PIV操作手册.doc

PIV操作手册422020年5月29日文档仅供参考PIV操作手册目录特别注意事项31 PIV设备连接41.1设备连接原理图41.1.1相机连接方法和注意事项41.1.2同步器连接51.1.3电脑连接62 PIV软件安装73 PIV使用主要操作顺序74 PIV软件使用说明94.1设备连接与采集操作94.2数据查看方法114.3数据分析方法124.3.1 Image Processing124.3.2 Image Conversion144.3.3 Masking144.3.4 PIV Signal154.3.5 Plots194.3.6 Coordinates204.3.7 Statistics204.3.8 Vector & Derivative214.3.9 Coordinates244.3.10 选定气泡过程254.3.11 Matlab连接口254.3.12 三维PIV分析25特别注意事项1 激光非常危险,特别注意眼睛和相机安全,操作一定按照规定方法执行。2 使用激光器前,仔细检查各系统是否连接正确。3 相机不能长时间连接电源,不用的时候一定将电源线拔掉。4 用相机标定时,需要拆下滤光镜,此时不允许打开激光器,打开激光器前,必须安装上相机镜头盖。5 做实验前一定要盖上滤光片6 激光器必须每周至少使用一次,否则性能将下降。7 实验时,不允许非实验人员在实验室停留。特别情况处理:有时会发生软件异常情况,这种情况下删除两个目录,即可恢复。c:programDataDantec Dynamicsc:userdellAppDataLocalDantec Dynamics1 PIV设备连接1.1设备连接原理图设备连接原理图1.1.1相机连接方法和注意事项相机经过白色宽数据线连接电脑,用一黑色圆头线同时连接相机电源和同步器,其中同步线连接线接同步器输出端5(OUT5)和6(OUT6)。注意在不使用相机时(做完实验),一定要拔掉相机电源否则有烧毁的危险。建议拔掉电源与插线板之间的连接。相机在使用中一定注意保护CCD,在有激光时,必须盖上镜头盖(标定时)或者安装上滤光片(实验时),而且不能让激光直射或者强反射到相机里面。相机镜头可调节光圈大小和进行对焦。在完成对焦后不得移动和旋转相机和相机镜头。相机连接图1.1.2同步器连接同步器负责连接电脑、相机和激光器。在同步器输入面,只需要用宽数据线连接电脑的NI输出端。在同步器输出面,用控制电缆线分别连接相机和双腔激光器。同步器输出面本系统中,1、3接口分别连接A、B Clock,3、4接口连接Q-in。1.1.3电脑连接电脑连接相机和同步器。注意,本PIV软件配有专门的软件加密狗,外形像优盘。要使用PIV系统就必须插上加密狗。必须注意保护加密狗,谨防有人误将加密狗带走。同时如果发生加密狗丢失,需要找到一份PIV系统软件明细单,向PIV公司重新购买加密狗。电脑连接2 PIV软件安装首先安装64位操作系统,然后安装DELL驱动(WIN7系统中自带趋动,不需要额外安装),然后安装DANTEC公司提供的PCle图形采集卡驱动NI-IMAQ和同步器控制卡PCI卡驱动DAQmx,再装PCIe卡和PCI插入计算机,最后安装Dynamic Studio软件dynamicstudio V3.0。只有在插上加密狗后,软件才能使用。3 PIV使用主要操作顺序3.1开机前: 开机前检查设备连线是否正确(同步器1,8只能用一个),并打开所有仪器的电源(相机、激光器,当然还有计算机)。3.2开机步骤:(1)开启计算机(2)启动DynamicStudio操作软件。3.3标定步骤:a) 检查相机镜头盖是否盖上,若没盖上,请盖上镜头盖。b) 使激光器发光(一般只发射一腔激光即可,一般为为Laser1),用片光找到要测量的平面;此时,注意保护眼睛,激光能量尽量小一些,我们能看到激光即可。设置为单帧模式,Trigger rate 用45Hz,点Preview。(Preview模式下Number of images 没用,激光用一直发光,直至Stop停止)。c) 移动标定靶,使其在激光片光平面内,即标定靶所在平面为实际要测量的平面;此时,注意保护眼睛,激光能量尽量小一些,我们能看到激光即可。d) 关闭激光器(用激光器控制面板关闭),移去相机盖,运行DynamicStudio软件,切换到采集模式,运用”Free Run”模式调整两个相机,使标定靶在两个相机拍摄区域的中间位置(即尽量使两个相机的拍摄区域重合。此时相机不用滤光镜);e) 调焦。使两个相机很好地聚焦在标定靶上。f) 检查连线(软件界面内)。g) 运行单帧模式,采集一张图片,切换到Acquired Data栏(Menu-View-Acquired Data)点击Save for Calibration,把数据存为标定数据;然后再分别向前和向后移动坐标靶对称的采集几个位置(一般5个就能够),并记住这几个位置的Z值(第一张为Z0处)。(注意:坐标靶平面为XY平面,坐标靶向靠近相机的方向移动为Z的正方向);h) 采集并存储完成后,切换到分析模式,在所得图片上点击右键Customized properties选择Z选项框确定;然后再右键点击图片Show Contents List这时能够看到所获取的几幅图片点击每一图片,在左下方的Properties栏里都能够看到图片属性(这时多了Z项)依次填入每个图片的Z值(图片与Z值必须对应正确);右键点击总图片CalibrateCalibrationImage Model Fit(IMF) target选择标定板型号,imaging model 选择direct linear transform,确定坐标轴xy方向即可。Ok生成imf.dlt文件。将imf.dlt文件拉入图片中即可显现标定效果。显示过后,即看圆心点与直线交叉点的重合度好不好,重合好就说明标定效果好。如果重合不好,则需要重新标定,直到满意为止。(标定时,注意拍摄图片亮度对标定结果的影响,如未标定成功可看提示是何问题)对相机2采集的图片也进行相同操作。这样标定操作完成。标定拍摄时,最好是标定靶占满整个拍摄窗口。运用一个相机进行二维PIV标定时的步骤:A 把相机盖盖上(一定要盖上),打开激光器,用片光找到要测量的平面;B 在片光平面中放入一把尺子,并关闭激光,打开相机盖;C 运行DynamicStudio软件,新建一个Database并切换到采集模式,运用”Free Run”模式来调焦,使相机尽可能清楚的拍到尺子(此时相机不用滤光镜);D 选择单帧拍摄模式采集图片数输入1点击Acquire采集图片(此时激光器能够用内触发,用自然光拍摄;也能够用外触发,但相机要加上滤光片)切换到Acquired Data栏点击Save for Calibration,把数据存为标定数据; E 采集并存储完成后,切换到分析模式,在所得图片上点击右键Measure Scale Factor把图片中的A和B分别拖到两个刻度上选择Absolute Distance输入A到B的距离OK;3.4测试和数据分析:A把相机加上滤光片,激光器按下Simmer(绿钮)和Work(红钮)(做好发光准备);B. DynamicStudio软件切换到Preview模式下,选择双帧拍摄模式输入合适的Time Between Pulse输入采集频率调节激光器光源强度,使图像灰度分布合理。双击采集图片,分析示踪粒子的密度,大小,跨帧时间是否合适等。分析方法,在图像上点击右键,选定Display Options. 如上右图,选网格大小,每个网格内有5-8个粒子时PIV计算结果较为理想。按键盘字母T,可自动在第1帧和第2帧切换,当一个粒子在两帧之间移动不超 过网格的1/2时,说明跨帧时间合适。C输入采集图片数点击Acquire采集图片切换到Acquired Data栏点击Save in Database;D采集并存储完成后,切换到分析模式,进行分析,分析方法见后面介绍。4 PIV软件使用说明4.1设备连接与采集操作4.1.1 激光器添加 控制面板上-tools-light source wizard,接下来进入添加步骤。按照提示进行操作-给定激光器名称(比如vilite350)-选取Two carvities其余均采用默认参数即可。1. max trigger frequency设置为10HZ。2.flash 1 to Q-switch1 delay和flash 2 to Q-switch2 delay 设为555s3.Q-switch 1activation delay和Q-switch 2 activation delay均设为0.87s.其余均采用默认设置即可。然后进入采集模式,在右侧控制面板上选择synchronization Cables 出现如下图所示:而且比下图多出两个相机接口,分别连接第五和第六个箭头即可。接入相机和同步器,选择Create Default connection(告诉软件,硬件是怎么连接的) 相机双帧模式与单帧模式数据保存界面Time between pulses:为激光器两腔之间的时间(只在双帧模式下适用),能够调节,根据拍摄图像粒子移动距离而定,一般保证示踪粒子在最小单元格(32*32)中移动1/4到1/2的时间为准。可调范围为几十纳秒到67000纳秒。注意:获得的图像中,每个单元格中的粒子数最好为5-8个,每个粒子所占的像素最好是2个左右。Trigger rate:拍摄频率,最高为7.4。Number of images:拍摄照片正确数量。其中Free Run为观测窗口,在单帧模式中,当激光机不发光,相机进行对焦时使用,其连续不停。其中Preview 用于试拍摄,激光发光,其连续不停。能够观测激光能量和所加粒子浓度是否合适。其中Acquire用于正式采集数据。注意标定时,一定将激光器关掉。在正式采集数据时,一定先安装上滤光镜。使用Acquire正式采集后保存数据,如果是标定,选择Save for Calibration。如果是PIV图像,选择Save for Database。选择Clear Buffers进行清除图片所占的内存。4.2数据查看方法数据处理窗口在FlowSense上左双击出现对应图片,右击选择Show Contents List(对后面所有右击,只要出现都适用)就能够看到对应图片正确列表;或选择Analysis进行分析工作(注意此时是进行图片的分析,与后面矢量图的分析有区别。)双击拍摄的图片会出现下图,然后拖动蓝色的方块进行调节,就能够看到不太明显的粒子。调节图片灰度界面 在FlowSense上点右键选Analyze. 选Image processing-ROI Extract,进入界面如下: 在空白处点右键,点Color Map And Histogram,如右上图。调节直方图变换工具,在空白处即可出现照的PIV图像。 拖动浅红色边框的四个角,将需要计算的流场包括进去,以后的计算只计算红色边框之内的图像元素。4.3数据分析方法若想得到正确的矢量图结果,需要注意以下步骤:此步骤的目的是得到较准确的PIV两维流场图.特别是镜头与拍摄平面不垂直时,此步骤尤为重要. 4.3.1 Image Processing图片像素分析界面Image Aritthmetic 表示对像素的加减乘除运算。(例如当图片较暗的时候,能够对图片进行乘法运算)Define Image Balance定义片光的修正,进行片光平滑。Image Balancing 能够把以前不容易看到的粒子能够显示出来。ROI Extract用于截取一部分分析用的图片区域。Image mean用于图片的某一像素平均计算。Image RMS图片像素的均方根计算。Image min/max图片像素最小与最大计算。Image Stitch 图片拼接(当流场较大时就能够采用此方法)Image Histogram 直方图Image Processing Library(IPL):低通、高通其它选项请参考Help。 4.3.2 Image Conversion图片对应顺序转换界面Make Single Frame用于保存某一单帧。Make Double Frame用于更改所有帧的顺序。Make Reverse Frame 由于反转图片顺序。Image Resolution用于改变图片的位数(颜色数)。4.3.3 Masking图片不需要分析的区域,复杂划分工具界面点击Define Mask进入分析区域划分界面有多种工具可供选择,显示红色的地方,在后面的运算中,将不会被分析计算。Image Masking 进行图片的分析计算,同时忽略Mask中选择的区域。(一般建议不对原图进行MASK,建议对原图进行PIV分析后再对所得矢量图进行MASK。)4.3.4 PIV SignalPIV数据计算操作界面如上图示,如果对原图进行PIV计算,则将鼠标放在1处,点右键分析;也可只对感兴趣的区域进行PIV计算,这时将鼠标放在2处,点右键分析。Cross-correlation不常见,不表。(与下面的菜单功能一致)。Adaptive Correlation(生成矢量图)Adaptive Correlation自适应互相关法。点击将出现下面的界面。其中Final interrogation area size 是选择最小分辨的网格大小,一般建议32*32,64*64为宜。Overlap 表示在更大的网格范围内寻找相关粒子进行计算,一般选择25%或者50%。其余选择框中,保持2为宜。在options中,high accuracy subpixel refinement 用于粒子小于一个像素时;Use deforming windouws适用于大流速时的变形网格中,现在的PIV算法已经包含在内,可不选。其余选项能够保持默认状态,如果需要修改,请参考Help。自适应互相关法选项图过滤方法一般不用 验证选项对Peak validation中Minimun peak height relative to peak选项,能够不用。如果使用,就设为1.08。Local Neighborhood Validation选Use Moving Average(属于PIV矢量的一种后处理方法。None表示原始的PIV计算结论)其余选项最好不用。Average Correlation上图中,一般采用Central difference 方法,Forward difference用于LIF方法(激光诱发荧光粒子测量方法,未购买。)用于粒子较少的时候,对多幅图片进行加权平均,得到一个图片的结果。FlexPIV初始界面FlexPIV用于自主绘制需要计算的网格。点击Edit进入下面的编辑状态。详细操作见Help。本操作的重点是右边的选择项的设置,网格中以绿点为中心。改变网格类型就相当于改变以中心为准的网格形状。其中Shape type为定义网格类型: Wall整个平面都不分析 Grid普通网格 Fals hole在普通网格内部网格进行加密分析,结合rid网格使用。 Hole在Grid内部划分不分析的区域,结合rid网格使用。Grid options 4.3.5 Plots生成图表、云图:Scalar Map 将矢量图转为标量图(云图)。Extract 对比两个点的特点(差别)。Profile Plot 对比两条线的差别。(矢量沿某一线上的变化,需要将矢量图先显示)。Spectrum 对某一点进行谱分析(能量密度分析)。4.3.6 CoordinatesGrid Interpolation 将非结构化网格拟合成结构化网格4.3.7 StatisticsImage Mean 统计图像平均值Image RMS 统计图像均方根Image Min/Max 统计图像最小最大值4.3.8 Vector & Derivative本操作对矢量图有效Scalar Derivatives能够计算速度梯度,涡量等。Streamlines能够绘画流线。流线效果图Line Integral convolution能够画水纹图水纹效果图Vector Statistics统计平均流场效果图4.3.9 Coordinates只对矢量图有效Vector Rotation/Mirroring对矢量进行转动或者镜像Vector Stitching对象较大时,能够对图像进行对接Vector Dewarping对有角度偏差的矢量进行修正Grid Interpolation 对网格插值;有时只有完成这一步后才能进行FlexPIV的操作,如云图,涡量的计算。4.3.10 选定气泡过程依照下图Shadow Processing命令用框选选定气泡Shadow右键Partical CharacterisationShadowProcessingOKAssistantSelect选择具有代表性的气泡(即灰度值能代表大部分气泡)OKOK。具体操作如下四幅图片。此时得到了气泡轮廓图片右键将背景颜色改为黑色。如果气泡选定与原图不符合,能够经过重新设定Threshold level的方法获得理想的效果。4.3.11 Matlab连接口AnalizeLinksMatlab link将软件与Matlab进行连接。4.3.12 三维PIV分析Stereo PIV Processing用空格键选定”标定值”(两个相机)、矢量图(两个相机)在总图目录上右键分析。4.3.13导入图片按照提示选择图片所在文件夹,支持输入bmp、jpg、tif格式图片。能够根据需要选择图片张数。