丹迪PIV操作手册.docx

1、丹迪PIV操作手册PIV操作手册 胡良杰 麦迪公司北京代表处特别注意事项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，做完实验后一定将电源线拔掉。4 用相机标定时，需要拆下滤光镜，此时不允许打开激光器；实验时，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。1 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

2、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），默认为5（OUT5）。连接相机电源。连接方法见下图：相机连接图注意：在做完实验，长时间不使用相机时，一定要拔掉相机电源否则有烧毁相机的危险。相机在使用中一定注意保护CCD，在发射激光时，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，即保证激光平面和相机的距离保持不变。1.1.2同步器连接同步器负责给相机和激光器发出同步信号，协调相机和激光器的同步工作，它与电脑、相机和激光器连接。在同步器输入面，只需

3、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。注意：同步器的OUT1OUT4连接激光器。其中，OUT1连接Laser1的Flashlamp；OUT2连接Laser2的Flashlamp；OUT3连接Laser1的D/A接口；OUT4连接Laser2的D/A接口:同步器输出面1.1.3电脑连接电脑连接相机数据线和同步器。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。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

4、和初步设置2.1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公司提供的同步器控制卡PCI卡驱动DAQmx，重启后关机，再将PCI卡插入计算机；重启计算机后安装Dynamic Studio软件dynamicstudio V3.0。只有在插上加密狗后，软件才能使用。2.2初步设置安装完软件后，重启计算机。a) 点击切换到分析模式。这时，在Devices栏中会提示软件正在探测相机。此时我们只需等待，软件会自动探测并添加相机。（注意：这时相机必须插上电源）b)在右侧Devices栏中的上右击，选择Add New Device，选择

5、Dual Power 135-15型激光器，把其加入到Devices栏。f) 加入完成后，查看栏，会看到所有加入的设备。在栏内空白处点击右键，选择Create Default Connections完成设备连线（告诉软件，硬件是怎么连接的）。见下图：3 PIV使用主要操作顺序一、开机前: 开机前检查设备连线是否正确，并打开所有仪器的电源（相机、激光器，当然还有计算机）。二、开机步骤:（1）开启计算机（2）启动DynamicStudio操作软件。三、标定步骤:1.三维标定靶标定a) 检查相机镜头盖是否盖上，若没盖上，请盖上镜头盖（一定要盖上）。b) 打开激光器（一般只发射一腔激光即可，一般为La

6、ser1），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。c) 在片光平面中放入标定靶，并关闭激光器（用激光器控制面板关闭），打开相机盖；d) 运行DynamicStudio软件，新建一个Database并切换到采集模式，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) 选择单帧拍摄模式采集图片数输入1点击Acquire采集图片（此时激光器处于关闭状态）切换到Acquired Data栏点击Save for Calibration，把数据存为标定数据；然后再分别向前

7、和向后移动坐标靶对称的采集几个位置（一般5个就可以，步骤如粗体字所示），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）；f) 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 Detail List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；g) 右键点击总图片AnalyzeCalibrationImage Model Fit(IMF) 选择所用标定

8、靶的型号Ok。2.进行二维标定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

9、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；四、测试和数据分析:a) 把相机加上滤光片，激光器切换到外触发模式并按下Laser on和Shutter（做好发光准备）；b) DynamicStudio软件切换到采集模式选择双帧拍摄模式输入合适的Time Between Pulse输入采集频率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；c) 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

10、软件使用说明4.1采集操作采集时需要设定的主要参数如下： 相机双帧模式与单帧模式数据保存界面其中跨帧时间T为Time between pulses,可以调节，根据拍摄图像粒子移动距离而定，一般保证离子在最小单元格（32*32）中移动边长的1/4到1/2的时间为准。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 为拍摄频率，最高为全帧2190fps。Number of images 为拍摄照片对的数量。其中Free Run用于单帧模式中，激光器不发光，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

11、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。注意标定时，用没有滤光镜的相机拍照前，一定将激光器关掉。在做实验前，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，一般无需使用。注意：在采集并储存完数据后，就可以切换到分析模式进行数据分析了。4.2数据查看方法数据处理窗口在所采集的图片上双击显示对应图片，右击选择Show Contents List（对后面所有右击，只要出现都适用）就可

12、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）。在显示的图片上双击会出现下图，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4.3数据分析方法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。Define Image Balance定义片光的修正，进行片光平滑。Image Balancing 进行片光修正。注意：运用Image balancing方法首先要定义image balance图片。运用此方法时，所用图片需尽可能的多（大于50

13、张），且所用图片无背景图为佳。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，主要用于LIF应用。Image RMS图片像素的均方根计算，用于LIF应用，可考察激光稳定性。Image min/max图片像素最小与最大计算。Image stitch 进行图片拼接。当测量区域比较大时，可以划分为若干小区域采集，然后拼接起来。Image histogram可以得到图片的像素分布情况。Image Resampling对图片进行重新采样。用于PIV和LIF同时测量的配置中，对图片重新采样得到详细的标量图信息。Image processing libr

14、ary图像处理库。常用的图像处理方法可以在库中找到应用。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用于用单帧转化为双帧。Make Reverse Frame 由于反转图片顺序。Image Resolution用于改变图片的位深。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，定义一个Mask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 可对原始图片进行分析计算（同时忽略Ma

15、sk中选择的区域）。一般不建议对原始图片进行MASK，建议对原图进行PIV分析后再对所得矢量图进行MASK。注意：要进行image masking，必须先做Define Mask，然后选定所做的Mask才可以。4.3.4 PIV SignalPIV数据计算操作界面Cross-correlation互相关算法。Adaptive CorrelationAdaptive Correlation自适应互相关法，它是在互相关算法（Cross Correlation）的基础上加了一些验证和过滤。点击将出现下面的界面。其中Final interrogation area size 是迭代运算的最小网格，一般

16、建议32X32或64X64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 运用新的插值方法来改善Peak locking，选择后会减慢分析计算速度，一般建议在粒子直径小于一个像素时使用；Use deforming windows适用于大流动梯度时，运用变形网格可提高去处精度。其余选项可以保持默认状态。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中一般使用Minimun peak height relativ

17、e to peak选项，建议设为1.08。Local Neighborhood Validation一般用Use moving average，Acceptance factor一般设0.10.15。Using Moving Average是在选定的矩阵中（例如3X3）验证中间网格矢量与相邻矢量的速度梯度，如果不合理，则采用平均值代替中间网格矢量；Using Local Median是在选定的矩阵中（例如3X3）验证中间网格矢量与相邻矢量的速度梯度，如果不合理，则采用中间值代替中间网格矢量。Average Correlation用于粒子较稀少的时候，对多幅图片进行加权平均，得到一个矢量场的结果

18、。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FlexPIV Manual。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。4.3.4 CoordinatesImage Dewarping当相机与拍摄平面成一定用度时，可以用此方法得到一个相当于相机垂直拍摄的图片，运用此方法需要一个相机的IMF标定数据。以下方法是对所得矢量图的分析：4.3.5Masking 对矢量图运用Mask。运用此方法前必须先定义一个Mask（方法见4.3.3）。4.3.6PIV SignalPeak Vali

19、dation 与在Adaptive Correlation中的Peak Validation是一样的。其中，Relative to Zero-Peak只适用于自相关算法（Auto Correlation）。用Relative to Peak2，建议值为1.08。Range Validation 可设定合速度、U方向速度和V方向速度范围进行过滤。Moving Average Validation与在Adaptive Correlation中的Using Moving Average是一样的。Coherence FilterCoherence Filter，中值过滤，与在Adaptive Corr

20、elation中的Using Local Median是一样的。建议设置值为：当计算矢量图（Correlation）时设置最小网格为32X32时，设置30；当计算矢量图（Correlation）时设置最小网格为64X64时，设置60。Average Filter基于Moving Average Validation的过滤，设置的矩阵越大，所得到的流场越光滑。Vector Stitching 用于矢量图拼接。4.3.7Vector&DerivativesDMD Spectrum & DMD Projection DMD（Dynamic Mode Decomposition）方法主要从流体流动稳定

21、性（时间和空间）方面研究流场的特征，从而找出流场中流动规律。在上图中，横轴Lambda(r)表示流动的衰减和增长，Lambda(i)表示频率。在纵轴左侧的模式，代表流动处于稳定状态，右侧流动处于非稳定状态。第一阶模式代表平均流场。注意：要进行DMD Projection必须要先做一个DMD Spectrum。POD Snapshot & POD Projection POD（Proper Orthogonal Decomposition）主要从能量的角度来研究流场的特征，从而找出流场中流动规律。 通过POD Snapshot可以得到所有的能量模式。其中，0模式代表平均流场。一般主要研究04阶模

22、式就足够了。 通过Time History of POD coefficients 可以得到不同时刻各模式的能量贡献情况。由上图中，可以得出流场带有周期性规律。Scalar Derivatives 可以得到速度梯度场、涡量场、涡旋强度场等等。Streamlines可以绘画流线。流线效果图Line Integral convolution水纹效果图可以画水纹图Vector Statistics统计平均流场效果图Vector/Scalar Subtraction & Vector Arithmetic 进行矢量的算术运算。4.3.8PlotsScalar Map 矢量图转化为标量图。Extract

23、 可以得到某个变量在某些点上沿时间的变化情况；可对比两个点的特点（差别）。 Profile Plot 可得到某个变量沿某几条线上的变化；对比两条线的差别。Spectrum 对某一点进行谱分析。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同4.3.6 PIV signal中一样，用于矢量图拼接。Vector Dewarping对有角度偏差的矢量进行修正，需要一个标定文件。Vector Interpolation运用TPS方法进行矢量插值。Grid Interpolation 对网格插值；有

24、时只有完成这一步后才能进行FlexPIV的操作，如云图，涡量、流线图的计算。4.3.10 Statistics5 三维矢量图生成依次选中两个相机的标定文件和两个相机分别对应的矢量图，在其中一张矢量图上点击右键AnalyzeStereo PIVStereo PIV processing打开界面后默认即可OK。6 外部同步触发6.1硬件连接 将外部输入同步信号设备连接到Timer box后面板的IN1上。6.2软件设置 点击切换到分析模式。在右侧Devices栏中的上右击，选择Add New Device，添加一个Pulse generator。如下图：此时，在Devices和Synchronization Cables栏中都会多一个Pulse generator设备。在Synchronization Cables栏中把Pulse generator和Timer box的IN1用线连起来。如图:最后，在Devices Properties栏中把Timer Box属性中的Trigger Mode改为External。如下图：这样，即可用外触发进行采集了：点击采集（Acquire或Preview），当有外部触发信号时，设备即进行采集。注意：当不用外部触发信号时，请把Timer box属性中触发模式改为Internal。