표면 근처 고속 입자 이미지 유속계

1. 실험실 안전 검토 레이저 안전 레이저를 사용하기 전에 물질 및 교육 요구 사항이 충족되는지 확인합니다. 레이저 작업을위한 올바른 안전 장비를 얻을 수 있습니다. 각 개인은 레이저의 발광 파장 (들)을 차단합니다 레이저 안전 고글의 쌍을 착용해야합니다. 레이저가 작동 할 때 다른 사람이 알 수 있도록 실험실 외부의 경고 표지판을 설치합니다. 광학 벤치 놀아 레이저 안전 커튼은 공유 실험실 공간에서 동료 기타에서 분리합니다. 레이저로 작업 할 때 모든 시계와 보석을 제거합니다. 조정을하면 위 또는 빔 아래에 도달 필요하지 않도록 장비를 설정 장비를 설정할 때 빔 경로를 고려하십시오. 안전하게 레이저를 작동하는 방법을 결정하기 위해 레이저 설명서를 참조하십시오. 레이저 빔의 평면의 눈 수준을 유지! 2. 벤치 탑 셋업 확대 t를 결정모자는 응용 프로그램에 필요한하고 적절한 렌즈를 선택한다. 배율 (M)은 시야 (FOV)의 해당 길이의 카메라 칩의 길이를 분할하는 것으로 판단 할 수 있습니다. 이 예에서, 카메라 칩의 길이는 17.6 mm이고 FOV의 해당 길이는 2.4 mm이다. 따라서, M = 17.6 mm / 2.4 mm = 7.33. 장거리 현미경이 작은 FOV를 달성하기 위해 여기에 사용됩니다. 벽 근처 지역에서 예상 속도의 약간 거친 계산을 수행합니다. 이러한 프레임 속도와 PIV 1,2 실제적인 지침에 따라 시간 지연으로 녹음 매개 변수를 결정하기 위해 이러한 추정치를 사용합니다. 이 8 픽셀을 여행하는 입자에 대해 수행되는 시간을 결정합니다. 이것은 각각의 레이저 펄스 (DT) 사이의 시간 지연을 결정합니다. 시계열 PIV에서 1/dt는 필요한 카메라의 프레임 속도를 결정하고 카메라에 의해 허용되는 최대 프레임 속도보다 작아야합니다. 이러한 매개 변수에 작은 조정을 할 수있다나중에 높은 품질의 속도 데이터를 얻기 위해 흐름 기록을 최적화하는 것이 필요합니다. 필요한 프레임 속도가 최대 레이저 반복 속도를 초과 할 경우, 두 레이저는 프레임 벌리고 모드에서 PIV를 수행하는 데 사용할 수 있습니다. 이 예를 들어, 프레임 속도 (5 kHz에서)는 레이저의 최대 반복 속도를 초과하지 않으며, 따라서 단 하나의 레이저 시계열 모드에서 PIV를 수행하는 데 필요합니다. 테이블에 관련하여 레이저 레벨 레벨 광학 테이블의 한쪽 끝에 레이저 헤드를 설정합니다. 직접 테이블의 다른 쪽 끝에서 빔 경로에 빔 덤프를 놓습니다. 레이저 헤드와 빔 덤프 사이의 광학 레일을 놓습니다. 테이프 빔 차단을 대상, 캐리어 빔 차단기를 고정하고 레일에 캐리어를 놓습니다. 저 전류 설정을 현재 레이저를 설정 – 충분한 LASE 수 있지만 종이를 구울 정도로. 레이저를 켜고 앞뒤로 캐리어를 밀어 넣습니다. 레이저 위치 UNT에 작은 조정을캐리어가 앞뒤로 이동하면서 레이저 빔의 IL 센터는 한 자리에 유지됩니다. 광학 테이블에 레이저를 수정합니다. 조합 사각형을 사용하여 레이저 빔의 중심 높이를 측정합니다. 레이저의 전원을 끕니다. 레이저 시트 성형 광학을 설치 레일을 제거하고 빔 덤프 앞에있는 목표 빔 차단기를 놓습니다. 레이저의 전원을 켜고 빔의 중심 대상 안타 곳 신중하게 표시합니다. 또한 레이저 시트를 형성하는 레이저 경로에,이 데모에서 망원경을 형성하는 시트를 포함하는 빔 균질화 (BH) 인 광학을 형성 시트를 놓습니다. 레이저 시트의 높이 FOV보다 커야합니다. 중심 대상의 마크에 대한 레이저 시트의 높이와 폭 BH의 위치를​​ 조정하고 레이저 캐비티로 다시 여행에서 반사를 다시 유지합니다. 반사를 다시 피하기 위해 필요한 경우 레이저 머리와 BH 사이의 조리개를 놓습니다. 레이저의 전원을 끕니다. L이 데모에서는 광명 장 8 mm와 0.5 mm의 두께는 각각 0.4 엠제이 / 펄스의 펄스 에너지의 높이를 가지고 있었다. 공간 광 테이블에 제한되어있는 경우, 90 ° 레이저 광 시트를 설정하는 45 ° 고 반사 거울을 배치합니다. 빔 차단을 테이프 또 다른 목표는 캐리어에 빔 차단기를 고정하고 레일에 캐리어를 놓습니다. 미러 후 레일 조립품을 놓습니다. 레이저를 켭니다. 이 레일을 따라 슬라이드로 빛 시트의 중심이 대상에서 한 곳에서 유지 될 때까지 미러에 작은 조정합니다. 측정 (여기에 설명 예를 들어, 5 kHz에서)의 프레임 속도와 일치하고 최대 설정 전류 레이저를 설정하는 레이저 반복 속도를 설정합니다. BH와 대상 사이에 레일을 놓습니다. 캐리어에 두 번째 빔 차단기를 부착하고 레일 조립품을 놓습니다. 레이저를 켭니다. BH에서 초점의 위치를​​ 결정하기 위해 앞뒤로 캐리어를 밀어 넣습니다. FOC의 위치를​​ 표시BH를 기준으로 알 포인트. 미러를 사용하는 경우, 미러 측정이 상대적으로합니다. 초점에서 레이저 시트의 대략적인 높이를 측정합니다. 레이저의 전원을 끕니다. 장거리 현미경과 카메라를 장착하고 조정 장거리 현미경 (LDM) 및 중심 광장과 함께 광장을 사용하여 카메라 구멍의 가로 및 세로 중심선을 표시합니다. 테이블과 LDM 카메라의 수평 중심선 사이의 거리를 측정합니다. 캐리어에 LDM 및 카메라를 고정하고 LDM 카메라의 수평 중심선이 같은 높이가되도록 같은 와셔 너트 등의 스페이서를 사용합니다. 레일에 LDM 및 카메라를 고정합니다. 적절한 어댑터를 사용하여 LDM와 카메라를 연결합니다. 수평 중심선은 빛 시트의 중심으로 표 위의 같은 거리가되도록 어셈블리의 높이를 조정합니다. 초점 포에 대한 마크의 앞에 이동 스테이지를 수정빔의 INT. 번역 단계의 운동 빔 전파에 평행하게 될 것입니다. 전체 어셈블리가 빛을 시트에 수직이되도록 번역 단계에 카메라 어셈블리 레일을 고정합니다. 초점 포인트 LDM 카메라의 수직 중심선을 정렬하여 가운데 카메라 어셈블리를. 컴퓨터와 고속 컨트롤러 (HSC)에 카메라를 연결합니다. HSC에 레이저를 연결합니다. 의 카메라 어셈블리의 캡을 유지하고 PIV 소프트웨어 프로그램 (LaVision 데이비스 7.2)의 강도 보정을 수행합니다. 소프트웨어 프로그램에서 지속적으로 벌이는 모드로 카메라를 설정하고 카메라 어셈블리의 캡을 제거합니다. 초점 시점에서 조합 사각형을 배치합니다. 통치자의 선명한 이미지의 초점에 올 때까지 레일을 따라 카메라와 LDM 이동합니다. 레일을 따라 카메라와 LDM를 이동하고 카메라 칩은 원하는 필드의보기 (2 걸쳐 때까지 LDM의 초점 막대를 사용하여 초점 사진을 가지고 계속합니다.) 800 × 600 픽셀 칩 2 해당하는 4 × 1.8 mm. 이 테이블에 평행이되도​​록 장착에 플레이트를 고정하고 초점에 배치. 그것은 컴퓨터의 이미지에서 볼 수 있도록 판을 올립니다. 지속적인 잡아 및 모자 카메라 어셈블리의 전원을 끕니다. 레이저의 전원을 켜고 레이저 광 시트 플레이트의 표면을 따라 연락하게 확인하십시오. 3. 셋업 흐름 이 데모에서는 PIV는 실리콘 기름 방울의 산란광의 이미지를 기록하여 수행됩니다. 기름 방울은 기름 분무기를 사용하여 만들어집니다. 미립자 필터, 오일 필터, 압력 조정기, 유량계, 기름 분무기 : 공기 공급에 다음 항목을 연결합니다. 강철 튜브에 분무기의 출력을 연결합니다. 마운트를 사용하고 광학 테이블 스틸 튜브를 해결하기 위해 클램프, 테이블 위에 튜브를 올리고 플레이트쪽으로 연출합니다. 공기 공급 밸브를 엽니 다. 다시 설정시스템을 통해 충분한 흐름을 만들 수> 140 kPa의에 압력 조절기에 압력. 교류 전원을 켜고 분무기에 분무기 제트기와 바이 패스 밸브를 통해 시딩 밀도를 조정합니다. 4. 셋업 최적화 소프트웨어 프로그램의 프레임 속도를 입력합니다. HSC는 레이저로 프레임 속도를 일치하는 트리거 신호를 보내고 있는지 확인합니다. 레이저 전원 공급 장치, 반복 속도 및 전류를 (각각 5 kHz에서이 예제 15.5)로 설정합니다. 외부 모드로 레이저를 설정합니다. 레이저는 지속적으로 외부 모드로 전환 또는 다른 레이저가 과열되기 전에 레이저의 반복률 세트를 일치 HSC에서 트리거 신호를 수신해야합니다. 지속적으로 잡아 레이저를 켜고 분무기를 켜 카메라를 설정합니다. 입자 이미지에 초점이 있는지 확인하기 위해 LDM에 초점 막대를 사용하십시오. 또한 입자 이미지의 강도 캠 포화 있지 않은지 확인시대. 그렇다면, 현재의 레이저를 거절 – 이것은 초점의 위치에 영향을 미칠 것입니다! 레이저 전류가 변경되는 경우 단계 2.3.3과 2.4.3를 반복합니다. 집중 입자의 이미지가 달성 될 때 잡는 모드를 끕니다. 유효한 속도 데이터를 얻기위한 기록, 검토 및 조정 매개 변수 흐름의 수백 이미지를 기록합니다. 녹음이 완료되면 시딩 밀도는 32 × 32 픽셀 심문 창 당 8-10 입자의 순서에 있는지, 확인 입자가 8 개 이상의 픽셀을 이동하지 않는 있도록 녹화 된 영상을 확인하고, 이미지의 초점을 확인 . 위의 조건이 충족 될 때까지 반복 4.3.1-4.3.4 단계를 반복합니다. 입자가 8 개 이상의 픽셀을 이동하는 경우, 8 픽셀 변화의 최대를 달성하기 위해 두 개의 PIV 레이저 펄스 사이의 DT를 감소시킨다. 입자가 실질적으로보다 8 픽셀을 이동하는 경우, 그에 따라 DT 증가합니다. 단일 레이저 PIV 시스템의 경우, DT는 결과적으로 프레임 속도를 변경하여 조정하고 있습니다레이저 반복 속도. PIV는 두 개의 레이저를 사용하는 경우, DT는 두 번째 레이저의 첫 번째 레이저 펄스의 펄스 사이의 시간 지연이다. 조정 DT 문제를 완화하지 않으면, 프레임 속도 및 레이저 반복 속도는 처음 조정할 수있다 그리고 DT 다시 미세 조정해야 할 수도 있습니다. 이 이미지의 시리즈를 통하여 입자의 그룹을 추적하기 어려운 경우, 아웃 – 오브 – 비행기의 움직임이 너무 많이있을 수 있습니다. 이 문제를 해결하는 방법은 여러 가지가 있습니다 :) 카메라가 이미징 두꺼운 가벼운 시트가되도록 초점에서 카메라 어셈블리를 오프셋 (offset) b)는 카메라와 빛의 시트면 어셈블리 (사이의 작동 거리를 증가 및 집중 막대를 사용하여 초점 ) 큰 깊이의 초점을 달성하기 위해, 그러나,이 공간 해상도를 줄일 수 있습니다. 시딩 밀도가 너무 부족한거나 너무 조밀 한 경우, 증가 또는 분무기 제트기의 수를 줄이십시오. 5. 실험 실행하기 camer를을 수행강도에 대한 참조를 설정하는 카메라 어셈블리의 모자와 강도 보정. 교정이 끝나면 캡을 제거합니다. 최적화 반복 속도 및 전류에 레이저를 설정합니다. 외부 모드로 레이저를 전환하기 전에 레이저가 설정 주파수와 일치하는 연속적인 트리거 신호를 수신해야합니다. 에 레이저를 켜십시오. 그냥 가벼운 시트 방목 판의 표면 배경 이미지의 순서를 기록합니다. 이러한 이미지를 저장합니다. 교류 전원을 켜고 흐름이 안정 할 수 있습니다. 지속적으로 잡고 카메라가 초점을 맞춘 입자 이미지를 수집하고 있는지 확인하도록 카메라를 설정합니다. 연속 글로브 모드를 끕니다. 이미지의 원하는 번호를 입력하고 레코드를 누릅니다. 녹음이 완료되면, 흐름과 레이저를 끄십시오. 이미지의 순서를 검토하고 밀도, 입자 이미지 초점 시드, 입자의 이동을 확인합니다. 녹음 만족 또는 다른 단계를 반복하면 5.4-5.7을 저장합니다. </리> 더 많은 실행을 수집하는 단계 5.4-5.7를 반복합니다. 카메라의 노출 시간 (카메라가 이미지를 수집하는 프레임 당 시간) 증가한다. 빛의 시트면에 교정 목표를 설정하고 플레이트와 접촉하게해야합니다. 광원 (예 : 손전등)와 뒤에서 목표를 분명히. 연속 그랩 모드에서 카메라로, 촬영 된 이미지의 초점과 왜곡되지 않도록 대상을 조정합니다. 접시와 대상 사이의 접점이 이미지에 표시되어 있는지 확인합니다 -이 이미지에 플레이트의 위치를​​ 결정하는 매우 중요합니다. 교정 대상의 10 개의 이미지를 기록합니다. 반복 5.9-5.11에게 카메라 어셈블리 또는 초점이 변경 될 때마다 단계를 반복합니다. 6. 자료 처리 이 데모에 사용 된 PIV 소프트웨어 프로그램은 LaVision 데이비스 8.1이었다. 조정 대상 이미지의 각 세트를 보통. 교정 ROU의 결과 이​​미지를 사용획득 한 이미지의 실제 세계의 치수를 결정하기 위해 가지. 이미지의 해당 세트에 각 교정을 적용합니다. 보정 된 이미지에서 판의 위치를​​ 결정합니다. 이 정보는 기하학적 마스크 (6.6 참조) 작성이 필요합니다. 배경 이미지를 평균. 표면에서 레이저 반사 시드 입자의 강도 계산에 평균 배경 이미지의 강도 계수를 비교하여 배경 소음에 크게 기여할 수 있는지 확인합니다. 벽에 가까운 밝은 레이저 반사 입자 강도보다 강도가 높은 것이다. 이 나쁜 벽 근처 PIV 상관 관계에 영향을하고 벽에 가까운 최초의 믿을 수있는 벡터의 위치를​​ 제한합니다. 이 예에서는, 레이저 반사가 크게 배경에 공헌하지 않았다. 큰 강도 편차는 제거하는 하이 패스 필터 (배경 필터를 슬라이딩 빼기)를 사용하여 전처리 보정 유량 이미지이러한 레이저의 반사로 배경 화 :. 입자 신호는 작은 강도의 변동을 가지고 필터를 통해 전달합니다. 기하학적 마스크를 정의 – 플레이트 이미지에있는 위치 벡터 계산을 비활성화하는 직사각형 마스크를 사용합니다. 주 : 지정된 영역 내에서 PIV의 상관 관계를 가능하게 하나의 지정된 영역 내에서 PIV의 상관 관계를 비활성화 한 데이비스는 기하학적 마스크 두 가지 옵션이 있습니다. 지정된 영역 내에서 PIV 알고리즘을 사용하는 마스크는이 데모에 사용되었다. "고급 마스크 설정"메뉴에서 마스크 (즉, 단지 마스크 내부의 픽셀을 사용하여) 적절히 적용되어 있는지 확인합니다. 벡터 계산 절차를 지정이 예에서 감소하는 창 크기를 가진 다중 단계 절차를 사용 하였다 – 50 % 64 X 64 픽셀 심문 창을 사용하여 2 초기​​ 패스는 50 %의 중복과 32 × 32 픽셀 심문 창을 사용하여 통과가 3 번 다음에 오버랩 . 속도 벡터 필드이 데모에서는 사후 처리는 상호 상관 결과의 품질을 개선하기 위해 다섯 개의 서브 루틴을 사용했다 :) 마스크 영구적 확인, b)는 최대 비율 (Q)과 <1.1 벡터를 제거, C)가 적용 중앙값 필터, D) <5 벡터 전자와 그룹을 제거) 채우기 업 벡터를 적용합니다. 최대 비 (Q)는로 정의됩니다 , P1과 P2는 각각 첫 번째와 두 번째로 높은 상관 관계 피크 위치하며, 분은 상관 평면에서의 최소 값입니다. Q가 벡터의 품질을 평가하기위한 통계입니다. Q는 두 번째로 높은 상관 관계를 피크로 표시되는 일반적인 상관 관계를 배경으로, 최고의 벡터 결과적으로 높은 상관 피크를 비교합니다. 1에 가까운 Q와 벡터는 가장 높은 상관 관계 피크가 거짓 피크 있다는 표시입니다. 다음으로, 중간 필터는 평균 벡터 (U의 중간, V의 중간을 결정벡터와 이웃 벡터 (U RMS, V RMS)의 편차 그룹의). – U RMS ≤ U ≤ U의 중간 + U RMS와 V 중간 – V RMS ≤ V ≤ V 평균 + V RMS U 중앙값 : 중앙값 필터는 중간 벡터 (U, V)는 다음 기준에 맞지 않으면 거부합니다. 또한, 그것은 큰 오버랩이 속도 벡터 계산에 지정된 경우 의사의 벡터 그룹을 얻을 수있다. 따라서, 벡터의 지정된 수보다 적은 벡터의 그룹을 제거 할 수 있습니다. 스퓨리어스 벡터가 제거되면, 벡터 채울가 아닌 이웃 벡터에서 결정 보간 벡터를 빈 공간을 채우기 위해 사용할 수 있습니다. 마지막으로, 영구적으로 마스크를 적용하면 마스크 외부의 경로를 삭제합니다. 결과의 품질을 평가하는 :) 결과를 수행물리적 의미가? (벽에서 거리가 멀어 속도를 증가 경계 근처에 느린 속도, 즉, 벡터의 방향은 흐름 등의 일반적인 방향을 따라) B) 그 결과 벡터 필드는 대부분 첫 번째 선택 벡터로 구성된다 (로 표시 PIV 처리 소프트웨어). 일반적으로 먼저 선택 벡터의 비율이 95 % 이상하는 것이 좋습니다. 후 처리 단계의 넓은 범위는 문학, 예를 들어 1,2에 설명되어 있습니다.