5.64 Мб 
Введение
Анемометрия по изображениям частиц (PIV) — это метод визуализации, который позволяет ученым и инженерам извлекать количественную информацию из цифровой видеозаписи прозрачного потока с засеянными частицами. Обычно это включает использование высокоскоростной камеры для фиксации движения частиц, освещаемых лазером. Тип частиц выбирается в зависимости от задачи так, чтобы они следовали за потоком, но не влияли на его поведение. Существуют различные способы проведения PIV, и один из них называется PIV с «межкадровой задержкой» (frame straddling). В данной заметке обсуждается способ синхронизации оборудования Vision Research (камеры Phantom) с импульсным лазером через 5-вольтовый TTL-сигнал.
Межкадровая задержка (Frame Straddling)
Цель метода — создание «видео», состоящего из последовательных «пар кадров». Эффективное временное разрешение этих пар напрямую связано со временем задержки между кадрами (straddle time). Часто высокоскоростные камеры имеют время задержки от 5 мкс до 200 нс, что соответствует эффективному временному разрешению пар кадров от 20 000 до 5 000 000 кадров в секунду.
Аппаратная синхронизация сигналов
Для обеспечения правильной синхронизации камера и лазер должны использовать общий тактовый сигнал. Это может быть либо лазер, управляющий камерой (выход Laser TTL-OUT на вход Camera TTL-IN), либо камера, управляющая лазером (выход Camera TTL-OUT на вход Laser TTL-IN).
Как правило, после достижения синхронизации пары лазерных импульсов изначально оказываются не в фазе относительно положения кадров камеры. В результате оба лазерных импульса могут попасть в один период экспозиции (вместо двух последовательных), что создаст видео с чередованием ярких и темных кадров. Чтобы системно исправить это, подайте сигнал STROBE с камеры вместе с сигналом фотодиода (фиксирующего лазерные импульсы) на осциллограф.
Определив на осциллографе необходимый временной сдвиг фазы, вы можете использовать функцию «программируемого ввода-вывода» (Programmable IO) в ПО PCC, чтобы задержать:
- Сигнал синхронизации, исходящий от камеры (f-sync или strobe), для точного соответствия лазерным импульсам.
- Внутренние импульсы интеграции, используя функцию «задержки кадра» (Frame Delay).
Это увеличит разницу во времени между импульсом f-sync и началом кадра (спадом сигнала strobe или началом времени интеграции), чтобы точно совместить время экспозиции с лазерными импульсами.
Схемы и важные примечания
Схемы осциллографа:
- Конфигурация «вне фазы» (Out-of-Phase): Импульсы лазера попадают не туда, требуется сдвиг.
- Конфигурация «в фазе» (In-Phase): Правильное совмещение сигналов.
Важные комментарии:
- Рекомендуется использовать осциллограф для проверки временного положения сигналов лазера и камеры (strobe, trigger, f-sync и т.д.).
- Внешний блок синхронизации (timing box) не всегда обязателен. В некоторых случаях его заменяет функция Programmable IO в ПО PCC с точностью до одного такта пикселя.
- Убедитесь, что камера находится в режиме «PIV mode» — это минимизирует время задержки между кадрами, максимизирует время интеграции и включает пакетный режим (burst mode).
- Если нужно начать запись всех устройств одновременно (с кадра 0), можно использовать сигнал READY камеры, подав его в качестве пускового (trigger).
- Режим Burst: При необходимости камеру можно настроить на выполнение двух интеграций на один сигнал f-sync. Для этого в режиме PIV установите параметр
burst count = 2.
