表面附近的高速粒子图像测速

1。实验室安全回顾激光安全操作前的激光材料，并确保培训的要求已得到满足。 获取正确的安全设备与激光器工作。每一个人都应该穿一双激光防护镜，将阻止激光的发射波长（次）。在实验室之外进行安装警告标志，让别人知道激光器工作时。恒光学平台周围的激光安全布隔离从其他同事在一个共享的空间实验室。 删除所有的手表和珠宝，工作时用激光。 考虑光束路径时，设立设备：设置装备进行调整，以便将不需​​要达到梁的上方或下方。 阅读激光手册，以确定如何安全地操作激光。 你的眼睛保持水平的激光束的飞机！ 2。台式设置确定的放大倍率t帽子将所需的应用程序，并选择合适的镜头。的放大倍数（M）除以芯片的摄像头的视场的视场（FOV）的相应长度的长度可被确定。在这个例子中，摄像头芯片的长度是17.6毫米，视场的相应长度为2.4mm。因此，M = 17.6毫米/ 2.4毫米= 7.33。这里使用的是长途显微镜来实现这一较小的FOV。 预期的速度在近壁区进行一些粗略的计算。使用这些估计值，以确定记录的参数，例如，帧速率和延迟时间根据实际指引的PIV 1,2。确定的时间才能够把一个粒子前往8个像素。这将决定（dt）的每一个激光脉冲之间的时间延迟。按时间序列的PIV 1/dt将确定必要的摄像机的帧速率，必须是小于相机所允许的最大帧速率。小调整这些参数可能购买要优化的流记录，获得高品质的速度数据。如果所需要的帧速率超过最大激光重复率，也可以使用两个激光器执行PIV横跨在帧模式。在这个例子中，帧速率（5千赫）不超过最大重复率的激光，因此只有一个单一的激光需要执行PIV在时间序列模式。 激光级表激光头设置在一个电平的光表的一端。将直接在光束路径表在其另一端的光束转储。 将激光头的光轨之间的光束转储。磁带目标光束阻滞剂，固定梁阻滞剂给承运人，将在轨道上的载体。 一个低电流设定设定了激光器的电流 – 足以产生激光，但没有足够的燃烧一张纸。打开激光来回滑动托盘。进行小的调整激光位置UNT金正日的激光束的中心保持在一个地方，为载体来回移动。修复激光光学表。 测量使用的组合正方形的激光束的中心的高度。关闭激光。 安装激光板料成形光学取出导轨，但这里的光束阻断剂与目标前面的光束转储。打开激光，并仔细标记的中心的光束击中目标。将片材成型的光学元件，这是光束均化器（BH），还包括一个片材形成望远镜在此演示中，在激光光路形成激光片。激光片材的高度必须大于视场。 BH中心目标上的标记的高度和宽度的激光负债表调整位置，并保持背反射到激光腔旅行回来。将光圈之间的激光头和BH，如果有必要，以避免反射。关闭激光。升在这个示范的飞行片的高度分别为8毫米和0.5毫米的厚度，脉冲能量为0.4兆焦耳/脉冲。 如果空间有限，在光学平台上，放置90°45°高反射镜将激光片。磁带的另一个目标光束阻断剂，修复束阻滞剂给承运人，放在载体上轨。将轨组装后镜。打开激光。镜进行小的调整，直到光片中心目标停留在一个地方，因为它沿轨道滑动。 设定了激光器的重复率，以匹配测量（在这里所讨论的例子中的5千赫）的帧速率，并设定了激光器的电流的最大设定值。把BH和目标之间的铁路。将第二束阻滞剂载体，将在轨道上组装。打开激光。来回滑动托盘从BH的焦点，以确定位置。 FOC的位置标记人点相对的BH。如果使用反射镜时，使测量相对的反射镜。测量高度的近似激光片的焦点。关闭激光。 安装并调节长距离显微镜和相机标记长途显微镜（LDM）和摄像头孔，使用一个中心广场和联合广场的水平和垂直中心线。测量表和LDM和相机的水平中心线之间的距离。 修复LDM和相机的载流子，和使用任何隔离物，如垫圈或螺母，使LDM和相机的水平中心线是在同一高度上。修复LDM和相机在轨道上。将LDM和相机使用相应的适配器。调整组件的高度，使水平中心线光片为中心的表中的相同的距离，。 修正了一个翻译阶段的焦点在前面的标志INT的光束。翻译阶段的运动将是平行的光束传播。翻译阶段的相机组件的轨道与固定，从而使整个组件垂直于光片。中心相机组件LDM和相机的焦点对准垂直中心线。 将相机连接到计算机和高速控制器（HSC）。将HSC的激光。保持的摄像头安装在帽和校准的的PIV软件程序（，LaVision戴维斯7.2）在执行力度。 在软件程序中，将相机设置为连续抢模式和摄像头组件取下帽子。将结合广场的焦点。沿导轨移动相机和LDM的标尺，成为关注的焦点，直到清晰的图像。继续沿导轨移动相机和LDM，并把图片转换成焦点LDM的调焦杆，直到摄像头芯片跨越所需的字段的视图（2。4×1.8毫米2对应的800×600像素芯片）。 板固定到支架上，因此，它是平行于表，并将其放置在焦点。提高板，以便它在计算机上的图像是可见的。关闭连续抓帽的相机组件。打开激光和确保激光片沿板的表面接触。 3。流量设置在这个演示中，PIV进行录制图像硅油液滴散射光。油滴中创建使用油雾化器。下列项目连接气源：微粒过滤器，油过滤器，压力调节阀，质量流量计，油雾化。将雾化器的输出连接到钢管。使用坐骑和夹紧钢管固定在光学平台，提升管上面的表，并直接向板。 打开供气阀。设置回> 140千帕创建足够的流过系统的压力调节器的压力。 开启的流量和雾化喷射和雾化器的旁通阀通过调整播种密度。 4。优化设置在软件程序中输入的帧速率。检查的HSC发送触发信号的帧速率相匹配的激光。上的激光电源，设置重复率和电流（5 kHz和15.5 A在这个例子中，分别）。设定了激光器的外部模式。激光组对激光的重复率相匹配，然后切换到外部模式，否则激光将过热的HSC必须不断收到触发信号。 设置相机不断抢，打开激光，开启雾化器。对LDM使用聚焦杆，以确保颗粒图像处于焦点。另外，还要确保粒子图像的强度是不饱和凸轮时代。如果是这样的话，掉头向下的激光电流 – 这会影响焦点位置！重复步骤2.3.3和2.4.3中，如果激光电流改变。关闭抓重点粒子图像模式时实现。 获得有效的速度数据的记录，审查和调整参数记录几百流的图像。录制结束后，检查记录的图像，以确保颗粒不超过8个像素转移，播种密度为8-10颗粒每32×32像素的审讯窗口的顺序，并验证图像的焦点。重复步骤4.3.1-4.3.4直到已经达到上述标准。 如果颗粒被转移超过8个像素，减小两者之间的PIV激光脉冲dt的，以取得最大的8个像素的位移。如果颗粒转移基本上小于8个象素，dt的增加。对于单激光PIV系统，dt的调整通过改变帧速率，因此激光的重复率。使用两个激光器的PIV，dt是从所述第一激光和第二激光的一个脉冲的脉冲之间的时间延迟。如果调整DT的问题并没有缓解，帧速率和激光重复率可能会首先进行调整，然后DT可能需要再次进行微调。 如果是难以跟踪整个一系列的图像中的颗粒组，可能有太多的平面运动。有几种方法来解决这个问题：1）从焦点偏移的相机组件，使相机的成像较厚的轻质板材，相机之间的工作距离和光板面组件（二）增加和集中使用对焦杆），以实现更大范围内的深度的焦点，但是，这将降低的空间分辨率。 如果播种密度过于稀疏或过于密集，增加或减少雾化喷嘴的数量。 5。运行实验执行CAMER“一个强度上限设置在相机上装配强度的参考校准。一旦校准完成后，取下帽子。 设置激光优化的重复率和电流。激光切换到外部模式之前，请确保激光接收连续触发信号相匹配的设定频率。打开激光。 记录光片放牧板面上的一个序列的背景图像。保存这些图像。 打开的流动，并允许以稳定的流量。 将相机设定为连续抢确认摄像头收集集中粒子图像。关闭连续抢模式。 输入所需数量的图像，然后按记录。 一旦录制完成，关闭流和激光。检查图像序列的检查粒子移位，播种密度和粒子图像的焦点。保存记录，如果满意，否则重复步骤5.4-5.7。 </LI> 重复步骤5.4-5.7收集更多的运行。 增加曝光时间（相机采集图像的每帧的时间量）的摄像头。 轻质板材平面设置校准目标，并确保它与板接触。从后面用一个光源（ 即手电筒）照射目标。随着连续抢模式的相机，调整目标，使所记录的图像中的重点和不失真。确保板之间的接触点和目标图像中是可见的 – 用于确定在影像中的板的位置，这一点是至关重要的。 记录10张图像校准目标。重复步骤5.9-5.11每次相机组件或改变焦点。 6。数据处理本演示中使用的PIV软件程序LaVision戴维斯8.1。平均每套校准目标图像。使用生成的图像校准柔齿确定真实世界中采集的图像尺寸。 每个校准应用到对应的一组图像。 确定校正后的图像中的板的位置。这个信息是必要的，用于创建一个的几何蒙板（6.6）。 平均的背景图像。确定，如果从表面激光反射显著贡献的背景噪声强度计数的平均背景图像进行比较，播种颗粒计数的强度。附近的墙上有明亮的激光反射强度高于粒子强度。这将产生不利影响的的PIV相关性壁附近的和限制的位置的第一个可靠的向量最近的在墙壁上。在这个例子中，激光反射没有显着贡献的背景。 前处理校准流量图像使用一个高通滤波器（减去滑动背​​景过滤器），以除去大强度波动蒸发散的背景下，如激光反射。粒子信号强度小的波动，并通过过滤器。 定义几何蒙板 – 使用矩形遮罩板位于images禁用矢量计算。注：戴维斯有两个选项为几何的面具：PIV的相关性，使指定区域内和禁用PIV指定区域内的相关性。本演示中使用面具指定区域内启用的PIV算法。 在“高级掩码设置”菜单，确保面具适当应用（ 即只使用面罩内的像素）。 指定向量计算过程：在这个例子中，一个多道程序的窗口大小减小 – 2初始通行证50％使用64 x 64像素的审讯窗口重叠随后3次传球，50％重叠使用32×32像素的审讯窗口。 速度矢量字段在此演示后处理使用五个子程序以提高质量互相关的结果：a）使面罩永久; b）拆下载体的峰值比（Q）<1.1;三）应用中值滤波;）删除组<5向量ê）应用矢量填充。该峰值比（Q）被定义为 ，其中P1和P2是第一和第二相关峰值最高，分别和最小的相关平面中的最小值。Q是用于评估一个向量的质量度量。 Q性最高的相关峰值，这会导致在最好的载体，共同表示由第二最高相关峰值的相关背景。与Q接近1的载体是一个迹象表明，相关性最高的峰值是一个虚假的峰值。接下来，中值滤波确定中位数矢量（U，V 中位数中位数一组向量和相邻向量的偏差（U，V RMS有效值 ））。中值滤波拒绝中间载体（U，V），如果它不符合下列条件：U 位数 – U RMS≤U≤U位数 + U RMS和V 中位数 – V RMS≤V≤V中位数 + V RMS。此外，它是未能取得杂散载体组中指定的速度矢量计算，如果一个大的重叠。因此，它是可以除去用小于指定数目的向量的向量组。一旦被删除，杂散载体矢量填充，也可以使用与确定非零相邻向量的内插向量，填补了空白。最后，应用口罩永久删除任何载体外面罩。 评估结果的质量：a）你的结果物理意义？ （ 即较慢的速度的边界附近，从墙上的距离的增加而上升的速度向量的方向跟随的流量等 ）的一般方向，二）主要是由第一选择矢量得到的矢量场（由PIV处理软件）。通常情况下，建议第一选择矢量的分数是高于95％的。一个更广泛的范围后处理步骤中描述的文献， 如 1,2。