PIV操作流程详解

PIV操作流程详解PIV操作手册
目录
特别注意事项3 1 PIV设备连接4
1.1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7
3 PIV使用主要操作顺序7
4 PIV软件使用说明10
4.1设备连接及采集操作10 4.2数据查看方法12 4.3数据分析方法13 4.3.1I MAGE P ROCESSING14 4.3.2I MAGE C ONVERSION15 4.3.3M ASKING16 4.3.4PIV S IGNAL17 4.3.5P LOTS22 4.3.6C OORDINATES23 4.3.7S TATISTICS23 4.3.8V ECTOR &D ERIVATIVE24 4.3.9C OORDINATES27 4.3.10选定气泡过程28 4.3.11M ATLAB连接口30 4.3.12三维PIV分析30
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\Dantec Dynamics
c:\user\dell\AppData\Local\Dantec Dynamics
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。

建议拔掉电源及插线板之间的连接。

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、B Clock，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
2 PIV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
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，Trigger rate 用4~5Hz，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
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Acquired Data栏
(Menu--View--Acquired Data)
点击Save for Calibration，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→
Customized propertie s→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（图片及Z值必须对应正确）；
右键点击总图片→Calibrate→Calibration→Image Model Fit(IMF) →
target选择标定板型号，imaging model 选择direct linear transform，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，即看圆心点及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“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；
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...
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
4.1设备连接及采集操作
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vilite350）----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555μs
3.Q---switch 1activation delay和Q---switch 2 activation delay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。

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）
相机双帧模式及单帧模式
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。

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。

4.2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Show Contents List（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，及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Image processing--ROI Extract，进入界面如下：
在空白处点右键，点Color Map And Histogram，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。

4.3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.特别是镜头及拍摄平面不垂直时,此步骤尤为重要.
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。

（例如当图片较暗的时候，可以对图片进行乘法运算）
Define Image Balance定义片光的修正，进行片光平滑。

Image Balancing 可以把以前不容易看到的粒子能够显示出来。

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。

Image RMS图片像素的均方根计算。

Image min/max图片像素最小及最大计算。

Image Stitch 图片拼接（当流场较大时就可以采用此方法）
Image Histogram 直方图
Image Processing Library（IPL）：低通、高通
其他选项请参考Help。

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用于更改所有帧的顺序。

Make Reverse Frame 由于反转图片顺序。

Image Resolution用于改变图片的位数(颜色数)。

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
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 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。

）
4.3.4 PIV Signal
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。

（及下面的菜单功能一致）。

Adaptive Correlation（生成矢量图）
Adaptive Correlation自适应互相关法。

点击将出现下面的界面。

其中Final interrogation area size 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，high accuracy subpixel refinement 用于粒子小于一个像素时；Use deforming windouws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Peak validation中Minimun peak height relative to peak选项，可以不用。

如果使用，就设为1.08。

Local Neighborhood Validation选Use Moving Average(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。

Average Correlation
上图中，一般采用Central difference 方法，Forward difference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Shape type为定义网格类型：
Wall——整个平面都不分析
Grid——普通网格
Fals hole——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。

Grid options 4.3.5 Plots 生成图表、云图：
Scalar Map 将矢量图转为标量图（云图）。

Extract 对比两个点的特点（差别）。

Pro 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）。

4.3.6 Coordinates
——Grid Interpolation 将非结构化网格拟合成结构化网格
4.3.7 Statistics
Image Mean 统计图像平均值
Image RMS 统计图像均方根
Image Min/Max 统计图像最小最大值4.3.8 Vector & Derivative 本操作对矢量图有效
Scalar Derivatives
可以计算速度梯度，涡量等。

Streamlines 可以绘画流线。

流线效果图Line Integral convolution
可以画水纹图
水纹效果图
Vector Statistics
统计平均流场
效果图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对象较大时，可以对图像进行对接
Vector Dewarping对有角度偏差的矢量进行修正
Grid Interpolation 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Shadow Processing命令用框选选定气泡
Shadow——右键——Partical Characterisation——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。

如果气泡选定及原图不符合，可以通过重新设定Threshold level的方法获得理想的效果。

4.3.11 Matlab连接口
Analize——Links——Matlab link将软件及Matlab进行连接。

4.3.12 三维PIV分析
Stereo PIV Processing——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。

4.3.13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。