MethodThe method used for this expe

Method

The method used for this experiment is outlined in the following steps:

1. Calibration of the experimental setup. Calibration is necessary to ensure that the images obtained are focussed and the scale factor necessary for processing of the images is obtained. Calibration can be done in a number of ways. The two ways considered during this experiment are: use of a calibration target and real-time analysis of the correlation vectors in the flow field analysed by the computer.

The first way makes use of a calibration target, given in Figure 2.


Figure 2 – Captured image of the calibration target

This calibration target is placed parallel to the light sheet and approximately in the middle. The calibration target consists or a grid of dots with a bigger central dot surrounded by four smaller dots. The distance between two dots on this calibration target is given as 5 mm. Images are captured of the calibration target when placed in the light sheet. These images are analysis by the computer and the scale factor is deduced by comparing the apparent distance between the dots provided by the perspective of the CCD camera and the actual distance of 5 mm. Before the images are captured, the camera is focussed such that all the dots appear sharp. This is confirmed by analysing the histogram of the greyscale image and ensuring that the signal peaks present are only black and white.

The second calibration method that can be employed is real-time analysis of the correlation vectors in the direction flow field processed by the computer. Typically noise signals are represented by chaotic and large vectors in this direction field. By focussing the camera, the volume of these vectors in the direction field can be minimised. When perfectly focussed theoretically there should not be any of these noise correlation vectors present. This however in practice is difficult to ensure when working under tight time constraints so a level of tolerance is adopted.

2. Measurement of the flow field. Once calibration of the setup is achieved, measurement can commence. The laser is switched on the time delay between pulses is set. The fog generator is switched on and the flow field expelled from the box is captured by the CCD camera. The settings used by the Dantec software are provided in the results. The computer ensures that the laser pulse and the camera capture are synchronised. The delay between successive captures is automatically controlled by the software. The images obtained are recorded on the computer system, ready for post-processing.

3. The final step necessary is post-processing. During this phase, the images captured during the measurement phase are analysed. Each pair of images taken are processed using cross-correlation. Using cross-correlation the images are broken down into smaller and smaller interrogation areas until the specified size is achieved (for example 32x32 px). Each interrogation area is processed using statistical correlation techniques whereby the displacement of the seeding particles is analysed and compared. This allows for the visualisation of the flow field. The resulting direction vector field is provided in the results.

Once the cross-correlation vectors are obtained, the next step necessary is the use of various filters to eliminate the “bad” vectors. These vectors are typically anomalies in the flow field resulting from low seeding particle concentration and general signal noise. The filters used are: peak filter, range filter, and moving average filter. The peak filter eliminates vectors by considering the ratio between the signal peak and the noise peaks. If this ratio drops below a certain value, then the vector is eliminated. The ratio used is given in the results. The range filter ensures that the magnitude of the vectors remains within a set range determined by qualitative analysis of the “good” vectors. The moving average filter filters out “bad” vectors by taking a sample set of vectors around one vector and calculating the mean. If the discrepancy between the actual vector and the average calculated by considering the surrounding vectors is greater than a given ratio, the central vector is either replaced by the mean or completely eliminated. Use of these three filters allows for a great deal of noise to be eliminated from the flow field, however in practice this is never perfect and a certain number of “bad” vectors persist. If necessary, these vectors can be removed manually, however this is a laborious task.

4. The above three phases are carried out for two different velocities of the fog generated.

Conclusions

A number of conclusions can be drawn from the results obtained from the 2D PIV experiment. For the lower velocity it can be seen that the flow field is a fairly constant and regular stream. It can be seen through superposition that the vector field matches the locations of the particles in the images captured by the CCD camera. Further it can be seen from the results obtained from the peak filter that a substantial number of vectors were discarded based on the settings chosen. This filtering allows for the anomalous correlation vectors to be removed, and the range and moving average filters perform this function using different principles. Application of these three vectors allows for a great number of erroneous results to be filtered out; however this is not completely successful. To rid the final results of all the anomalous correlation vectors additional filters and/or manual removal is required. This in practice is a very laborious task.

For the higher velocity it is clear that the flow has more energy; hence the flow field is more chaotic. Vorticity amongst other factors plays an important role in shaping the flow field. It is also clear from the settings used that use of a peak filter signal-to-noise ratio of 2 results in rejection of a very large number of correlation vectors, including many “good” vectors. Therefore when using such filters to post-process images it is crucial that a judicious choice is made when setting such parameters.

For confirmation of the results obtained further experiments are necessary.

ผลลัพธ์ (ไทย) 2:

วิธีการวิธีการที่ใช้ในการทดลองนี้มีการระบุไว้ในขั้นตอนต่อไปนี้: 1 การสอบเทียบของการตั้งค่าการทดลอง การสอบเทียบเป็นสิ่งที่จำเป็นเพื่อให้แน่ใจว่าภาพที่ได้จะเน้นขนาดและปัจจัยที่จำเป็นสำหรับการประมวลผลของภาพที่จะได้รับ การสอบเทียบที่สามารถทำได้ในหลายวิธี . ทั้งสองวิธีการพิจารณาในระหว่างการทดลองครั้งนี้มีการใช้งานของเป้าหมายการสอบเทียบและการวิเคราะห์ตามเวลาจริงของเวกเตอร์ความสัมพันธ์ในด้านการไหลวิเคราะห์โดยคอมพิวเตอร์วิธีแรกทำให้การใช้เป้าหมายการสอบเทียบที่ได้รับในรูปที่2 รูปที่ 2 - จับภาพของเป้าหมายการสอบเทียบเป้าหมายการสอบเทียบนี้จะถูกวางขนานไปกับแผ่นแสงและประมาณกลาง ประกอบด้วยเป้าหมายการสอบเทียบหรือตารางของจุดที่มีจุดกลางที่ใหญ่ล้อมรอบด้วยสี่จุดที่มีขนาดเล็ก ระยะห่างระหว่างจุดสองจุดในเป้าหมายการสอบเทียบนี้จะได้รับเป็น 5 มิลลิเมตร มีการบันทึกภาพของเป้าหมายการสอบเทียบเมื่ออยู่ในแผ่นแสง ภาพเหล่านี้มีการวิเคราะห์โดยคอมพิวเตอร์และปัจจัยระดับจะอนุมานได้โดยการเปรียบเทียบระยะทางที่เห็นได้ชัดระหว่างจุดที่ได้รับจากมุมมองของกล้อง CCD และระยะทางจริง 5 มม ก่อนที่ภาพจะถูกจับกล้องจะเพ่งความสนใจไปที่จุดดังกล่าวทั้งหมดที่ปรากฏที่คมชัด นี่คือการยืนยันโดยการวิเคราะห์กราฟของภาพขาวดำและมั่นใจว่ายอดสัญญาณปัจจุบันเป็นเพียงสีดำและสีขาว. the วิธีการสอบเทียบที่สองที่สามารถทำงานคือการวิเคราะห์ตามเวลาจริงของเวกเตอร์ความสัมพันธ์ในด้านการไหลทิศทางที่ประมวลผลโดยคอมพิวเตอร์ . โดยปกติสัญญาณเสียงจะถูกแทนด้วยเวกเตอร์วุ่นวายและขนาดใหญ่ในด้านทิศทางนี้ โดยมุ่งเน้นกล้องปริมาณของเวกเตอร์เหล่านี้ในด้านทิศทางที่สามารถลด เมื่อเพ่งความสนใจไปได้อย่างสมบูรณ์แบบในทางทฤษฎีไม่ควรจะมีความสัมพันธ์ใด ๆ ของเสียงเหล่านี้เวกเตอร์ปัจจุบัน อย่างไรก็ตามเรื่องนี้ในทางปฏิบัติเป็นเรื่องยากที่จะให้แน่ใจว่าเมื่อทำงานภายใต้ข้อ จำกัด ด้านเวลาให้แน่นระดับของความอดทนเป็นบุตรบุญธรรม. 2 วัดของสนามการไหล เมื่อสอบเทียบของการติดตั้งจะประสบความสำเร็จในการวัดสามารถเริ่ม เลเซอร์เปิดการหน่วงเวลาระหว่างพัลส์ที่มีการตั้งค่า เครื่องกำเนิดไฟฟ้าหมอกเปิดอยู่และเขตการไหลไล่ออกจากกล่องถูกจับโดยกล้อง CCD จะ การตั้งค่าที่ใช้ซอฟแวร์ Dantec มีไว้ในผลการค้นหา คอมพิวเตอร์เพื่อให้แน่ใจว่าการเต้นของชีพจรเลเซอร์และกล้องจับภาพที่ตรงกัน ความล่าช้าระหว่างการจับต่อเนื่องจะถูกควบคุมโดยอัตโนมัติโดยซอฟต์แวร์ ภาพที่ได้จะถูกบันทึกไว้ในระบบคอมพิวเตอร์พร้อมสำหรับการโพสต์. 3 ขั้นตอนสุดท้ายที่จำเป็นคือการโพสต์ ช่วงนี้ภาพที่จับในระหว่างขั้นตอนการวัดการวิเคราะห์ คู่ของแต่ละภาพที่ถ่ายมีการประมวลผลโดยใช้ความสัมพันธ์ข้าม ใช้ความสัมพันธ์ข้ามภาพจะถูกแบ่งออกเป็นขนาดเล็กและขนาดเล็กพื้นที่สอบปากคำจนถึงขนาดที่ระบุจะทำได้ (เช่น 32x32 px) พื้นที่สอบสวนแต่ละครั้งจะถูกประมวลผลโดยใช้เทคนิคทางสถิติโดยความสัมพันธ์การเคลื่อนที่ของอนุภาคเพาะมีการวิเคราะห์และเปรียบเทียบ นี้จะช่วยให้การสร้างภาพของสนามการไหล สนามเวกเตอร์ทิศทางที่ส่งผลให้ในผล. เมื่อพาหะข้ามความสัมพันธ์จะได้รับขั้นตอนต่อไปที่จำเป็นคือการใช้ตัวกรองต่างๆที่จะกำจัดพาหะ "เลวร้าย" เวกเตอร์เหล่านี้มักจะผิดปกติในด้านการไหลที่เกิดจากความเข้มข้นของอนุภาคเพาะต่ำและเสียงรบกวนสัญญาณทั่วไป ตัวกรองที่ใช้เป็นตัวกรองสูงสุดกรองช่วงและการย้ายกรองเฉลี่ย ตัวกรองสูงสุดช่วยลดพาหะโดยพิจารณาอัตราส่วนระหว่างจุดสูงสุดและยอดสัญญาณเสียงที่ ถ้าอัตราส่วนนี้ลดลงต่ำกว่าค่าบางอย่างแล้วเวกเตอร์จะถูกกำจัดออก อัตราส่วนที่ใช้จะได้รับในผลการค้นหา กรองช่วงที่ทำให้มั่นใจได้ว่าขนาดของเวกเตอร์ที่ยังคงอยู่ในช่วงการตั้งค่าที่กำหนดโดยการวิเคราะห์เชิงคุณภาพของเวกเตอร์ "ดี" ย้ายเฉลี่ยกรองกรอง "เลวร้าย" เวกเตอร์โดยการใช้ชุดตัวอย่างของเวกเตอร์รอบหนึ่งเวกเตอร์และการคำนวณค่าเฉลี่ย หากความแตกต่างระหว่างเวกเตอร์ที่เกิดขึ้นจริงและค่าเฉลี่ยคำนวณโดยพิจารณาเวกเตอร์โดยรอบสูงกว่าอัตราส่วนที่กำหนดเวกเตอร์กลางจะถูกแทนที่ทั้งโดยค่าเฉลี่ยหรือตัดออกอย่างสมบูรณ์ การใช้งานของทั้งสามตัวกรองช่วยให้การจัดการที่ดีของเสียงที่จะถูกกำจัดออกจากสนามการไหล แต่ในทางปฏิบัติจะไม่สมบูรณ์แบบและจำนวนที่แน่นอนของเวกเตอร์ "เลวร้าย" ยังคงมีอยู่ ถ้าจำเป็นเวกเตอร์เหล่านี้สามารถลบออกได้ด้วยตนเองอย่างไรก็ตามเรื่องนี้เป็นงานที่ลำบาก. 4 ดังกล่าวข้างต้นสามขั้นตอนจะดำเนินการสองความเร็วที่แตกต่างกันของหมอกที่เกิดขึ้น. สรุปจำนวนข้อสรุปที่สามารถดึงออกมาจากผลที่ได้จากการทดลอง PIV 2D สำหรับความเร็วที่ลดลงจะเห็นได้ว่าสนามไหลเป็นกระแสที่ค่อนข้างคงที่และปกติ มันสามารถมองเห็นผ่านการทับซ้อนที่สนามเวกเตอร์ตรงกับสถานที่ของอนุภาคในภาพที่ถ่ายโดยกล้อง CCD จะ นอกจากนี้จะเห็นได้จากผลที่ได้รับจากตัวกรองสูงสุดที่จำนวนมากของเวกเตอร์ที่ถูกทิ้งตามการตั้งค่าที่เลือก กรองนี้จะช่วยให้ความสัมพันธ์เวกเตอร์ที่ผิดปกติจะถูกลบออกและช่วงและย้ายกรองเฉลี่ยปฏิบัติหน้าที่นี้โดยใช้หลักการที่แตกต่างกัน แอพลิเคชันของทั้งสามเวกเตอร์ช่วยให้จำนวนมากของผลที่ผิดพลาดจะถูกกรองออก; อย่างไรก็ตามเรื่องนี้ไม่ประสบความสำเร็จอย่างสมบูรณ์ เพื่อกำจัดผลสุดท้ายของความสัมพันธ์ที่ผิดปกติเวกเตอร์กรองเพิ่มเติมและ / หรือการกำจัดคู่มือจะต้อง ซึ่งในทางปฏิบัติเป็นงานที่ลำบากมาก. สำหรับความเร็วที่สูงขึ้นก็เป็นที่ชัดเจนว่าการไหลมีพลังงานมากขึ้น; ด้วยเหตุนี้สนามไหลเป็นวุ่นวายมากขึ้น vorticity ท่ามกลางปัจจัยอื่น ๆ ที่มีบทบาทสำคัญในการสร้างสนามการไหล นอกจากนี้ยังเป็นที่ชัดเจนจากการตั้งค่าที่ใช้ว่าการใช้ตัวกรองสูงสุดสัญญาณต่อเสียงรบกวนอัตราส่วน 2 ส่งผลให้การปฏิเสธของจำนวนมากของเวกเตอร์สัมพันธ์รวมถึงหลาย "ดี" เวกเตอร์ ดังนั้นเมื่อใช้ตัวกรองดังกล่าวไปยังโพสต์ภาพกระบวนการเป็นสิ่งสำคัญที่เป็นทางเลือกที่ฉลาดจะทำเมื่อการตั้งค่าพารามิเตอร์ดังกล่าว. สำหรับการยืนยันผลที่ได้รับการทดลองต่อไปเป็นสิ่งที่จำเป็น

ผลลัพธ์ (ไทย) 3:

วิธี

วิธีการที่ใช้สำหรับการทดลองนี้ถูกระบุไว้ในขั้นตอนต่อไปนี้ :

1 การติดตั้งโปรแกรม การสอบเทียบเป็นสิ่งที่จำเป็นเพื่อให้แน่ใจว่าภาพที่ได้จะเน้นและระดับปัจจัยจำเป็นสำหรับการประมวลผลของภาพที่ได้ การสอบเทียบที่สามารถทำได้ในหลายวิธี สองวิธีพิจารณาในการทดลองนี้คือ :ใช้ปรับเทียบเป้าหมายและการวิเคราะห์แบบเรียลไทม์แบบเวกเตอร์ในการไหลด้าน วิเคราะห์ข้อมูลโดยใช้คอมพิวเตอร์

วิธีแรกที่ทำให้การใช้งานของเครื่องเป้าหมาย ให้ ในรูปที่ 2


รูปที่ 2 - ภาพที่จับได้จากการสอบเทียบเป้าหมาย

นี้เป้าหมายคือวางขนานกับแสงและแผ่นประมาณตรงกลางปรับแต่งเป้าหมาย ประกอบด้วย หรือตารางของจุดใหญ่จุดกลางล้อมรอบด้วยสี่จุดเล็ก ระยะทางระหว่างสองจุดนี้ เป้าหมายจะได้รับการสอบเทียบเป็น 5 มิล ภาพจับภาพของการสอบเทียบเป้าหมายเมื่อวางไว้ในแผ่นแสงภาพเหล่านี้จะถูกวิเคราะห์โดย คอมพิวเตอร์ และปัจจัยระดับคือการอนุมานโดยเปรียบเทียบระยะห่างระหว่างจุดที่ชัดเจน โดยมุมมองของกล้อง CCD และระยะทางจริง 5 มิลลิเมตร ก่อนที่ภาพจะถูกจับ กล้องจะเน้นที่จุดทั้งหมดปรากฏคมนี้ได้รับการยืนยันโดยการวิเคราะห์ Histogram ของภาพเฉดสีเทา และมั่นใจว่า สัญญาณยอดปัจจุบันมีเพียงสีดำและขาว

สองวิธีการสอบเทียบที่สามารถใช้ในการวิเคราะห์แบบเรียลไทม์ของความสัมพันธ์เวกเตอร์ในทิศทางการไหลของข้อมูลการประมวลผลโดยคอมพิวเตอร์ โดยทั่วไปเสียงสัญญาณแสดงเวกเตอร์ในทิศทางและวุ่นวายนี้สนามใหญ่โดยโดยกล้อง , ปริมาณเวกเตอร์ ทิศทางด้านเหล่านี้สามารถลด . เมื่อลงตัวเน้นในทางทฤษฎีไม่ควรมีใด ๆเหล่านี้เสียงความสัมพันธ์เวกเตอร์ในปัจจุบัน แต่ในทางปฏิบัติเป็นเรื่องยากเพื่อให้แน่ใจว่าเมื่อทำงานภายใต้ข้อจำกัดเวลาที่แน่นดังนั้นระดับของความอดทนเป็นลูกบุญธรรม

2 การวัดการไหลของฟิลด์เมื่อการติดตั้งสำเร็จ วัดได้เริ่มขึ้น เลเซอร์จะถูกเปลี่ยนในเวลาล่าช้าระหว่างพัลส์เป็นชุด หมอกสร้างเปิดและสนามการไหลออกจากกล่องถูกจับโดยกล้อง CCD . การตั้งค่าที่ใช้โดย dantec ซอฟต์แวร์ไว้ในผลลัพธ์ที่ได้ คอมพิวเตอร์เพื่อให้แน่ใจว่า เลเซอร์ ชีพจรและการจับกล้องตรง .การหน่วงเวลาระหว่างต่อเนื่องจับถูกควบคุมโดยอัตโนมัติโดยซอฟต์แวร์ ภาพที่ได้จะถูกบันทึกไว้ในระบบคอมพิวเตอร์ พร้อมสำหรับการโพสต์

3 สุดท้าย ขั้นตอนที่จำเป็นคือการโพสต์ ในระหว่างขั้นตอนนี้ ภาพที่ถ่ายในระหว่างการวัดระยะจะวิเคราะห์ คู่ของแต่ละภาพที่ถ่ายจะถูกประมวลผลโดยใช้ cross-correlation .การใช้ cross-correlation ภาพแบ่งออกเป็นขนาดเล็กและพื้นที่สอบสวนขนาดเล็กจนถึงขนาดที่ระบุได้ ( ตัวอย่างเช่น 32x32 px ) แต่ละอย่าง พื้นที่การประมวลผลโดยใช้เทคนิคความสัมพันธ์ทางสถิติ โดยการเคลื่อนที่ของอนุภาคเป็นเมล็ดที่วิเคราะห์และเปรียบเทียบ นี้จะช่วยให้ภาพการไหลของฟิลด์ส่งผลให้ทิศทางเวกเตอร์ฟิลด์ในผลลัพธ์ที่ได้

เมื่อ cross-correlation เวกเตอร์จะได้รับขั้นตอนต่อไปที่สำคัญคือการใช้ตัวกรองต่างๆ เพื่อขจัด " เวกเตอร์ที่ไม่ดี " เวกเตอร์เหล่านี้โดยทั่วไปความผิดปกติในนามการไหลที่เกิดจากเมล็ดต่ำความเข้มข้นของฝุ่นและเสียงสัญญาณทั่วไป ตัวกรองที่ใช้กรอง , กรองช่วงสูงสุดและย้ายกรองเฉลี่ย กรองสูงสุดลดเวกเตอร์โดยพิจารณาจากอัตราส่วนระหว่างสัญญาณและเสียงสูงสุดยอด . ถ้าอัตราส่วนต่ำกว่าค่าบางอย่าง แล้วเวกเตอร์ตัดออก อัตราส่วนที่ใช้ในการให้ผล ตัวกรองช่วงเพื่อให้แน่ใจว่าขนาดของเวกเตอร์ยังคงอยู่ภายในชุดช่วงที่กำหนดโดยการวิเคราะห์เชิงคุณภาพของ " เวกเตอร์ที่ดี "ย้ายเฉลี่ยกรองกรอง " ไม่ดี " โดยการเก็บตัวอย่างการตั้งค่าเวกเตอร์ของเวกเตอร์รอบเวกเตอร์และการคำนวณค่าเฉลี่ย ถ้าความขัดแย้งระหว่างเวกเตอร์ที่แท้จริงและเฉลี่ยคำนวณจากรอบเวกเตอร์มากกว่าให้อัตราส่วน , เวกเตอร์กลางจะถูกแทนที่โดยเฉลี่ย หรือตัดออกอย่างสมบูรณ์ใช้เหล่านี้สามตัวกรองที่ช่วยให้การจัดการที่ดีของสัญญาณรบกวนจะถูกตัดออกจากการไหลของข้อมูล แต่ในการปฏิบัตินี้ไม่สมบูรณ์ และจํานวนหนึ่งของ " เลวร้าย " เวกเตอร์คงอยู่ ถ้าจำเป็น เวกเตอร์เหล่านี้สามารถลบออกได้ด้วยตนเอง แต่นี้มันยากเย็นแสนเข็ญ .

4 . ข้างต้นสามขั้นตอนจะดำเนินการสองที่แตกต่างกันความเร็วของหมอกที่สร้างขึ้น


สรุปหมายเลขของข้อสรุปที่สามารถวาดจากผลลัพธ์ที่ได้จาก 2D piv การทดลอง เพื่อลดความเร็ว จะเห็นได้ว่า การไหลของข้อมูลที่ค่อนข้างคงที่และกระแสปกติ มันสามารถเห็นได้จากการที่สนามเวกเตอร์ตรงกับตำแหน่งของอนุภาคในสภาพที่ถ่ายโดยกล้อง CCD .เพิ่มเติม มันสามารถเห็นได้จากผลลัพธ์ที่ได้จากยอดกรองที่เป็นจํานวนมากถูกทิ้งเวกเตอร์ ขึ้นอยู่กับการตั้งค่าเลือก นี้กรองช่วยให้ความสัมพันธ์เวกเตอร์ที่ถูกเอาออก และช่วงและย้ายกรองเฉลี่ยดำเนินการฟังก์ชั่นนี้ใช้หลักการที่แตกต่างกันใช้เหล่านี้สามเวกเตอร์ช่วยให้หมายเลขที่ดีของผลลัพธ์ที่ผิดพลาดจะถูกกรองออก อย่างไรก็ตาม นี่ไม่ใช่ที่ประสบความสำเร็จอย่างสมบูรณ์ เพื่อกำจัดผลลัพธ์สุดท้ายของเวกเตอร์ความสัมพันธ์ที่เพิ่มเติมตัวกรองและ / หรือคู่มือการกำจัดที่ถูกต้อง นี้ในการฝึกเป็นงานที่ลำบากมาก

สำหรับความเร็วที่สูงขึ้นก็เป็นที่ชัดเจนว่า การได้รับพลังงานมากขึ้นดังนั้นการไหลของฟิลด์จะวุ่นวายมากขึ้น vorticity ท่ามกลางปัจจัยอื่น ๆมีบทบาทสำคัญในการสร้างการไหลของฟิลด์ ก็ยังเป็นที่ชัดเจนจากการตั้งค่าที่ใช้ที่ใช้กรองสัญญาณสูงสุดที่อัตราส่วน 2 ผลลัพธ์ในการปฏิเสธของตัวเลขที่มีขนาดใหญ่มากของเวกเตอร์ความสัมพันธ์ รวมถึง " ดี " เวกเตอร์ดังนั้น เมื่อใช้ตัวกรองเช่นการโพสต์ภาพกระบวนการมันเป็นสิ่งสำคัญที่เป็นทางเลือกสุขุมาเมื่อตั้งค่าพารามิเตอร์เช่น .

เพื่อยืนยันผลที่ได้ทดลองเพิ่มเติมเป็นสิ่งจำเป็น .