粒子图像测速仪
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TSI Incorporated
可视化宏编辑
可以在完全的图像模式下自动的进行图像的拍摄, 条件处理, 分 析, 及有效性检验
– 用鼠标的“拖”“拽”就可完成编辑过程 – 不需要进行任何程序的编写!
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脉冲激光器安全
200mJ/pulse, 3-5ns脉宽 对应于瞬时功率最高: 200mJ/5ns=4*107W
禁止在激光光路上观察激光 实验时,戴激光保护眼镜 实验人员运行激光器时,注意提醒其他人员 防止激光穿过门、窗
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Insight 4G
功能强大、完整、精确的图像采集,分析与显示软件包
Win7- 64bit 计算机操作系统 – 内存可扩展至 128 GB 简单易用,功能稳定 处理速度快 – Turbo 编码提高数据处理速度 – 以太网分布式处理方式 不同实验的宏命令批处理方式 可跟踪每步的处理进展 流水线型文件结构 所有硬件的完全控制 内嵌TecPlot软件包 动态链接MATLAB
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示踪粒子的选择和添加,
选择示踪粒子的原则: 1.跟随性:粒径越小,比重越小,跟随性越好 2.散射光强度:粒径越大,强度越大 3.实验现场条件
水中实验:8-12um的比重约比水大的粒子 空气实验:1-5um油滴、水滴、固体颗粒 燃烧实验:氧化钛,氧化铁,氧化硅等耐高温粒子,1-3um 高速实验:0.3-1um固体、液态粒子,尽可能高的反射率(可在 表面涂层),配高能量的激光器
– 微流动, 背景消除, 相关平均
Rohaly- Hart 分析 – 专利技术
– 加快处理速度,优化处理方法
GW 算法 and 改进 GW算法
– 大速度梯度流动, 高剪切流动 – 窗口平移, 变形网格, 二阶插值
PM 分析算法 – 专利技术的应用
– 结合了颗粒跟踪和粒径分析
GP 算法 –专利技术的应用
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粒子图像测速系统(PIV) TSI Fluid Mechanics Team
PIV 1
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PIV 简介
PIV技术可以提供
– 为流体动力学研究提供独特的视角, 提供流动特性的空间结构信息
TSI 研发并提供了如下系统
-V3V体测量技术 —— 2008 – 多相流PIV处理技术 —— 2007 – GP 算法使颗粒粒径信息可以从PIV图像中分离出来 —— 2006 – GP 算法使 最高分辨率的PIV分析成为可能 —— 2006 – 本征正交分解(POD) PIV 数据分析——2006
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INSIGHT 4G
独特功能
软件包可用于:
PIV MicroPIV
高帧率 PIV
PLIF 超高分辨率PIV (SRPV) PIV/PLIF同时测量 立体 PIV 射流分析及流动模式分析
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相机触发
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外触发锁相功能
同步器610036具备外触发锁相以及外部门控信号控制功能,例如: 测试搅拌槽流场,这个功能对于研究搅拌槽内流场非常重要,可有效 的避免拟湍流现象。在搅拌槽内,特别是桨叶排出流区附近,旋转 的桨叶会引起较强的周期性运动,采用外触发锁相功能得到的湍流 数据中将包含桨叶的周期性运动分量,即拟湍流成份。
– – – – – – – – – – – – – – – – – Hyperstreaming 系统——2006 本征正交分解(POD) PIV数据分析 ——2005 2MP, 4MP 相机的像素组合功能 —— 2005 GSV 系统 – 单相机实现粒径和速度的同时测量 ——2005 POWERVIEW 11M – 11 M 相机 —— 2005 同时 PIV/PLIF 测量系统 —— 2004 全场喷射诊断系统 —— 2004 INSIGHT3G: 基于.Net 平台设计软件 ——2004 INSIGHT 6 软件平台 —— 2004 第二代PIV专用CCD相机 (4MP & 2MP) ——2004 HIFR PIV 系统 —— 2003 采用专利技术设计的MicroPIV 系统 – 2003 第一个采用独特的 为PIV技术设计的2Kx1K PIV 数字化CCD ——2002 第一个采用独特的 为PIV技术设计的2Kx2K PIV 数字化CCD ——2001 第一套超级PIV系统—— 2000 第一套商用优化PIV系统—— 1998 第一套商用系统——1988
TSI POWERVIEW Plus 系列相机的独特wenku.baidu.com能
标准相机
– 基于普通光照下的图像拍摄设计 (无激光) POWERVIEW Plus 系列相机 – 基于激光照明下图像拍摄设计 – 独特的保护罩设计 POWERVIEW Plus 系列相机的保护罩
– 并不是对CCD阵列的遮挡 – 是对相机电子线路的保护
– 使用环境
• • 水下测量, 大型风洞 需要远距离控制CCD拍摄的场合
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光臂
高能激光束全封闭传递 YAG激光器最高能量输出可 达500mJ/脉冲 标准长度 - 1.8 米
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• 防止强光照射下对CCD中电子线路的损坏
Camera Circuitry
保护罩
CCD 阵列
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PIV系统中的相机远程控制系统
远程 Scheimpflug调节控制 远程调焦 远程光圈调节
y
x
A点颗粒速度 ux = x/t 当 t uy = y/t 当 t
0 0
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相关运算
诊断区域 诊断区域
第一帧
互相关
颗粒位移
第二帧
互相关运算结果
速度场
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脉冲激光能量 和 Q开关 延时之间的关系
脉冲能量 – 最大能量的百分数
100% 80% 60% 40% 20% 0% 50 100 150
200
250
300
Q开关延时 (微秒)
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– 在同样的图像中获得最大的空间分辨率
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目录树结构及引导
直觉的继承式文件系统 鼠标拖拽即可实现
– 打开文档及分析文件内容
鼠标右键敲击可以设置
– 当前运行实验设置 或删除、修改或重排目录中的文 件
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激光片光源
• 紧凑透镜组合设计 • 采用柱透镜和球透镜的组合
– 提供片光源厚度和扩展角度的控制
球透镜
光腰
柱透镜
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同步器
610036型号:同步精度0.25ns 控制激光器、CCD相机的工作时序 适合PIV,PLIF实验 外触发功能:可用于条件采样、周期性流场、锁相 测量
计算机
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激光器
(Nd:YAG)双脉冲激光器 工作温度5-40度,10%-90%湿度 内循环冷却水-采用去离子水作为冷却水,3个月 更换 长途搬运前,先排干冷却水
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CCD相机
CCD相机是一个高敏感的元件 工作温度-5度-40度,10%-80%湿度要求 防止强光对于CCD的损坏 在实验中,避免出现大面积的过曝光 拆卸相机截圈时,注意防止光线直接进入CCD
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外部触发
震荡或周期流动
使得PIV测量可以在特定 的时刻进行
–
轴编码信号
基于同步器接收到的外 部触发信号
时间延迟
实验触发同步器 (注时序 控制)
–
同步器触发激光器和 CCD并开始图像拍摄的 工作
阀门打开
相机触发
需要一个可以被精确触发 的CCD相机 同步器可以在一个指定的 时间延迟后触发激光器
延迟时间
. .. ..... ........ . . . . .
.... . .
. ... .. .
流动平面
t - 两个脉冲激光的时间间隔 x – X方向颗粒位移 y – Y方向颗粒位移
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. .. .
A
..
. .. .
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工作时序
最短跨帧时间
帧1 帧2
相机曝光
延迟时间
t
脉冲间隔时间
激光脉冲
脉冲 1
脉冲 2
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图像分析: 感兴趣区域的划分
矩形, 直线, 或任意多边形区域 选择的区域可以是不连续的 可以通过鼠标拖拽选择区域,也可以直接输入坐标值 在感兴趣的区域内进行统计分析 可以作为其他结果的区域模版,也可以作为处理网格 直线区域可以直接给出砸直线上的灰度分布
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交互式图形界面时间参数设置
动态链接到用户的设定值 可以直观检验跨帧PIV中每一个脉冲 激光的有效性 检验延迟及门限时间参数的有效性
具有放大显示功能
具有外触发设定功能
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-示踪粒子添加系统 -远程遥控系统 -立体标定系统及其底座 处理软件 -提供采集、分析、处理和显示PIV结果 -Tecplot流场显示软件
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系统连接原理图
外部触发 触发颗粒发生装置
图像卡 相机
激光控制
POWERVIEWTM PIV 系统
二维系统
三维系统
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成像子系统
– 脉冲激光器 – 光臂 – 片光源
PIV 系统连接
图像拍摄子系统
– CCD相机 – 图像采集板 – 同步器
实验辅助系统
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INSIGHT 4G
采用了最为前沿和先进的处理技术和软件包设计 独特性
– 5项专利技术
于研究人员协作开发了独特的分析方案和技术实现路线 Hart 相关 – 专利技术
– 更高的分辨率
MSWA (Meinhart, Santiago, Wereley, Adrian) 算法 – 专利技术
技术上的快速更新
– 相机, 计算机, ….
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PIV - 原理
激光片光源
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