方法和注意事項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5注意注意：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

5、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

6、接 Laser2 的 D/A 接口:同步器輸出面1.1.3 電腦連接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。6電腦連接2 PIV 軟件安裝和初步設(shè)置軟件安裝和初步設(shè)置2.1 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（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，

7、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(shè)置初步設(shè)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 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）7b)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(shè)備。在欄內(nèi)空白處點擊右鍵，選擇

8、Create Default Connections 完成設(shè)備連線（告訴軟件，硬件是怎么連接的） 。見下圖：83 PIV 使用主要操作順序使用主要操作順序一、開機前一、開機前: 開機前檢查設(shè)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、開機步驟二、開機步驟:（1）開啟計算機（2）啟動DynamicStudio操作軟件。三、標定步驟三、標定步驟:1.三維標定靶標定三維標定靶標定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

9、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)，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

10、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 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(I

11、MF) 選擇所用標定靶的型號Ok。2.進行二維標定進行二維標定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；9b) 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）切換到切換到 Acquired Data 欄欄點擊點擊 Save for Cali

12、bration，把數(shù)據(jù)，把數(shù)據(jù)存為標定數(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輸入采集頻率輸入采集圖片數(shù)點擊 Acquire 采集圖片切換到 Acqu

13、ired 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 軟件使用說明軟件使用說明4.1 采集操作采集操作采集時需要設(shè)定的主要參數(shù)如下： 相機雙幀模式與單幀模式10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 21

14、90fps。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。可以觀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

15、無需使用。注意：在采集并儲存完數(shù)據(jù)后，就可以切換到分析模式進行數(shù)據(jù)分析了。114.2 數(shù)據(jù)查看方法數(shù)據(jù)查看方法數(shù)據(jù)處理窗口在所采集的圖片上雙擊顯示對應(yīng)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(yīng)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。12調(diào)節(jié)圖片灰度界面4.3 數(shù)據(jù)分析方法數(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

16、的加減乘除運算。Define Image Balance 定義片光的修正，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(yīng)用。Image RMS 圖片像素的均方根計算，用于 LIF 應(yīng)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

17、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(yīng)用。134.3.2 Image Conversion圖片對應(yīng)順序轉(zhuǎn)換界面Make Single Frame 用于保存某一單幀。Make Double Frame 用于用單幀轉(zhuǎn)化為雙幀。Make Reverse Frame 由于反轉(zhuǎn)圖片順序。

18、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 Define Mask 進入分析區(qū)域劃分界面，定義一個 Mask14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

19、數(shù)據(jù)計算操作界面15Cross-correlation互相關(guān)算法。Adaptive CorrelationAdaptive Correlation 自適應(yīng)互相關(guān)法，它是在互相關(guān)算法（Cross Correlation）的基礎(chǔ)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 refinem

20、ent 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(yīng)互相關(guān)法選項圖16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(shè)為 1.08。Local Neighborhood Validation 一般用 Use moving average，Acceptance factor 一般設(shè) 0.10.15

21、。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17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。18本操作的重點是右邊的選擇項的設(shè)置，網(wǎng)格

22、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 標定數(shù)據(jù)。19以下方法是對所得矢量圖的分析：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 Validation20 與在 Adaptive Correlation 中的 Peak Validation 是一樣的。其中，Relat

23、ive 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(shè)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 Adaptive Correlation 中的 Using Moving Average 是一樣的。21Coherence FilterCoherence Filter，中值過濾，與在 Adaptive Correlation 中的 Using Local Median 是一樣的。建議設(shè)置值為：當計算

24、矢量圖（Correlation）時設(shè)置最小網(wǎng)格為 32X32 時，設(shè)置 30；當計算矢量圖（Correlation）時設(shè)置最小網(wǎng)格為64X64 時，設(shè)置 60。Average Filter基于 Moving Average Validation 的過濾，設(shè)置的矩陣越大，所得到的流場越光滑。22Vector Stitching 用于矢量圖拼接。4.3.7Vector&Derivatives23DMD 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

25、場中流動規(guī)律。24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（Proper 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

26、過 Time History of POD coefficients 可以得到不同時刻各模式的能量貢獻情況。25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。26Streamlines可以繪畫流線。流線效果圖27Line 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28Vector/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