PIV和LDA哪个测速更准确？

c0324002

才

zyzyeast

呵呵，总的来说，都可以很准，但是LDA拿过来就很准，PIV需要下一定功夫才可以很准。多数计量部门做速度计标定都用LDA，基本没有人用PIV。
LDA比PIV太省事了，省事多了。

c0324002

昨天的帖没有说清楚，对于同一种流体，所处状态也一样，我分别使用PIV和LDA测量，速度差了一个数量级。LDA测得1-10mm/s，PIV测得0.1-0.5mm/s,是不是PIV测得有什么问题？

zyzyeast

首先建议你分析LDA测量结果：
光路设置是否正确？Data Rate多少？Validation多少？是不是在示波器内看到了正确的多普勒波形？
如果这些都没有错的话，那八成是PIV出了什么问题

c0324002

谢谢，关于我的LDA参数，Data Rata在0-15000#/s，Validation在0-30%，粒子数0-2000，示波器内的波形不是纺锤形，是类似长方形的。至于光路设置怎么判断呢？

zyzyeast

[这个贴子最后由zyzyeast在 2008/03/21 08:44pm 第 4 次编辑]

简单来说，15k的data rate对于这么低的速度来说相当高了，如果你的一切设置正确的话，那么，恭喜你，你中奖了。可惜，往往中奖概率很低，所以我觉得你设置的有问题，呵呵。
首先，你的多普勒波形不对劲；其次，你的Validation太低了；至于粒子数，什么概念？
你可以这么做：
1. 如果你在用TSI的系统，那么把高低通滤波调窄，具体我没用过，但是你可以参照Dantec的方法来调；如果你在用Dantec的系统，那么首先，用Repetition模式，把Distribution图形窗口、system monitor打开，看速度分布。将中心速度（可能对应TSI系统中的中心频率，换算成中心速度）设置到速度分布图的中心，将速度范围（在TSI系统中是不是没有中心频率选项？那你就要把速度范围换算成高低截止频率然后填上去）也按照速度分布设置好。这样可以保证所有的有效速度都在测量范围内，也可以保证大部分噪音都在测量范围外。做了这个工作以后，多普勒波形就会变得“纺锤”一些，并且有效率也会升高。
2. 如果这时候数据率没有下降，那么恭喜你，你中奖了！但是多数情况下，你会看到数据率降下来了。这时候注意两件事，看多普勒波形的毛刺是不是很多，如果那样的话，首先考虑的是看光电倍增管（PM或叫PMT）的电压和电流。TSI不知道怎么看，Dantec你要看System Monitor中的电流是否达到或接近黄色预警值。这么低的速度，这么高的数据率，多数情况下是因为PM电压过高或激光能量过强引起的数据率虚高。过度使用PM会造成PM的迅速老化，不好。如果电流太高了，要调低电压。
3. 如果电压调低了，毛刺依然没有下来，那么看激光器能量。不知道你实验什么样，但是正常情况下，2W的总能量已经很高了（如果你用氩离子激光器），一般这种速度，几百毫瓦就够了。
4. TSI的系统的话，注意看信噪比什么的设置，不要离默认值太远（两家的处理器处理基理不太一样，没用过TSI的，没手感，呵呵）。Dantec的系统的话，其他一切都用默认设置即可，这么低的速度其实别的什么都不用调。
通常，这种低速测量，Data Rate能有1k就不错了，经过以上调节，看看数据率是不是下来了？Validation是不是上去了？注意，关键看多普勒波形对不对！然后再看看速度测的是多少。
不复杂吧？LDA就这么几个可调的，检查一下吧。
上面说到的光路，如果你用TSI的系统，不知道软件给出的是频率还是速度，如果是频率，那么算速度时候要用到光束夹角，这个别用错了；如果用Dantec的系统，光学设置是在软件里做的，在Optical选项里别写错了。
That';s all！[br][br][以下内容由 zyzyeast 在 2008年03月21日 08:49pm 时添加] [br]
哦，我才意识到什么叫“长方形”！就是基本完全是噪音！……Repeat以上步骤，数遍。。。to optimize the signal。。。

zyzyeast

[这个贴子最后由zyzyeast在 2008/03/21 08:53pm 第 2 次编辑]

总之，这么低的速度，其实除速度范围（频率范围）外，什么都用默认设置就好了（或把UI Level开到Standard），激光器能量从低往高调，即使能量比较高，数据率也不会有太大变化。
再另外，如果隔着比较厚的玻璃壁面，不要用Coincident模式采集，要用Non-coincident模式。

yxjbuaa

用LDV都是无年前的事了，所以对很多问题不敢确定。
当时用的是TSI的系统，但是无论怎样，基本原理是相通的。
首先，data rate 15K实在是恐怖，而且对于这么低速的流动。除非你的粒子浓度超大，或者测量体超大。
我估计，速度这么低的情况，数据率能有几十就可以了，上百就很好了。
如果你的激光系统没有问题（查什么，zyzyeast说得很清楚了），注意coincidence window（时间窗）和频移量（默认40K）的调节，如果速度梯度不大，coincidence window可是适当放宽，但是不要大的离谱，这个在mannual文件里应当说得很详细。对于TSI系统，各方向的速度分布，数据率，信噪比等在软件上都应当有显示，对于速度信号和多普勒波形，高斯分布样式是合理的分布。

zyzyeast

恩，简单纠正一下：
频移量是指的40MHz那个么？
另外，测量体大小与数据率高低不是一定的关系，貌似测量体越大，同时看到的粒子越多，数据率会越高。但实际上，由于测量体过大后，同时出现的粒子太多，信号会叠加，给处理器的区分带来比较大的难度（这也是为什么处理器由1bit升级到8bitFFT的原因之一），导致Validation下降，而引起Data Rate下降。
因此实际情况是，在多数情况下（注意，是多数情况，不是所有情况），测量体越小，数据率越高。恩，这么低的速度，数据率能上百就不错了。
我过两天也会做一个类似的实验，结果回头贴上来。

SilentDon

   个人人为LDA测量的准确性应当高于PIV的测量结果，因为PIV测量所的到的速度既是时间平均又是空间平均，所谓瞬时速度也是一个平均量。拿速度较低的流动打比方，只有两帧的时间间隔足够长，粒子的位移才可分辨，即满足所谓动态范围的下限。而空间平均就更容易理解了，是诊断区域内粒子运动的平均速度大小和方向。
   而LDA测量结果是由颗粒运动速度，入射光波长、入射角以及颗粒散射入射光后频移这几个确定量之间的关系决定的，是确定的数学表达式，没有任何近似，如果说有误差的话应当是运算电路带来的误差。
   其实各种测量设备都有它的优缺点，PIV设备虽然给测量带来很多方便，但仍有较大的局限性，在某些指标上也远不及LDA或者热线，比如热线的响应频率是其他两种设备不能比的，LDA响应频率理论上很高，但在实际测量中还是要受到颗粒浓度的限制。
   个人见解，有不同意见欢迎讨论。
  

yxjbuaa

[这个贴子最后由yxjbuaa在 2008/03/24 08:20pm 第 1 次编辑]

呵呵，的确是40MHz，记错了。
谢谢zyzyeast纠正，对于粒子浓度我以前在实验的时候都是先调试一下，改变粒子浓度直到data rate达到最优，所以常常忽略这个问题，呵呵。
个人认为LDV（LDA）的测量结果实际上也是一个空间平均的测量结果，其空间分辨率就是测量体的大小，测量体（记不清测量体和测控体那个是最终决定因素了）是个椭球体，TSI早期的产品测量体的短径在0.1mm量级，长径在mm量级（当然和探头的焦距有关，普通的商业产品，确切地说能够卖给中国的产品也就是这个量级），对于这样的空间分辨率，PIV显然是很容易得到的，所以个人认为空间平均不是影响PIV测量精度的最主要因素。现在的LDV空间分辨率要高很多，可以实现短轴直径几十微米量级，实际上PIV不是不能达到，而是往往没有必要达到这个量级，比如MicroPIV，其空间分辨率显然可以达到这个量级。
不同的测量方法有不同的优势，有些经典的测量方法现阶段还不能被取代，但是随着测量技术的进步，激光测量方法必然会越来越普遍使用。看看Experiments in Fluids的最新一期就可以看到，PIV的火热程度不亚于上个世纪七八十年代LDV的火热程度，甚至于有超越。
实际上现状已经很明了了，LDV虽然可以达到较高的精度，但是系统复杂，有些情况下测量很麻烦，此外，实验测量周期长（相同的测量内容，相对于PIV来说），并且不能够得到空间瞬态流动结构（现在的非定常流动研究很热，这是LDV的致命伤）。随着PIV的不断发展，软硬件的不断进步，显然PIV以及和PIV相似的场测量技术将会是流体测量的主流。比如DGV就是非常值得关注的测量技术，它则可以客服PIV在高速流动测量方面的致命伤，而同时利用了LDV测量的高精度，回避了PIV在处理图像上的诸多棘手问题。

zyzyeast

恩，楼上的楼上说的和楼上说的都没错，哈哈，绕口令。
LDA可以达到非常高的空间分辨率，而PIV如果深究的话也可以做到很高（我曾经算过，可以达到40微米的景深）。CTA，PIV，LDA也确实各有特点，目前谁也无法完全取代谁。（再补充：LDA的主要误差源来自光学参数的确定，也就是出厂时的光学参数测量，而不是电子信号；并且我认为，对于常规测量，LDA比PIV用起来简单很多）
但是，有一点值得注意，尽管从测量手段上讲，PIV等成像方式更直观，而且近年来升温很快，但是，2001年以来，LDA/PDA的市场也在逐年扩大（我也是最近才听说）。深层次的原因是由于全球对于spray测量的需求增加（汽车，航空，航天发动机为主，冶金、农业、医药、印刷等依次），尤其是德国，日本和美国（两个二战轴心国）。可惜的是，国内现在没有这种迹象，呵呵。
DGV我个人认为是好东西，做一下很有市场潜力，做成纯硬件算法相对比较容易，不过估计这年头搞电路的人不会再搞这东西了。。。
我从来不认为Holo, Tomo会像3CPIV一样普及，毕竟成本太高了，测量太复杂了，已经不能称之为一个工具了，不可能有市场。尽管现在不断有些新技术出现（比如，PIV==>CFD网格PIV，PTV==>Feature PIV），但是，说实话，这些都只是PIV/PTV手段的补充和完善，现在还看不清流体测量的下一步发展道路。[br][br][以下内容由 zyzyeast 在 2008年03月25日 10:01pm 时添加] [br]
再补充两点：
1. 如果MicroPIV采用倒置显微镜，则空间分辨率可以达到5微米数量级；
2. LDA有个PIV无法比拟的优势，就是可以精确测量附面层：PIV只能知道到壁面的相对位置，最多可以得到几百微米数量级的绝对位置，而LDA可以精确得到至壁面的绝对位置（微米数量级）

SKLCC虫草晶

个人觉得没有什么可比性，一个实测点的，一个是测面上的（或者是3D）。看你的更需要那种结果，笼统的比较没有意义。适合你的就是最好的！
就我自己而言，PIV更适合我的方向，当然某些情况下LDA的结果也是非常需要的。呵呵。

yxjbuaa

下面引用由zyzyeast在 2008/03/25 09:52pm 发表的内容：
...
2. LDA有个PIV无法比拟的优势，就是可以精确测量附面层：PIV只能知道到壁面的相对位置，最多可以得到几百微米数量级的绝对位置，而LDA可以精确得到至壁面的绝对位置（微米数量级）

早几年的时候在Experiments in Fluid 上有用PIV测量边界层逆序结构的，已经深入到了粘性底层。一般来说，湍流的最小相关尺度Kolmogorov尺度也大致在几十微米的量级，所以，个人认为，PIV测量可以对边界层测量的很细致，主要看测量方法。
对于二维边界层的测量，用PIV应该可以精确地确定测量到壁面的距离，用荧光粒子，片光垂直于壁面的方法可以测量的很细致，这已经有很多应用了。对于边界层的测量，除了反光，最主要的是粒子的进入问题，这个PIV和LDV都会遇到。

FlowTech

这个ＣＦＤ网格ＰＩＶ和Ｆｅａｔｕｒｅ　ＰＩＶ是什么？

下面引用由zyzyeast在 2008/03/25 09:52pm 发表的内容：
恩，楼上的楼上说的和楼上说的都没错，哈哈，绕口令。
LDA可以达到非常高的空间分辨率，而PIV如果深究的话也可以做到很高（我曾经算过，可以达到40微米的景深）。CTA，PIV，LDA也确实各有特点，目前谁也无法完全 ...