PIV操作流程详解.docx

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PIV操作流程详解

PIV操作手册

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\DantecDynamics

c:

\user\dell\AppData\Local\DantecDynamics

1PIV设备连接

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。

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。

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

2PIV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dynamicstudio。

只有在插上加密狗后，软件才能使用。

3PIV使用主要操作顺序

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）。

开机步骤:

（1）开启计算机

（2）启动DynamicStudio操作软件。

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）→target选择标定板型号，imagingmodel选择directlineartransform，确定坐标轴xy方向即可。

→Ok生成文件。

将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；

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...

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

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。

1toQ---switch1delay和flash2toQ---switch2delay设为555μs

1activationdelay和Q---switch2activationdelay均设为μs.

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）

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。

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。

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

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。

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

ImageAritthmetic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用于保存某一单帧。

MakeDoubleFrame用于更改所有帧的顺序。

MakeReverseFrame由于反转图片顺序。

ImageResolution用于改变图片的位数（颜色数）。

4.3.3Masking

图片不需要分析的区域，复杂划分工具界面

点击DefineMask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。

ImageMasking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。

）

4.3.4PIVSignal

PIV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

不常用，不表。

（与下面的菜单功能一致）。

AdaptiveCorrelation（生成矢量图）

AdaptiveCorrelation自适应互相关法。

点击将出现下面的界面。

其中Finalinterrogationareasize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，highaccuracysubpixelrefinement用于粒子小于一个像素时；Usedeformingwindouws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。

其余选项可以保持默认状态，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Peakvalidation中Minimunpeakheightrelativetopeak选项，可以不用。

如果使用，就设为。

LocalNeighborhoodValidation选UseMovingAverage（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。

AverageCorrelation

上图中，一般采用Centraldifference方法，Forwarddifference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Shapetype为定义网格类型：

Wall——整个平面都不分析

Grid——普通网格

Falshole——在普通网格内部网格进行加密分析，结合Ｇrid网格使用。

Hole——在Grid内部划分不分析的区域,结合Ｇrid网格使用。

Gridoptions

4.3.5Plots

生成图表、云图：

ScalarMap将矢量图转为标量图（云图）。

Extract对比两个点的特点（差别）。

ProfilePlot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）。

4.3.6Coordinates

——GridInterpolation将非结构化网格拟合成结构化网格

4.3.7Statistics

ImageMean统计图像平均值

ImageRMS统计图像均方根

ImageMin/Max统计图像最小最大值

4.3.8Vector&Derivative

本操作对矢量图有效

ScalarDerivatives

可以计算速度梯度，涡量等。

Streamlines

可以绘画流线。

流线效果图

LineIntegralconvolution

可以画水纹图

水纹效果图

VectorStatistics

统计平均流场

效果图

4.3.9Coordinates

只对矢量图有效

VectorRotation/Mirroring对矢量进行转动或者镜像

VectorStitching对象较大时，可以对图像进行对接

VectorDewarping对有角度偏差的矢量进行修正

GridInterpolation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ShadowProcessing命令用框选选定气泡

Shadow——右键——ParticalCharacterisation——Shadow　Processing—OK—Assistant—Select—选择具有代表性的气泡（即灰度值能代表大部分气泡）—OK—OK。

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，可以通过重新设定Thresholdlevel的方法获得理想的效果。

Matlab连接口

Analize——Links——Matlablink将软件与Matlab进行连接。

4.3.12三维PIV分析

StereoPIVProcessing——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。

　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。

可以根据需要选择图片张数。