PIV操作流程详解

PIV操作手册2目录特别注意事项31PIV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62PIV软件安装73PIV使用主要操作顺序74PIV软件使用说明104.1设备连接与采集操作104.2数据查看方法124.3数据分析方法134.3.1IMAGEPROCESSING144.3.2IMAGECONVERSION154.3.3MASKING164.3.4PIVSIGNAL174.3.5PLOTS224.3.6COORDINATES234.3.7STATISTICS234.3.8VECTOR&DERIVATIVE244.3.9COORDINATES274.3.10选定气泡过程284.3.11MATLAB连接口304.3.12三维PIV分析303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:\programData\DantecDynamicsc:\user\dell\AppData\Local\DantecDynamics41PIV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通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），并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。5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、BClock，3、4接口连接Q-in。61.1.3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72PIV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DynamicStudio软件dynamicstudioV3.0。只有在插上加密狗后，软件才能使用。3PIV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，Triggerrate用4~5Hz，点Preview。(Preview模式下Numberofimages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8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“FreeRun”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AcquiredData栏(Menu--View--AcquiredData)点击SaveforCalibration，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个就可以），并记住这几个位置的Z值（第一张为Z＝0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→Customizedproperties→选择Z选项框→确定；然后再右键点击图片→ShowContentsList→这时可以看到所获取的几幅图片→点击每一图片，在左下方的Properties栏里都可以看到图片属性（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→Calibrate→Calibration→ImageModelFit(IMF)→9target选择标定板型号，imagingmodel选择directlineartransform，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“FreeRun”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（此时激光器可以用内触发，用自然光拍摄；也可以用外触发，但相机要加上滤光片）→切换到AcquiredData栏→点击SaveforCalibration，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→MeasureScaleFactor→把图片中的A和B分别拖到两个刻度上→选择AbsoluteDistance→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TimeBetweenPulse→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DisplayOptions...10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AcquiredData栏→点击SaveinDatabase；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。4PIV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---lightsourcewizard，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Twocarvities—其余均采用默认参数即可。1.maxtriggerfrequency设置为10HZ。2.flash1toQ---switch1delay和flash2toQ---switch2delay设为555μs3.Q---switch1activationdelay和Q---switch2activationdelay均设为0.87μs.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synchronizationCables出现如下图所示：并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CreateDefaultconnection（告诉软件，硬件是怎么连接的）11相机双帧模式与单帧模式数据保存界面Timebetweenpulses：为激光器两腔之间的时间（只在双帧模式下适用）,可以调节，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。Triggerrate：拍摄频率，最高为7.4。Numberofimages：拍摄照片对的数量。其中FreeRun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。可以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SaveforCalibration。如果是PIV图像，选择SaveforDatabase。选择ClearBuffers进行清除图片所占的内存。124.2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ShowContentsList（对后面所有右击，只要出现都适用）就可以看到对应图片对的列表；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，就可以看到不太明显的粒子。调节图片灰度界面13在FlowSense上点右键选Analyze...选Imageprocessing--ROIExtract，进入界面如下：在空白处点右键，点ColorMapAndHistogram，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。144.3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.4.3.1ImageProcessing图片像素分析界面15ImageAritthmetic表示对像素的加减乘除运算。（例如当图片较暗的时候，可以对图片进行乘法运算）DefineImageBalance定义片光的修正，进行片光平滑。ImageBalancing可以把以前不容易看到的粒子能够显示出来。ROIExtract用于截取一部分分析用的图片区域。Imagemean用于图片的某一像素平均计算。ImageRMS图片像素的均方根计算。Imagemin/max图片像素最小与最大计算。ImageStitch图片拼接（当流场较大时就可以采用此方法）ImageHistogram直方图ImageProcessingLibrary（IPL）：低通、高通其他选项请参考Help。4.3.2ImageConversion图片对应顺序转换界面MakeSingleFrame用