PIV操作規(guī)程一、特別注意事項1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。2使用激光器前，仔細檢查各系統(tǒng)是否連接正確。3相機不能長時間連接電源，做完實驗后一定將電源線拔掉。4用相機標(biāo)定時，需要拆下濾光鏡，此時不允許打開激光器；實驗時，打開激光器前，必須安裝上相機鏡頭蓋。5做實驗前一定要蓋上濾光片6激光器必須每周至少使用一次，否則性能將下降。7實驗時，不允許非實驗人員在實驗室停留。開機前:開機前檢查設(shè)備連線是否正確，并打開所有儀器的電源（相機、激光器和計算機）。需要注意：激光器電源開啟后需要預(yù)熱一段時間才能投入使用，激光器主機背后左下方有個液晶面板，等上面的溫度讀數(shù)達到100后再開激光。激光器主機正面面板上有四個撥動開關(guān)，把四個開關(guān)全部撥到INT為內(nèi)觸發(fā)，把四個開關(guān)全部撥到EXT為外觸發(fā)。下文中提到的切換內(nèi)外觸發(fā)時，請進行相應(yīng)操作。激光器開啟的順序為：先開啟主機背后的左下方的電源（POWER），再開啟遙控器上的開關(guān)（SYSTEMON）。然后開啟水泵對應(yīng)的開關(guān)（PUMPON）。待預(yù)熱階段結(jié)束后，開啟激光（LASERON）再開啟擋光板的開關(guān)（SHUTTEROPEN）的開關(guān)便會發(fā)射激光。(內(nèi)觸發(fā)時會在SHUTTER開啟后立刻出光，外觸發(fā)時需要在軟件中選擇采集后激光才會出光)注意：開啟激光前將控制激光能量大小的旋鈕調(diào)至較小位置，并注意保護相機。三、標(biāo)定操作流程與采集實驗數(shù)據(jù)流程（1）開啟計算機（2）啟動DynamicStudio操作軟件。1.標(biāo)定操作流程把相機蓋蓋上（一定要蓋上），打開激光器，用片光找到要測量的平面；在片光平面中放入標(biāo)定靶，并移動標(biāo)定靶的位置，使片光進入標(biāo)定靶整個面的小孔，然后保持標(biāo)定靶的位置不變，并關(guān)閉激光，打開相機蓋；運行DynamicStudio軟件，新建一個Database并按鍵切換到采集模式（如下圖）。在SystemControl選項里點擊“FreeRun”來進行調(diào)焦，使相機盡可能清楚的拍到標(biāo)定靶，并且調(diào)焦調(diào)到是拍到標(biāo)定靶的點盡可能清晰，一般用鼠標(biāo)放大最中心的點觀察是否為最清晰。（此時相機不用濾光鏡）；選擇單幀拍攝模式（singleframemode）→采集圖片數(shù)（Numberofimages）輸入1（見下圖）→點擊Acquire采集圖片（此時激光器調(diào)至內(nèi)觸發(fā)，用自然光拍攝）→切換到AcquiredData欄→點擊SaveforCalibration，把數(shù)據(jù)存為標(biāo)定數(shù)據(jù)；然后再分別向前和向后、左右翻轉(zhuǎn)、扭轉(zhuǎn)移動坐標(biāo)靶對稱的采集幾個位置。一般采集為七張圖片。采集并存儲完成后，按鍵切換到分析模式，先觀察采集的七張圖片亮度是否合適，如果不合適可以按照下面的步驟調(diào)節(jié)：calibrations——》imageprocessing——》imageArihmetic——》在第二快中乘以或者除以倍數(shù)來調(diào)節(jié)亮度（也可以利用第三塊中的功能）——》OK.e)照片的照片亮度調(diào)節(jié)合適候，接著進行驗證：calibrations——》imageModelFit——》Dot,200×200mm——》pinholecameramodel.如果驗證通過后這結(jié)束，若通不過則看知哪一張不通過，然后進行調(diào)節(jié)。2.采集實驗數(shù)據(jù)操作流程標(biāo)定完成后，相機、片光的位置不要變。把相機加上濾光片，激光器切換到外觸發(fā)模式并按下Laseron和Shutteropen（做好發(fā)光準(zhǔn)備）；在要測量的流體中添加示蹤粒子。先在一容器中倒少量失蹤粒子，加水充分?jǐn)嚢枋蛊淙芙猓髮⑵涞谷胍獪y量的流體中。開啟實驗裝置，使待測流體達到待測速度。分別在frame1和frame2下調(diào)節(jié)LASER1和LAER2，使屏幕中看到的粒子亮度和濃度合適為止。DynamicStudio軟件切換到采集模式→選擇雙幀拍攝模式→輸入合適的TimeBetweenPulses→輸入采集頻率→輸入采集圖片數(shù)→點擊Acquire采集圖片→切換到AcquiredData欄→點擊SaveinDatabase；（后面會解釋參數(shù)如何設(shè)置）采集并存儲完成后，切換到分析模式，進行分析。分析方法在后面介紹。采集時需要設(shè)定的主要參數(shù)如下：相機雙幀模式與單幀模式Timebetweenpulses為跨幀時間T，根據(jù)拍攝圖像粒子移動距離而定，一般保證粒子在最小單元格（32*32）中移動邊長的1/4到1/2的時間為準(zhǔn)。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。Triggerrate為拍攝頻率。Numberofimages為拍攝照片對的數(shù)量。FreeRun用于單幀模式中，激光器不發(fā)光，相機進行對焦時使用，其連續(xù)不停。Preview用于試拍攝，激光發(fā)光，其連續(xù)不停?？梢杂^測激光能量和所加粒子濃度是否合適。Acquire用于正式采集。注意標(biāo)定時，用沒有濾光鏡的相機拍照前，一定將激光器關(guān)掉。在做實驗前，一定先安裝上濾光鏡。使用Acquire正式采集后保存數(shù)據(jù)，如果是標(biāo)定，選擇SaveforCalibration。如果是PIV圖像，選擇SaveforDatabase。選擇ClearBuffers進行清除圖片所占的內(nèi)存，一般無需使用。注意：在采集并儲存完數(shù)據(jù)后，就可以切換到分析模式進行數(shù)據(jù)分析了。3對采集的實驗數(shù)據(jù)的處理可先截取所需圖片：Analysis——》imageprocessing——》ROIExtract,進行截取圖片還可以對圖片進行降噪處理：Analysis——》imageprocessing——》lmagemin/max——》subtract,空格鍵選定這次處理的圖與上一次圖片進行降噪。在所采集的圖片上雙擊顯示對應(yīng)圖片，右擊選擇ShowContentsList（對后面所有右擊，只要出現(xiàn)都適用）就可以看到對應(yīng)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）。在顯示的圖片上雙擊會出現(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4對實驗圖片分析得到矢量圖在原始圖片上右擊選擇Analysis→PIVSignal→AdaptiveCorrelation→OK就得到了矢量圖5用Masking截取所需矢量圖區(qū)域圖片不需要分析的區(qū)域，復(fù)雜劃分工具界面點擊DefineMask進入分析區(qū)域劃分界面，定義一個Mask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。ImageMasking可對原始圖片進行分析計算（同時忽略Mask中選擇的區(qū)域）。一般不建議對原始圖片進行MASK，建議對原圖進行PIV分析后再對所得矢量圖進行MASK。注意：要進行imagemasking，必須先做DefineMask，然后選定所做的Mask才可以。6合成三維矢量圖依次選中兩個相機的標(biāo)定文件和兩個相機分別對應(yīng)的矢量圖，在其中一張矢量圖上點擊右鍵——Analyze——StereoPIV——StereoPIVprocessing——打開界面后默認(rèn)即可——OK。7對合成的矢量圖求流線和渦量Vector&DerivativesVector&Derivatives→ScalarDerivatives→ok8對合成的矢量圖求平均流場Analysis→statistics→vectorstatistics→Allvalidvectors(inclsubstitute)9對合成的矢量圖求一條線上的速度圖Analysis→plotsprofileplot→然后取一條需要的線→OK四以下是對軟件上數(shù)據(jù)分析功能的詳細介紹以下功能介紹在對實驗數(shù)據(jù)分析時有需要時可以查閱1ImageProcessing圖片像素分析界面ImageArithmetic表示對像素的加減乘除運算。DefineImageBalance定義片光的修正，進行片光平滑。ImageBalancing進行片光修正。注意：運用Imagebalancing方法首先要定義imagebalance圖片。運用此方法時，所用圖片需盡可能的多（大于50張），且所用圖片無背景圖為佳。ROIExtract用于截取一部分分析用的圖片區(qū)域。Imagemean用于圖片的某一像素平均計算，主要用于LIF應(yīng)用。ImageRMS圖片像素的均方根計算，用于LIF應(yīng)用，可考察激光穩(wěn)定性。Imagemin/max圖片像素最小與最大計算。Imagestitch進行圖片拼接。當(dāng)測量區(qū)域比較大時，可以劃分為若干小區(qū)域采集，然后拼接起來。Imagehistogram可以得到圖片的像素分布情況。ImageResampling對圖片進行重新采樣。用于PIV和LIF同時測量的配置中，對圖片重新采樣得到詳細的標(biāo)量圖信息。Imageprocessinglibrary圖像處理庫。常用的圖像處理方法可以在庫中找到應(yīng)用。2ImageConversion圖片對應(yīng)順序轉(zhuǎn)換界面MakeSingleFrame用于保存某一單幀。MakeDoubleFrame用于用單幀轉(zhuǎn)化為雙幀。MakeReverseFrame由于反轉(zhuǎn)圖片順序。ImageResolution用于改變圖片的位深。5.33PIVSignalPIV數(shù)據(jù)計算操作界面Cross-correlation互相關(guān)算法。AdaptiveCorrelationAdaptiveCorrelation自適應(yīng)互相關(guān)法，它是在互相關(guān)算法（CrossCorrelation）的基礎(chǔ)上加了一些驗證和過濾。點擊將出現(xiàn)下面的界面。其中Finalinterrogationareasize是迭代運算的最小網(wǎng)格，一般建議32X32或64X64為宜。Overlap表示在更大的網(wǎng)格范圍內(nèi)尋找相關(guān)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，highaccuracysubpixelrefinement運用新的插值方法來改善Peaklocking，選擇后會減慢分析計算速度，一般建議在粒子直徑小于一個像素時使用；Usedeformingwindows適用于大流動梯度時，運用變形網(wǎng)格可提高去處精度。其余選項可以保持默認(rèn)狀態(tài)。自適應(yīng)互相關(guān)法選項圖過濾方法一般不用驗證選項對Peakvalidation中一般使用Minimunpeakheightrelativetopeak選項，建議設(shè)為1.08。LocalNeighborhoodValidation一般用Usemovingaverage，Acceptancefactor一般設(shè)0.1——0.15。UsingMovingAverage是在選定的矩陣中（例如3X3）驗證中間網(wǎng)格矢量與相鄰矢量的速度梯度，如果不合理，則采用平均值代替中間網(wǎng)格矢量；UsingLocalMedian是在選定的矩陣中（例如3X3）驗證中間網(wǎng)格矢量與相鄰矢量的速度梯度，如果不合理，則采用中間值代替中間網(wǎng)格矢量。AverageCorrelation用于粒子較稀少的時候，對多幅圖片進行加權(quán)平均，得到一個矢量場的結(jié)果。FlexPIV初始界面FlexPIV用于自主繪制需要計算的網(wǎng)格。點擊Edit進入下面的編輯狀態(tài)。詳細操作見FlexPIVManual。本操作的重點是右邊的選擇項的設(shè)置，網(wǎng)格中以綠點為中心。改變網(wǎng)格類型就相當(dāng)于改變以中心為準(zhǔn)的網(wǎng)格形狀。4CoordinatesImageDewarping——當(dāng)相機與拍攝平面成一定用度時，可以用此方法得到一個相當(dāng)于相機垂直拍攝的圖片，運用此方法需要一個相機的IMF標(biāo)定數(shù)據(jù)。以下方法是對所得矢量圖的分析：5Masking對矢量圖運用Mask。運用此方法前必須先定義一個Mask（方法見4.3.3）。6PIVSignalPeakValidation與在AdaptiveCorrelation中的PeakValidation是一樣的。其中，RelativetoZero-Peak只適用于自相關(guān)算法（AutoCorrelation）。用RelativetoPeak2，建議值為1.08。RangeValidation可設(shè)定合速度、U方向速度和V方向速度范圍進行過濾。MovingAverageValidation與在AdaptiveCorrelation中的UsingMovingAverage是一樣的。CoherenceFilterCoherenceFilter，中值過濾，與在AdaptiveCorrelation中的UsingLocalMedian是一樣的。建議設(shè)置值為：當(dāng)計算矢量圖（Correlation）時設(shè)置最小網(wǎng)格為32X32時，設(shè)置30；當(dāng)計算矢量圖（Correlation）時設(shè)置最小網(wǎng)格為64X64時，設(shè)置60。AverageFilter基于MovingAverageValidation的過濾，設(shè)置的矩陣越大，所得到的流場越光滑。VectorStitching用于矢量圖拼接。7求流線和渦量Vector&DerivativesDMDSpectrum&DMDProjectionDMD（DynamicModeDecomposition）方法主要從流體流動穩(wěn)定性（時間和空間）方面研究流場的特征，從而找出流場中流動規(guī)律。在上圖中，橫軸Lambda(r)表示流動的衰減和增長，Lambda(i)表示頻率。在縱軸左側(cè)的模式，代表流動處于穩(wěn)定狀態(tài)，右側(cè)流動處于非穩(wěn)定狀態(tài)。第一階模式代表平均流場。注意：要進行DMDProjection必須要先做一個DMDSpectrum。PODSnapshot&PODProjectionPOD（ProperOrthogonalDecomposition）主要從能量的角度來研究流場的特征，從而找出流場中流動規(guī)律。通過PODSnapshot可以得到所有的能量模式。其中，0模式代表平均流場。一般主要研究0——4階模式就足夠了。通過TimeHistoryofPODcoefficients可以得到不同時刻各模式的能量貢獻情況。由上圖中，可以得出流場帶有周期性規(guī)律。ScalarDerivatives可以得到速度梯度場、渦量場、渦旋強度場等等。Streamlines可以繪畫流線。流線效果圖LineIntegralconvolution水紋效果圖可以畫水紋圖VectorStatistics統(tǒng)計平均流場效果圖Vector/ScalarSubtraction&VectorArithmetic進行矢量的算術(shù)運算。8PlotsScalarMap矢量圖轉(zhuǎn)化為標(biāo)量圖。Extract可以得到某個變量在某些點上沿時間的變化情況；可對比兩個點的特點（差別）。ProfilePlot可得到某個變量沿某幾條線上的變化；對比兩條線的差別。Spectrum對某一點進行譜分析。9Coordinates只對矢量圖有效VectorRotation/Mirroring對矢量進行轉(zhuǎn)動或者鏡像VectorStitching同4.3.6PIVsignal中一樣，用于矢量圖拼接。VectorDewarping對有角度偏差的矢量進行修正，需要一個標(biāo)定文件。VectorInterpolation運用TPS方法進行矢量插值。GridInterpolation對網(wǎng)格插值；有時只有完成這一步后才能進行FlexPIV的操作，如云圖，渦量、流線圖的計算。10Statistics11PIV矢量分析：在原始圖像上點擊右鍵并選擇Analyze，出現(xiàn)上圖所示界面：點擊PIVsignal選擇其中的AdaptiveCorrelationAdaptiveCorrelationAdaptiveCorrelation自適應(yīng)互相關(guān)法，它是在互相關(guān)算法（CrossCorrelation）的基礎(chǔ)上加了一些驗證和過濾。點擊將出現(xiàn)下面的界面。其中Finalinterrogationareasize是迭代運算的最小網(wǎng)格，一般建議32X32或64X64為宜。Overlap表示在更大的網(wǎng)格范圍內(nèi)尋找相關(guān)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，highaccuracysubpixel