PIV操作流程详解要点

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1、PIV 操作手册操作手册 2 目录目录 特别注意事项特别注意事项3 1 PIV 设备连接设备连接4 1.1 设备连接原理图设备连接原理图4 1.1.1 相机连接方法和注意事项4 1.1.2 同步器连接5 1.1.3 电脑连接6 2 PIV 软件安装软件安装7 3 PIV 使用主要操作顺序使用主要操作顺序7 4 PIV 软件使用说明软件使用说明9 4.1 设备连接与采集操作设备连接与采集操作9 4.2 数据查看方法数据查看方法11 4.3 数据分析方法数据分析方法12 4.3.1 IMAGE PROCESSING12 4.3.2 IMAGE CONVERSION14 4.3.3 MASKING1

2、4 4.3.4 PIV SIGNAL15 4.3.5 PLOTS19 4.3.6 COORDINATES20 4.3.7 STATISTICS20 4.3.8 VECTOR & DERIVATIVE21 4.3.9 COORDINATES24 4.3.10 选定气泡过程25 4.3.11 MATLAB连接口25 4.3.12 三维 PIV 分析25 3 特别注意事项特别注意事项 1 1 激光非常危险，特别注意眼睛和相机安全，操作一定按照激光非常危险，特别注意眼睛和相机安全，操作一定按照 规定方法执行。规定方法执行。 2 2 使用激光器前，仔细检查各系统是否连接正确。使用激光器前，仔细检查各系统

3、是否连接正确。 3 3 相机不能长时间连接电源，相机不能长时间连接电源，不用的时候一定将电源线拔不用的时候一定将电源线拔 掉。掉。 4 4 用相机标定时，需要拆下滤光镜，此时不允许打开激光器，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。打开激光器前，必须安装上相机镜头盖。 5 5 做实验前一定要盖上滤光片做实验前一定要盖上滤光片 6 6 激光器必须每周至少使用一次，否则性能将下降。激光器必须每周至少使用一次，否则性能将下降。 7 7 实验时，不允许非实验人员在实验室停留。实验时，不允许非实验人员在实验室停留。 特别情况处理：特别情况处理： 有时会发

4、生软件异常情况，这种情况下删除两个目录，即可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。恢复。 c:programDataDantecc:programDataDantec DynamicsDynamics c:userdellAppDataLocalDantecc:userdellAppDataLocalDantec DynamicsDynamics 4 1 PIV 设备连接设备连接 1.1 设备连接原理图设备连接原理图 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

5、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

6、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。 6 1.1.3 电脑连接电脑连接 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 7 2 PIV 软件安装软件安装 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

7、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 使用主要操作顺序使用主要操作顺序 3.1 开机前开机前: 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开机步骤开机步骤: （1）开启计算机（2）启动DynamicStudio操作软件。 3.3标定步骤标定步骤: 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（

8、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 8 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

9、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，切换到采集一张图片，切换到 Acquired Data 栏栏(Menu- View-Acquired Data) 点击点击 Save for Calibration，把数据存为标定数据，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 Z0 处） 。 （注意：坐标靶平面为 XY 平面，坐标靶向靠近

10、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） ； 9 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 tr

11、ansform，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

12、； 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）切换到切换到 Acquired Data 栏栏点击点击 Save for Calibration，把数据，把数据 存为标定数据存为标定数据； 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

13、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. 10 如上右图，选网格大小，每个网格内有 5-8 个粒子时

14、 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 软件使用说明软件使用说明 4.1 设备连接与采集操作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 vilite3

15、50）-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 555s 3.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： 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。

16、11 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）,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。 Trigger rate：拍摄频率，最高为 7.4。 Number of images：拍摄照片对的数量。 12 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。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