1、1 / 32PIV 操作手冊操作手冊目錄目錄特別注意事項特別注意事項31 PIV 設備連接設備連接41.1 設備連接原理圖設備連接原理圖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62 PIV 軟件安裝軟件安裝73 PIV 使用主要操作順序使用主要操作順序74 PIV 軟件使用說明軟件使用說明94.1 設備連接與采集操作設備連接與采集操作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 CONVERSION144.3.3 MASKING144.3.4 PIV S

2、IGNAL154.3.5 PLOTS194.3.6 COORDINATES204.3.7 STATISTICS204.3.8 VECTOR & DERIVATIVE214.3.9 COORDINATES244.3.10 選定氣泡過程254.3.11 MATLAB連接口254.3.12 三維 PIV 分析25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，

3、相機不能長時間連接電源，不用的時候一定將電源線拔不用的時候一定將電源線拔掉。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，打開激光器前，必須安裝上相機鏡頭蓋。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，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。特別情況處理：特別情況處理：有時會發(fā)生軟件異常情況，這種情況下刪除兩個目錄，即可有時會發(fā)生軟件異常情

4、況，這種情況下刪除兩個目錄，即可恢復。恢復。c:programDataDantecc:programDataDantec DynamicsDynamicsc:userdellAppDataLocalDantecc:userdellAppDataLocalDantec DynamicsDynamics1 PIV 設備連接設備連接1.1 設備連接原理圖設備連接原理圖設備連接原理圖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） 。注意在不使用相機時（做完實驗）

5、 ，一定要拔掉相機電源否則有燒毀的危險。建議拔掉電源與插線板之間的連接。相機在使用中一定注意保護 CCD，在有激光時，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。相機連接圖1.1.2 同步器連接同步器連接同步器負責連接電腦、相機和激光器。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 電腦連接電腦連接電腦

6、連接相機和同步器。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。同時如果發(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。電腦連接2 PIV 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 PCle 圖形采集卡驅(qū)動 NI-IMAQ 和同步器控制卡 PCI 卡驅(qū)動 DAQmx，再裝 PCIe卡和 PCI 插入計算機，最后安裝 Dynamic Studio 軟件 dyn

7、amicstudio V3.0。只有在插上加密狗后，軟件才能使用。3 PIV 使用主要操作順序使用主要操作順序3.1 開機前開機前: 開機前檢查設備連線是否正確(同步器 1,8 只能用一個)，并打開所有儀器的電源（相機、激光器，當然還有計算機） 。3.2開機步驟開機步驟:（1）開啟計算機（2）啟動DynamicStudio操作軟件。3.3標定步驟標定步驟:a)檢查相機鏡頭蓋是否蓋上，若沒蓋上，請蓋上鏡頭蓋。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，激光能量盡量小一些，我們能看到激光即可。設置為單幀模式，Trigger rate

8、 用45Hz，點Preview。(Preview模式下Number of images 沒用，激光用一直發(fā)光，直至Stop停止)。c)移動標定靶，使其在激光片光平面內(nèi)，即標定靶所在平面為實際要測量的平面；此時，注意保護眼睛，激光能量盡量小一些，我們能看到激光即可。d)關閉激光器（用激光器控制面板關閉） ，移去相機蓋，運行DynamicStudio 軟件，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)調(diào)焦。使兩個相機很好地聚焦在標定靶上。f)檢查連線（軟件界面內(nèi)） 。g)運行單幀模式，采

9、集一張圖片，切換到采集一張圖片，切換到 Acquired Data 欄欄(Menu-View-Acquired Data)點擊點擊 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采集幾個位置（一般 5 個就可以） ，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） ；h)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 Contents List這

10、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（圖片與 Z 值必須對應正確） ；右鍵點擊總圖片CalibrateCalibrationImage Model Fit(IMF) target 選擇標定板型號，imaging model 選擇 direct linear transform，確定坐標軸 xy 方向即可。Ok生成 imf.dlt 文件。將 imf.dlt 文件拉入圖片中即可顯現(xiàn)標定效果。顯示過后，即看圓心點與直線交叉點的重合度好不好，重合好就說明標定效果好。如果重合不好，則需要重新標定，直

11、到滿意為止。 （標定時，注意拍攝圖片亮度對標定結(jié)果的影響，如未標定成功可看提示是何問題）對相機 2 采集的圖片也進行相同操作。這樣標定操作完成。標定拍攝時，最好是標定靶占滿整個拍攝窗口。運用一個相機進行二維 PIV 標定時的步驟：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；B 在片光平面中放入一把尺子，并關閉激光，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

12、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 Calibration，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；3.4測試和數(shù)據(jù)分析測試和數(shù)據(jù)分析:A把相機加上濾光片，激光器按下 Simmer（綠鈕）和 Work(紅鈕)（做好發(fā)光準備） ；B. DynamicStudio 軟件切換到 Prev

13、iew 模式下，選擇雙幀拍攝模式輸入合適的 Time Between Pulse輸入采集頻率調(diào)節(jié)激光器光源強度，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，跨幀時間是否合適等。分析方法，在圖像上點擊右鍵，選定 Display Options. 如上右圖，選網(wǎng)格大小，每個網(wǎng)格內(nèi)有 5-8 個粒子時 PIV 計算結(jié)果較為理想。按鍵盤字母 T，可自動在第 1 幀和第 2 幀切換，當一個粒子在兩幀之間移動不超 過網(wǎng)格的 1/2 時，說明跨幀時間合適。C輸入采集圖片數(shù)點擊 Acquire 采集圖片切換到 Acquired Data 欄點擊 Save in Database；D采集并存儲完

14、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 設備連接與采集操作設備連接與采集操作4.1.1 激光器添加 控制面板上-tools-light source wizard，接下來進入添加步驟。按照提示進行操作-給定激光器名稱（比如 vilite350）-選取 Two carvities其余均采用默認參數(shù)即可。1. max trigger frequency 設置為 10HZ。2.flash 1 to Q-switch1 delay 和 flash 2 to Q-switch2 delay 設為 555s3.Q-switch 1activation

15、 delay 和 Q-switch 2 activation delay 均設為 0.87s.其余均采用默認設置即可。然后進入采集模式，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相機接口，分別連接第五和第六個箭頭即可。接入相機和同步器，選擇 Create Default connection（告訴軟件，硬件是怎么連接的） 相機雙幀模式與單幀模式數(shù)據(jù)保存界面Time between pulses：為激光器兩腔之間的時間（只在雙幀模式下適用）,可以調(diào)節(jié)，根據(jù)拍攝圖像粒子移動距離而定，一般保證示蹤粒子在最小單元格（32*32）中移動 1/4

16、 到 1/2的時間為準。可調(diào)范圍為幾十納秒到 67000 納秒。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：拍攝頻率，最高為 7.4。Number of images：拍攝照片對的數(shù)量。其中 Free Run 為觀測窗口，在單幀模式中，當激光機不發(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 用于正式采集數(shù)據(jù)。注意標定時，一定將激光器關掉。在正式采集數(shù)據(jù)時，一定先安裝上濾光鏡。使用 Acquire 正式采集后保

17、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。4.2 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 FlowSense 上左雙擊出現(xiàn)對應圖片，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。 ）雙擊拍攝的圖片會出現(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。調(diào)節(jié)圖片灰度界面 在 FlowSen

18、se 上點右鍵選 Analyze. 選 Image processing-ROI Extract，進入界面如下： 在空白處點右鍵，點 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。 拖動淺紅色邊框的四個角，將需要計算的流場包括進去，以后的計算只計算紅色邊框之內(nèi)的圖像元素。4.3 數(shù)據(jù)分析方法數(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確的 PIV 兩維流場圖.特別是鏡頭與拍攝平面不垂直時,此步驟尤為重要. 4.3.1 Image Processing圖片像素分析界面Image Aritthme

19、tic 表示對像素的加減乘除運算。 （例如當圖片較暗的時候，可以對圖片進行乘法運算）Define Image Balance 定義片光的修正，進行片光平滑。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算。Image RMS 圖片像素的均方根計算。Image min/max 圖片像素最小與最大計算。Image Stitch 圖片拼接（當流場較大時就可以采用此方法）Image Histogram 直方圖Image Processing Library（IPL）：低通、高

20、通其他選項請參考 Help。 4.3.2 Image Conversion圖片對應順序轉(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))。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 進行圖片的分析計算，同時忽略 Mask 中選擇的區(qū)域。 （一般

21、建議不對原圖進行 MASK，建議對原圖進行 PIV 分析后再對所得矢量圖進行 MASK。 ）4.3.4 PIV SignalPIV 數(shù)據(jù)計算操作界面如上圖示，如果對原圖進行 PIV 計算，則將鼠標放在 1 處，點右鍵分析；也可只對感興趣的區(qū)域進行 PIV 計算，這時將鼠標放在 2 處，點右鍵分析。Cross-correlation不常用，不表。 （與下面的菜單功能一致） 。Adaptive Correlation（生成矢量圖）（生成矢量圖）Adaptive Correlation 自適應互相關法。點擊將出現(xiàn)下面的界面。其中 Final interrogation area size 是選擇最小

22、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 refinement 用于粒子小于一個像素時；Use deforming windouws 適用于大流速時的變形網(wǎng)格中，現(xiàn)在的 PIV 算法已經(jīng)包含在內(nèi)，可不選。其余選項可以保持默認狀態(tài)，如果需要修改，請參考 Help。自適應互相關法選項圖過濾方法一般不用 驗證選項對 Peak validation 中 Minimun peak height relat

23、ive to peak 選項，可以不用。如果使用，就設為 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 計算結(jié)論)其余選項最好不用。Average Correlation上圖中，一般采用 Central difference 方法，F(xiàn)orward difference 用于 LIF 方法（激光誘發(fā)熒光粒子測量方法，未購買。 ）用于粒子較少的時候，對多幅圖片進行加權平均，得到一個圖片的結(jié)果。FlexPIV初始界面FlexPIV 用于自主繪制需要計算的網(wǎng)格。點擊 Ed

24、it 進入下面的編輯狀態(tài)。詳細操作見 Help。本操作的重點是右邊的選擇項的設置，網(wǎng)格中以綠點為中心。改變網(wǎng)格類型就相當于改變以中心為準的網(wǎng)格形狀。其中 Shape type 為定義網(wǎng)格類型： Wall整個平面都不分析 Grid普通網(wǎng)格 Fals hole在普通網(wǎng)格內(nèi)部網(wǎng)格進行加密分析，結(jié)合rid 網(wǎng)格使用。 Hole在 Grid 內(nèi)部劃分不分析的區(qū)域,結(jié)合rid 網(wǎng)格使用。Grid options 4.3.5 Plots生成圖表、云圖：Scalar Map 將矢量圖轉(zhuǎn)為標量圖（云圖） 。Extract 對比兩個點的特點（差別） 。Profile Plot 對比兩條線的差別。 （矢量沿某一線上的變化，需要將矢量圖先顯示） 。Spectrum 對某一點進行譜分析（能量密度分析） 。4.3.6 CoordinatesGrid Interpolation 將非結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格擬合成結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格4.3.7 StatisticsImage Mean 統(tǒng)計圖像平均