PIV操作流程詳解

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41.1.1 相機(jī)連接方法和注意事項(xiàng)41.1.2 同步器連接41.1.3 電腦連接52 PIV軟件安裝53 PIV使用主要操作順序54 PIV軟件使用說明84.1 設(shè)備連接與采集操作84.2 數(shù)據(jù)查看方法104.3 數(shù)據(jù)分析方法104.3.1 I MAGEPROCESSING114.3.2 IMAGECONVERSION114.3.3 MASKING12124.3.4 PIV Sgnal4.3.5 Plots144.3.6 Coordinates144.3.7 Statistics144.3.8 Vector&

2、Derivative144.3.9 Coordinates154.3.10 選定氣泡過程154.3.11 MAtlab連接口164.3.12 三維PIV分析16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)不允許打開激光器，打開激光器前，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)

3、目錄，即可恢復(fù)。c:programDataDantec 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

4、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(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PI

5、V公司重新購(gòu)買加密狗。電腦連接2 PIV 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DANTE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)DAQrnix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 開機(jī)前 :開機(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 開機(jī)步驟:（ 1）開啟計(jì)算機(jī)（2）啟動(dòng)

6、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，若沒蓋上，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)aseU）,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 Numberof images 沒用，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

7、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 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Z= 0處）。（注意：坐

8、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，在所得圖片上點(diǎn)擊右鍵一 Customizedproperties 一選擇Z選項(xiàng)框一確定；然后再右鍵點(diǎn)擊圖片一 ShowContents List一這時(shí)可以看到所獲取的幾幅圖片一點(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)）一依次填入每個(gè)圖片的Z值（圖片與Z值必須對(duì)應(yīng)正確）右鍵點(diǎn)擊總圖片一 Calibrate -Calibration -Image Model Fit（IMF）一target 選擇標(biāo)定板型號(hào)，imaging model 選擇 direct li

9、near transform , 確定坐標(biāo)軸 xy 方向即可。 一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，打開相機(jī)蓋；C.

10、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.選擇單幀拍攝模式一采集圖片數(shù)輸入1 一點(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）一 切換到Acquired Data 欄一點(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)擊右鍵一Measure ScaleFactor 一把圖片中的 A和B分別拖到兩個(gè)刻度上一選擇 Absolute Dist

11、ance 一輸入 A到B的距離一 OK3.4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）；8. DynamicStudio軟件切換到Preview模式下，選擇雙幀拍攝模式一輸入合適的TimeBetween Pulse一輸入采集頻率一調(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)

12、不超過網(wǎng)格的1/2時(shí)，說明跨幀時(shí)間合適。C.輸入采集圖片數(shù)一點(diǎn)擊 Acquire采集圖片一切換到Acquired Data欄一點(diǎn)擊Savein Database ；D.采集并存儲(chǔ)完成后，切換到分析模式，進(jìn)行分析，分析方法見后面介紹。4 PIV軟件使用說明4.1 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,接下來進(jìn)入添加步驟。按照提示進(jìn)行操作-給定激光器名稱（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

13、to Q-switch1 delay 和 flash 2 to Q-switch2 delay 設(shè)為 555 ii s3.Q-switch 1activation delay和 Q-switch 2 activation delay均設(shè)為0.87叱s.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，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 p

14、ulses ：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1.1 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，具連續(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

15、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。1.2 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)

16、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。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。1.3 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

17、重要 .1.3.1 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。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 Hi

18、stogram 直方圖Image Processing Library （ IPL） ：低通、高通其他選項(xiàng)請(qǐng)參考Help。1.3.2 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)圖片順序。Image Resolution 用于改變圖片的位數(shù)（ 顏色數(shù)）。1.3.3 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)

19、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)彳T 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）1.3.4 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。Cross-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

20、 面 。 其 中 Finalinterrogation 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)圖過濾方法一般不用驗(yàn)證選項(xiàng)對(duì) Peak

21、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， Forward difference 用于 LIF 方法（激光誘發(fā)熒光粒子測(cè)量方法，未購(gòu)買。）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。Fl

22、exPIV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Grid 網(wǎng)格使用。Hole在Grid內(nèi)部劃分不分析的區(qū)域，結(jié)合Grid網(wǎng)格使用Grid options1.3.5 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）。1.3.6 Coordinates Grid Interpolation 將非結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格擬合成結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格1.3.7 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1.3.8 Vect