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    [分享]十字元件热成像分析 [复制链接]

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    只看楼主 倒序阅读 楼主  发表于: 2020-11-18
    简介:本文是以十字元件为背景光源,经过一个透镜元件成像探测器上,并显示其热成像图。 M[T!AO-S$  
    ^h|'\-d\  
    成像示意图
    i%B$p0U<  
    首先我们建立十字元件命名为Target |@)ij c4i  
    tX}Fb0y  
    创建方法: 9=~jKl%\vJ  
    ]zK} X!  
    面1 : F{<r IR  
    面型:plane Ki@8  
    材料:Air R ?\8SdJ  
    孔径:X=1.5, Y=6,Z=0.075,形状选择Box Vk~}^;`Y  
    `wG&Cy]v  
    9zd)[4%=  
    辅助数据: `}Hnj*  
    首先在第一行输入temperature :300K, 7~`6~qg.  
    emissivity:0.1; a. 5`Q2  
    %s)E}cGH  
    8@Km@o]?  
    面2 : X!_OOfueP8  
    面型:plane #wm)e)2@  
    材料:Air &q` =xF  
    孔径:X=1.5, Y=6,Z=0.075,形状选择Box %BHq2~J  
    !p9F'7;Y<  
    uTJ?@ ^nq  
    位置坐标:绕Z轴旋转90度, $S cjEG:6  
    #6m//0 u  
    T@ HozZ  
    辅助数据: ;NPb  
    ,>jm|BTD {  
    首先在第一行输入temperature :300K,emissivity: 0.1; nocH~bAf2  
    KJkcmF}Q  
    FRF}V@~  
    Target 元件距离坐标原点-161mm; rC*nZ*  
    4-n.4j|  
    3 \WdA$Wx  
    单透镜参数设定:F=100, bend=0, 位置位于坐标原点 ;~q)^.K3  
    ?%0i,p@<  
    dX3> j{_  
    探测器参数设定: ohyUvxvj  
    ,^,J[F  
    在菜单栏中选择Create/Element Primitive /plane mLYB6   
    lJ,s}l7  
    |Z/ySAFM  
    -T(V6&'Qi  
    e)bqE^JP  
    Ek. j@79  
    元件半径为20mm*20,mm,距离坐标原点200mm。 V7v,)a" L  
    Bms?`7}N  
    光源创建: \%VoX` B  
    Y{'G2)e  
    光源类型选择为任意平面,光源半角设定为15度。 Kj>_XaFCg!  
    3G&1. 8  
    0\o'd\  
    我们将光源设定在探测器位置上,具体的原理解释请见本章第二部分。 LMDa68 s  
    Q'Tn+}B&  
    我们在位置选项又设定一行的目的是通过脚本自动控制光源在探测器平面不同划分区域内不同位置处追迹光线 ZqGq%8\.s  
    G j:|  
     t|DYz#]  
    功率数值设定为:P=sin2(theta) theta为光源半角15度。我们为什么要这么设定,在第二部分会给出详细的公式推导。 0&-sz=L  
    j)5Vv K\  
    创建分析面: hv)($;  
    +$'/!vN  
    GgYomR:  
    到这里元件参数设定完成,现在我们设定元件的光学属性,在前面我们分别对第一和第二面设定的温度和发射系数,散射属性我们设定为黑朗伯,4%的散射。并分别赋予到面一和面二。 g<-cHF  
    32Z4&~ I  
    iB`m!g6$  
    到此,所有的光学结构和属性设定完成,通过光线追迹我们可以查看光线是否可以穿过元件。 <.2Z{;z  
    q.t5L=l^ r  
    FRED在探测器上穿过多个像素点迭代来创建热图 N!3f1d7RQ  
    lb('r"*.  
    FRED具有一个内置的可编译的Basic脚本语言。从Visual Basic脚本语言里,几乎所有用户图形界面(GUI)命令是可用这里的。FRED同样具有自动的客户端和服务器能力,它可以被调用和并调用其他可启动程序,如Excel。因此可以在探测器像素点上定义多个离轴光源,及在FRED Basic脚本语言里的For Next loops语句沿着探测器像素点向上和向下扫描来反向追迹光线,这样可以使用三维图表查看器(Tools/Open plot files in 3D chart)调用和查看数据。 }1P  
    将如下的代码放置在树形文件夹 Embedded Scripts, >JMKEHl.q  
    b6(yyYdF  
    rG]Xgq"   
    打开后清空里面的内容,此脚本为通用脚本适用于一切可热成像的应用。 >4E,_`3N  
    V]2z5u_q  
    绿色字体为说明文字, Sm,$~~iq}  
    ]=3O,\  
    '#Language "WWB-COM" zkOgL9 (_8  
    'script for calculating thermal image map }ie]7N6;  
    'edited rnp 4 november 2005 .,,73"  
    U8mu<)  
    'declarations  ]gW J,  
    Dim op As T_OPERATION V_kE"W)  
    Dim trm As T_TRIMVOLUME !ZZAI_N  
    Dim irrad(32,32) As Double 'make consistent with sampling yiq#p "Hs  
    Dim temp As Double .%A2  
    Dim emiss As Double @6SSk=9_S  
    Dim fname As String, fullfilepath As String ^b~5zhY&  
    `<n:D`{dZ  
    'Option Explicit kes'q8k  
    e{,/  
    Sub Main [1U_c*;i  
        'USER INPUTS A.b#r[  
        nx = 31 _u>>+6,p  
        ny = 31 lUEyo.xVt  
        numRays = 1000 &?nF' ;&  
        minWave = 7    'microns kR ]SxG9  
        maxWave = 11   'microns \YS?}! 0  
        sigma = 5.67e-14 'watts/mm^2/deg k^4 hz%IxI9  
        fname = "teapotimage.dat" +q$|6?  
    as4NvZ@+r  
        Print "" *&]l  
        Print "THERMAL IMAGE CALCULATION" ?r<F\rBT7*  
    !Xi>{nV  
        detnode = FindFullName( "Geometry.Detector.Surface" ) '找到探测器平面节点 i`$rzXcS  
    I\~V0<"jI  
        Print "found detector array at node " & detnode =*Xf(mhc  
    pS;dvZ  
        srcnode = FindFullName( "Optical Sources.Source 1" ) '找到光源节点 +IYSWR  
    MV}]i@ V  
        Print "found differential detector area at node " & srcnode )|x5#b-lz  
    b*KZe[#M1  
        GetTrimVolume detnode, trm aw1J#5j`n  
        detx = trm.xSemiApe : 4WbDeR  
        dety = trm.ySemiApe G m! ]   
        area = 4 * detx * dety ltR^IiA}  
        Print "detector array semiaperture dimensions are " & detx & " by " & dety }i:'f 2/  
        Print "sampling is " & nx & " by " & ny *lAdS]I  
    uw!|G>  
        'reset differential detector area dimensions to be consistent with sampling (xed(uFEK  
        pixelx = 2 * detx / nx H)Ge#=;ckQ  
        pixely = 2 * dety / ny :\_MA^<  
        SetSourcePosGridRandom srcnode, pixelx / 2, pixely / 2, numRays, False IcQ!A=lB  
        Print "resetting source dimensions to " & pixelx / 2 & " by " & pixely / 2 [!mjUsut*  
    H@' @xHv  
        'reset the source power zQ}N mlk  
        SetSourcePower( srcnode, Sin(DegToRad(15))^2 ) >>zoG3H!  
        Print "resetting the source power to " & GetSourcePower( srcnode ) & " units" Yur)_m  
    V?BVk8D};  
        'zero out irradiance array )6^xIh  
        For i = 0 To ny - 1 oFR'GUQC  
            For j = 0 To nx - 1 GN c|)$  
                irrad(i,j) = 0.0 _ZBR<{  
            Next j  u$8MVP  
        Next i g"S+V#R  
    ZiYzsn  
        'main loop V JL;+  
        EnableTextPrinting( False )  22~X~=  
     a|uZJ*  
        ypos =  dety + pixely / 2 Po. BcytM  
        For i = 0 To ny - 1 :OaQq@V  
            xpos = -detx - pixelx / 2 [)>8z8'f  
            ypos = ypos - pixely LW5ggU/  
    !p2,|6Y`y  
            EnableTextPrinting( True ) 1iL xXd  
            Print i \|` Pul$  
            EnableTextPrinting( False ) agT[y/gb  
    %nf=[f  
    '<S:|$ $  
            For j = 0 To nx - 1 q Xhf?x  
    &W// Ox )f  
                xpos = xpos + pixelx .oN Sg.jG  
    PJ:5Lb<  
                'shift source _4B iF?1  
                LockOperationUpdates srcnode, True 9= $,]M  
                GetOperation srcnode, 1, op ]},Q`n>$  
                op.val1 = xpos 5XO'OSdYq  
                op.val2 = ypos _J~ta.  
                SetOperation srcnode, 1, op 14!a)Ijl  
                LockOperationUpdates srcnode, False h_G Bx|c  
    )wv[!cYyW  
                'raytrace T ) f_W  
                DeleteRays L$c%u  
                CreateSource srcnode 4 Olv8nOe<  
                TraceExisting 'draw LE80`t>M#  
    l'". }6S  
                'radiometry J*KBG2+13  
                For k = 0 To GetEntityCount()-1 4eL54).1O  
                    If IsSurface( k ) Then 8;f<qu|w  
                        temp = AuxDataGetData( k, "temperature" ) hs_|nr0;[  
                        emiss = AuxDataGetData( k, "emissivity" ) ,xe@G)a  
                        If ( temp <> 0 And emiss <> 0 ) Then RdvTtXg  
                            ProjSolidAngleByPi = GetSurfIncidentPower( k ) ur,"K' w  
                            frac = BlackBodyFractionalEnergy ( minWave, maxWave, temp ) NG!cEo:2aa  
                            irrad(i,j) = irrad(i,j) + frac * emiss * sigma * temp^4 * ProjSolidAngleByPi X8n/XG~_  
                        End If | 4oM+n;Y  
    ::Q);  
                    End If Mth`s{sATa  
    qs1.@l("  
                Next k bW.zxQ :  
    wp*&&0O!  
            Next j To{G#QEgG  
    K(KP3Q  
        Next i EJ;0ypbG  
        EnableTextPrinting( True ) $]U5  
    K-k.=6mS  
        'write out file V&j.>Y  
        fullfilepath = CurDir() & "\" & fname 2G}7R5``9  
        Open fullfilepath For Output As #1 AH 87UkNL  
        Print #1, "GRID " & nx & " " & ny Vt)\[Tl~  
        Print #1, "1e+308" +IO1ipc4cE  
        Print #1, pixelx & " " & pixely 2T(,H.O  
        Print #1, -detx+pixelx/2 & " " & -dety+pixely/2 y_4krY|Zx  
    QD;f~fZ  
        maxRow = nx - 1 'Kzr-)JS  
        maxCol = ny - 1 Q @OC=  
        For rowNum = 0 To maxRow                    ' begin loop over rows (constant X) $x_52 j\j  
                row = "" K9O,7h:x  
            For colNum = maxCol To 0 Step -1            ' begin loop over columns (constant Y) . (*kgv@3x  
                row = row & irrad(colNum,rowNum) & " "     ' append column data to row string s!;VUr\  
            Next colNum                     ' end loop over columns %v+fN?%x,d  
    (06Vcqg  
                Print #1, row eo*u(@  
    .m]=JC5'  
        Next rowNum                         ' end loop over rows ~UJu @M  
        Close #1 1s}NQ3  
    azDC'.3{p  
        Print "File written: " & fullfilepath *v nxP9<  
        Print "All done!!" @FdCbPl$  
    End Sub HMS9y%zl/  
    _`X#c-J  
    在输出报告中,我们会看到脚本对光源的孔径和功率做了修改,并最终经过31次迭代,将所有的热成像数据以dat的格式放置于: jPYe_y  
    q4.dLU,1  
    m~j\?mb{+  
    找到Tools工具,点击Open plot files in 3D chart并找到该文件 n@07$lY@;  
      
    Ad`[Rt']kI  
    6`4W,  
    打开后,选择二维平面图: A?;8%00  
    *n*N|6 +  
    QQ:2987619807
    kF+}.x%  
     
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