Высокоскоростной скорости Изображения Частиц Рядом Поверхности

1. Лаборатории по технике безопасности Обзор лазерной безопасности материала перед использованием лазерных и убедиться, что требования к профессиональной подготовке были выполнены. Получить правильное оборудование для обеспечения безопасности при работе с лазерами. Каждое лицо должно носить пару лазерные защитные очки, которые будут блокировать излучение лазера длина волны (с). Установить предупреждающий знак за пределами лаборатории, чтобы дать другим знать, когда лазер работает. Повесьте шторы лазерной безопасности вокруг оптической скамьи, чтобы изолировать его от других сотрудников в общий класс пространстве. Удалите все часы и ювелирные изделия при работе с лазерами. Рассмотрим пути луча при настройке оборудования: установка оборудования, чтобы внося изменения не потребуют достижения выше или ниже пучка. Читать лазерно ручном чтобы определить, как работать с лазерным безопасно. Держите уровне глаз из плоскости лазерного луча! 2. Настольная настройка Определить увеличение Tшляпа будет, необходимых для применения и выберите соответствующую линзу. Увеличение (M) может быть определен делением длины камеры чип с соответствующей длины поля-обзора (FOV). В этом примере расстояние камеры чип 17,6 мм и соответствующей длины FOV составляет 2,4 мм. Таким образом, М = 17,6 мм / 2,4 мм = 7,33. Длинные расстояния микроскоп используется здесь для достижения этого меньше поле зрения. Выполнить некоторые грубые расчеты ожидаемой скорости в пристеночной области. Использование этих оценок для определения записи параметров, таких как частота кадров и временной задержки в зависимости от практического руководства по PIV 1,2. Определите время, которое потребуется для частицы путешествовать 8 пикселов. От этого будет зависеть время задержки между лазерным импульсом (DT). В временных рядов PIV, 1/dt будет определить необходимые частоты кадров камеры и должна быть меньше, чем максимальная частота кадров разрешено камеры. Небольшие корректировки в эти параметры могутпозже необходимо оптимизировать поток записи для получения данных с высокой скоростью качества. Если требуемая частота кадров превышает максимальную частоту повторения лазер, два лазера может быть использован для выполнения PIV в кадр трансграничных режиме. В этом примере частота кадров (5 кГц) не превышает максимальную частоту повторения лазерного и, следовательно, только один лазер должен выполнять PIV во временных рядах режиме. Выровнять лазера по таблице Установка лазерной головкой на одном конце уровня оптических таблице. Поместите луч свалки непосредственно на пути луча на другом конце стола. Поместите оптический железнодорожного сообщения между лазерной головкой и луч свалку. Лента цели лучом блокатора, исправить луч окон, чтобы перевозчика и несущую на железной дороге. Установите тока лазера на низкую текущую настройку – достаточно, чтобы Ласе, но не достаточно, чтобы сжечь лист бумаги. Включите лазер и вытащите контейнер назад и вперед. Внести незначительные изменения в ЕНТ положение лазернойиль центра лазерный луч остается в одном месте, как носитель движется вперед и назад. Исправить лазерном к оптическому столу. Измерение высоты центра лазерного луча с использованием комбинации площади. Выключите лазер. Установка лазерной плоскости формирующей оптикой Удалить рельс но поместить луч блокатор с целевым перед луча свалку. Включите лазерный и тщательно отметить, где центре луча попадает в цель. Поместите лист формирующей оптикой, которая является пучком гомогенизатор (BH), который также включает формирования листа телескоп в этой демонстрации, в лазерного луча для формирования лазерного листа. Высота лазерного лист должен быть больше, чем угол обзора. Отрегулируйте положение BH к центру высоты и ширины листа о лазерной метки на цель и утаить отражений от путешествия обратно в резонатор лазера. Разместите отверстие между лазерной головкой и BH, если необходимо, чтобы избежать обратных отражений. Выключите лазер. LРАВО лист в этой демонстрации имели высоту 8 мм и толщиной 0,5 мм, соответственно, и энергии импульса 0,4 мДж / импульс. При ограниченном пространстве на оптическом столе, поместите 45 ° высокой отражательной зеркало поворачивают лист лазерного света на 90 °. Лента другую цель к балке блокатор, исправить луч окон, чтобы перевозчика и несущую на железной дороге. Поместите рейку за зеркалом. Включите лазер. Внести незначительные изменения в зеркало, пока центр светового листа не остается в одном месте на цель, как он скользит по направляющей. Установите частоту повторения лазерных чтобы соответствовать частоте кадров для измерений (5 кГц для примера обсуждается здесь) и установить тока лазера на максимальном уровне. Наведите железнодорожного сообщения между БиГ и цель. Прикрепите вторую блокатор луч на перевозчика и сборку на железной дороге. Включите лазер. Вытащите контейнер назад и вперед, чтобы определить положение фокальной точки от ЧД. Отметьте местоположение ВОКаль точки относительно BH. Если зеркало используется, сделать измерения относительной к зеркалу. Измерьте приблизительную высоту лазерной плоскости в точке фокуса. Выключите лазер. Установите и отрегулируйте длинные расстояния микроскопа и камеры Отметить горизонтальных и вертикальных осевых линий междугородной микроскопе (LDM) и камеры отверстия помощью центрирования площади и комбинации площади. Измерить расстояние между столом и горизонтальным осевые LDM и камерой. Закрепить LDM и камерой носителей и использовать любые прокладки, такие как шайбы или гайки, так что горизонтальные осевые линии LDM и камеры на той же высоте. Исправить LDM и камерой на железной дороге. Прикрепить LDM к фотокамере с помощью соответствующих адаптеров. Отрегулировать высоту сборки так, что горизонтальные осевые линии находились на одинаковом расстоянии над столом как центр света листа. Исправить перевод сцене перед знаком для фокусного POИНТ луча. Движение перевод этап будет параллельна распространения пучка. Закрепить рельс с камерой в сборе на этапе трансляции, так что весь узел перпендикулярно к свету листа. Центр камерного блока, совместив вертикальные осевые линии LDM и камеры с координатором. Подключите камеру к компьютеру и высокоскоростного контроллера (HSC). Подключите лазер HSC. Держите крышку камеры на сборку и выполнить калибровку интенсивности в программу PIV программное обеспечение (LaVision Дэвис 7.2). В программном обеспечении установить камеру в режим непрерывной Возьмите и снимите крышку блок камеры. Наведите сочетание площади в координационный центр. Переместить камеру и LDM вдоль рельса до четкое изображение правителя не сфокусируется. Продолжайте двигать камеру и LDM вдоль рельса и принести фотографию в фокус с помощью фокусировки стержня LDM, пока камера не охватывает чип нужного поля-обзора (2.4 х 1,8 мм 2 соответствует 800 х 600 пикселей чипом). Исправить пластину крепления так, чтобы она параллельно столу и поместить его в фокусе. Поднимите пластину так, чтобы он был виден в изображения на компьютере. Выключите непрерывного захвата и крышки блок камеры. Включите лазер и убедитесь, что лист лазерного света вступает в контакт вдоль поверхности пластины. 3. Поток настройка В этой демонстрации, PIV выполняется записи изображения рассеянного света от капель силиконового масла. Капли масла создаются с использованием масла форсунки. Подключите следующие пункты до воздуха: сажевый фильтр, масляный фильтр, регулятор давления, массовый расходомер, и нефть форсунки. Соединение выходе форсунки к стальной трубке. Используйте крепления и зажим для фиксации стальной трубы с оптическим столом, поднять трубку над столом и направлять ее к плите. Откройте клапан подачи воздуха. Установите заднююДавление на регулятор давления до> 140 кПа создать достаточный поток через систему. Включите потока и регулировки плотности посева через форсунки струи и перепускные клапаны на форсунки. 4. Оптимизация Настройка Введите частоту кадров в программе. Убедитесь, что HSC посылает сигнал, который соответствует частоте кадров в лазере. На питание лазер, установите частоту повторения и тока (5 кГц и 15,5 в этом примере, соответственно). Установите лазер в режим внешнего. Лазер должен непрерывно принимать сигнал запуска от HSC, которой соответствует набор частоты повторения на лазерном перед переключением в режим внешнего, либо лазер будет перегреваться. Установите камеру непрерывно захватить, включите лазер, и включите форсунки. Используйте фокусировки стержня на LDM, чтобы убедиться, изображения частиц находятся в фокусе. Также убедитесь, что интенсивность изображения частиц не насыщая камеройэры. Если это так, убавьте тока лазера – это повлияет на расположение очагов точку! Повторите шаги 2.3.3 и 2.4.3, если тока лазера изменяется. Отключите режим захвата изображения при фокусировке частиц достигаются. Запись, просмотра и настройки параметров для получения достоверных данных скорости Запись нескольких сотен изображений потока. После завершения записи, проверки записанного изображения, чтобы убедиться частиц не сдвигаются более 8 пикселов, что плотность посева составляет порядка 8-10 частиц на 32 х 32 окно опроса пикселей, и для проверки фокуса изображения . Повторите шаги 4.3.1-4.3.4 до этих критериев не были выполнены. Если частицы перемещаются более 8 пикселов, уменьшить дт между двумя PIV лазерных импульсов для достижения максимально 8 сдвиги пиксель. Если частицы перемещаются существенно меньше, чем 8 пикселов, увеличение дт соответственно. Для одиночных лазерных систем PIV, DT регулируется путем изменения частоты кадров и, следовательно,Скорость лазерной повторения. Для PIV с помощью двух лазеров, дт является временной задержки между импульсом от первого лазера и импульсом от второго лазера. Если регулировка DT не решит проблему, частоту кадров и цены лазерных повторение может быть скорректирована первой, а затем DT возможно, должны быть доработаны снова. Если трудно отслеживать групп частиц по всему серию изображений, может быть слишком много вне плоскости движения. Есть несколько способов решения этой проблемы: а) смещение блок камеры от точки фокуса, так что камера является визуализация света толще листа, б) увеличить рабочее расстояние между камерой и легкой сборки плоского листа (и сфокусироваться с помощью фокусировки стержня ) для достижения большей глубины фокуса, однако, это приведет к снижению пространственного разрешения. Если плотность посева слишком малая или слишком плотными, увеличить или уменьшить количество форсунки струи. 5. Запуск эксперимента Выполните Камеркалибровка интенсивности с крышкой на блок камеры установить ссылку для интенсивности. После завершения калибровки, снимите крышку. Установите лазерный оптимизированной частотой повторения и тока. Перед включением лазера на режим внешнего, убедитесь, что лазер получает непрерывный сигнал триггера, который соответствует заданной частоте. Включить лазер. Записывать последовательность фоновые изображения только светильник листовой поверхности пластины. Сохранить эти изображения. Включите потока и позволяет потоку стабилизироваться. Установите камеру непрерывно захватить и убедитесь, что камера сбора сфокусированные изображения частицы. Выключите непрерывном режиме захвата. Введите в нужном количестве изображений, а затем нажмите Запись. После окончания записи, выключите потока и лазер. Просмотрите последовательность изображений и проверьте частиц смены, плотность посева, и фокус изображения частицы. Сохраните запись, если удовлетворены либо повторите шаги 5.4-5.7. </li> Повторите шаги 5.4-5.7 собрать больше работает. Увеличение времени экспозиции (количество времени на кадр, что камера сбора изображений) камеры. Установить целевой калибровки в свете плоского листа и убедитесь, что он вступает в контакт с пластиной. Осветить цель сзади с источником света (то есть фонарик). С камерой в непрерывном режиме захвата, отрегулируйте так, чтобы цель, что записанное изображение в фокусе и не искажается. Убедитесь, что точка контакта между пластиной и целевой видна на изображении – это очень важно для определения местоположения пластины в изображениях. Рекордные 10 изображений калибровочного задания. Повторите шаги 5.9-5.11 каждый раз сборки камеры или изменении фокуса. 6. Обработка данных Программа PIV программного обеспечения, используемого в этой демонстрации было LaVision Дэвис 8.1. Среднем каждый набор изображений калибровки цель. Использование полученного изображения в калибровочном РоуТине определить истинную мира размерам получаемых изображений. Применять каждый калибровки с соответствующим набором изображений. Определить местоположение пластины в калиброванных изображений. Эта информация необходима для создания геометрических маску (описанных в 6.6). Нормальное фоновых изображений. Определить, если лазерный отражений от поверхности вносят значительный вклад в фоновые шумы путем сравнения интенсивности рассчитывает среднего фонового изображения с интенсивностью рассчитывает посева частиц. Яркие отражения лазерного возле стены будет иметь интенсивность выше, чем частицы интенсивности. Это может отрицательно сказаться на PIV корреляции вблизи стенки и ограничивает местоположение первого надежный вектор ближайший к стене. В этом примере Laser Reflections не значительный вклад в фоновом режиме. Предварительная обработка калиброванный поток изображений с помощью высокочастотного фильтра (вычитание фона скользящий фильтр), чтобы удалить большие флуктуации интенсивностиных в фоновом режиме, такие как лазерная отражений. Частица сигналы имеют небольшие колебания интенсивности и будет проходить через фильтр. Определение геометрических маска – использовать прямоугольную маску, чтобы отключить вычисление вектора где пластина расположена в изображениях. Примечание: Дэвис два варианта геометрической маски: одну, которая позволяет PIV корреляции в пределах указанного региона, и тот, который отключает PIV корреляции в пределах указанного региона. Маски для того, чтобы алгоритм PIV в пределах указанной области был использован в этой демонстрации. В "Дополнительно маска Настройки", убедитесь, что маска наносится соответствующим (т.е. только использовать пиксели внутри маски). Определяет порядок расчета вектора: в этом примере многоходовой процедурой при уменьшении размера окна был использован – 2 начальных проходов с использованием 64 х 64 пикселя окна допроса с 50% перекрытием, а затем 3 проходов с использованием 32 х 32 пикселя окна допроса с 50% перекрытием . Поля вектора скоростиВ этой демонстрации были после обработки с использованием пяти подпрограмм, чтобы улучшить качество взаимной корреляции результатов: а) принимает постоянное маска, б) Удалите векторов с пиком отношение (Q) <1,1, с) Применение медианного фильтра, г) Удалите группы с <5 векторов е) Применить вектор заполнению. Пик отношение (Q) определяется как , Где P1 и P2 являются первой и второй по величине пиков корреляции, соответственно, и мин является минимальным значением в корреляционной плоскости. Q является метрикой для оценки качества вектор. Q сравнивает высокого пика корреляции, что приводит к лучшей вектор, в общем фоне корреляции представлены вторым по величине пика корреляции. Векторы с Q около 1 являются признаком того, что самый высокий пик корреляции является ложный пик. Далее, медианный фильтр определяет векторе медианы (и медиана, средняя V) Группы векторов и отклонение соседних векторов (и среднеквадратичное, у эфф.). Медианный фильтр отвергает середине вектора (U, V), если она не соответствует следующим критериям: средний U – U RMS ≤ U ≤ U + U средний RMS и V средний – В эфф ≤ В ≤ V средний + V RMS. Кроме того, можно получить групп ложных векторов, если большое перекрытие указанных в расчете вектора скорости. Таким образом, можно устранить групп векторов с меньшим, чем указанное число векторов. После ложного векторов удаляются, векторные заполнить может быть использован для заполнять пустые пространства с Интерполированные вектора определяется из ненулевых соседних векторов. Наконец, применяя маску постоянно будет удалять любые векторы за пределами маски. Оценить качество результатов: а) ли результатыимеет физического смысла? (Т.е. меньших скоростей вблизи границы, увеличение скорости с увеличением расстояния от стены; направление векторов следуют общему направлению потока, и т.д.), б) Полученное векторное поле в основном состоит из первого вектора выбор (обозначено Программное обеспечение обработки PIV). Обычно рекомендуется, чтобы доля первого вектора выбор быть выше, чем 95%. Широком диапазоне сообщение шаги обработки описаны в литературе, например, 1,2.