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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。 "G)?  E|  
    NdQ?3'WJ  
    成像示意图
    3yX^R^`  
    首先我们建立十字元件命名为Target 0].5[Jo  
    \$UU/\  
    创建方法: tqf-,BLh  
    "n-xsAG  
    面1 : ]g!<5 w  
    面型:plane /qze  
    材料:Air #!@ ]%4  
    孔径:X=1.5, Y=6,Z=0.075,形状选择Box lv&wp@  
    >R-$JrU.=  
    J>v>6OC6i  
    辅助数据: ]`m5!V_Y  
    首先在第一行输入temperature :300K, ^O"`.2O1  
    emissivity:0.1; Q{kuB+s  
    C@W0fz  
    Y" |U$  
    面2 : KJSy7F  
    面型:plane 7w({ GZ  
    材料:Air gI{F"7fa=  
    孔径:X=1.5, Y=6,Z=0.075,形状选择Box *E6 p=  
    x7>sy,c  
    PxY"{-iAM  
    位置坐标:绕Z轴旋转90度, $a1.c;NE'  
    }]@ "t)"  
    -fn~y1  
    辅助数据: Iqv 5lo .  
    |Dli6KN  
    首先在第一行输入temperature :300K,emissivity: 0.1; Jy$-)  
    v4^VYi,.-  
    #=m5*}=  
    Target 元件距离坐标原点-161mm; =p:6u_@XWj  
    lPP7w`[PA  
    (Zkt2[E`  
    单透镜参数设定:F=100, bend=0, 位置位于坐标原点 4Qs#ws])  
    }=5(*Vg  
    WOoVVjMM  
    探测器参数设定: <#i'3TUR  
    vzPrG%Uu7g  
    在菜单栏中选择Create/Element Primitive /plane %/p5C  
    W'yICt(#G  
    ZN/")  
    QG ia(  
    $ :/1U$  
    PeZ=ONY5  
    元件半径为20mm*20,mm,距离坐标原点200mm。 ]RJ2`xf  
    4BX*-t  
    光源创建: s RB8 jY  
    57rP@,vj  
    光源类型选择为任意平面,光源半角设定为15度。 O,PHAwVG%L  
    Hr'#0fW  
    r\?*?sL  
    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。 eyOAG4QTV  
    yuWrU<Kw  
    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 Q&7Qht:ea:  
    iZF{9@  
    Y|bGd_j  
    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。 ~V4|DN[I  
    Fej$`2mRH  
    创建分析面: w1Kyd?~%]  
    oz--gA:g  
    1k`!w}  
    到这里元件参数设定完成,现在我们设定元件的光学属性,在前面我们分别对第一和第二面设定的温度和发射系数,散射属性我们设定为黑朗伯,4%的散射。并分别赋予到面一和面二。 ^;e`ZtcI  
    mj pH)6aD0  
    uM$=v]e^ 4  
    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。 l }[ 4  
    0nX5 $Kn  
    FRED在探测器上穿过多个像素点迭代来创建热图 OpfFF;"A'  
    #i? TCO  
    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。 v%r!}s  
    将如下的代码放置在树形文件夹 Embedded Scripts, 0Pe.G0 #  
    Al?XJ C B@  
    BC^WPr  
    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。 1Pbp=R/7ar  
    ?hO*~w;UU|  
    绿色字体为说明文字, 6_7d1.wv9  
    q~Ud>{  
    '#Language "WWB-COM" 1*5n}cU~  
    'script for calculating thermal image map x:(e: I8x(  
    'edited rnp 4 november 2005 DN+iS  
    &,+ZN A`P  
    'declarations "o`( kYSF  
    Dim op As T_OPERATION ,b/0_Q  
    Dim trm As T_TRIMVOLUME 6%? NNEM  
    Dim irrad(32,32) As Double 'make consistent with sampling B}p/ ,4x6  
    Dim temp As Double wI:oe`?H  
    Dim emiss As Double ie)Qsw@  
    Dim fname As String, fullfilepath As String H 74hv`G9  
    a&&EjI  
    'Option Explicit {.ph)8  
    $O[ut.   
    Sub Main ~0`Pe{^*  
        'USER INPUTS HHdc[pJ0D  
        nx = 31 3Xy>kG}  
        ny = 31 db`<E <  
        numRays = 1000 UV=TU=A\o  
        minWave = 7    'microns p47~vgJN  
        maxWave = 11   'microns SngV<J>zR  
        sigma = 5.67e-14 'watts/mm^2/deg k^4 Zhw _L  
        fname = "teapotimage.dat" g&"Nr aQM9  
    'lWNU   
        Print "" D/U o?,>8  
        Print "THERMAL IMAGE CALCULATION" V[% r5!83H  
    BD#4=u  
        detnode = FindFullName( "Geometry.Detector.Surface" ) '找到探测器平面节点 0-QkRr_ I  
    HtMlSgx,8>  
        Print "found detector array at node " & detnode ;@sxE}`?g  
    SU*P@?:/}  
        srcnode = FindFullName( "Optical Sources.Source 1" ) '找到光源节点 <ioX|.7ZX  
    Lbd_L  
        Print "found differential detector area at node " & srcnode r`lgK2r\  
    SkxTgX5  
        GetTrimVolume detnode, trm T_r[#j  
        detx = trm.xSemiApe SN11J+  
        dety = trm.ySemiApe |^FDsJUN  
        area = 4 * detx * dety r+>9O  
        Print "detector array semiaperture dimensions are " & detx & " by " & dety y};qo'dlt  
        Print "sampling is " & nx & " by " & ny Q_ $AGF  
    p@P[pzxI  
        'reset differential detector area dimensions to be consistent with sampling Cu >pql<O  
        pixelx = 2 * detx / nx ! $n^Ze2 !  
        pixely = 2 * dety / ny am`eist:  
        SetSourcePosGridRandom srcnode, pixelx / 2, pixely / 2, numRays, False mv5!fp_*7  
        Print "resetting source dimensions to " & pixelx / 2 & " by " & pixely / 2 :D&QGw(n  
    E_$ ST3  
        'reset the source power S6cSeRmw  
        SetSourcePower( srcnode, Sin(DegToRad(15))^2 ) #Qkl| h  
        Print "resetting the source power to " & GetSourcePower( srcnode ) & " units" p<Zf,F}  
    (33[N  
        'zero out irradiance array A+? n=IHh  
        For i = 0 To ny - 1 VGTo$RH  
            For j = 0 To nx - 1 bBjVot  
                irrad(i,j) = 0.0 ])e6\)  
            Next j MEg|AhP  
        Next i g-6!+>w*>e  
    eK]GyY/Y  
        'main loop wd u>3Ch"y  
        EnableTextPrinting( False ) cLamqZf3  
    m^p Q55,   
        ypos =  dety + pixely / 2 2 !{P<   
        For i = 0 To ny - 1 enZW2o97c  
            xpos = -detx - pixelx / 2 <&:3|2p  
            ypos = ypos - pixely %R(j|a9z  
    3fpX  
            EnableTextPrinting( True ) }P^{\SDX  
            Print i IWTD>c).  
            EnableTextPrinting( False ) F/mD05{  
    WMrK8e'  
    RL($h4d9  
            For j = 0 To nx - 1 T Li0*)}  
    F YcC2TM  
                xpos = xpos + pixelx s9@IOE GAt  
    W C}mt%H*O  
                'shift source (Iu5QLE  
                LockOperationUpdates srcnode, True  c,x2   
                GetOperation srcnode, 1, op 7v1}8Uk  
                op.val1 = xpos mh|M O(  
                op.val2 = ypos 5JQq?e)n  
                SetOperation srcnode, 1, op ""TRLs!:M  
                LockOperationUpdates srcnode, False ^fH]Rlx  
    (gz|6N  
                'raytrace * _U z**M  
                DeleteRays _M{m6k(h  
                CreateSource srcnode a ipvG  
                TraceExisting 'draw 2Ask]  
    k5W5 9tz  
                'radiometry m_oBV|v{  
                For k = 0 To GetEntityCount()-1 |qfnbi-\  
                    If IsSurface( k ) Then f'*HP%+Y  
                        temp = AuxDataGetData( k, "temperature" ) >pz/wTOi  
                        emiss = AuxDataGetData( k, "emissivity" ) ;sb0,2YyP  
                        If ( temp <> 0 And emiss <> 0 ) Then lkBab$S)  
                            ProjSolidAngleByPi = GetSurfIncidentPower( k ) I C7n;n9  
                            frac = BlackBodyFractionalEnergy ( minWave, maxWave, temp ) 6]na#<  
                            irrad(i,j) = irrad(i,j) + frac * emiss * sigma * temp^4 * ProjSolidAngleByPi hnL(~  
                        End If yU&A[DZQ  
    E/Y.f  
                    End If /TS>I8V!  
    M`A bH19  
                Next k WF_G GF{  
    lAV6z%MmM  
            Next j !j [U  
    s|YY i~  
        Next i ^h=;]vxO  
        EnableTextPrinting( True ) }Li24JK  
    zaR~fO  
        'write out file j @sd x)1+  
        fullfilepath = CurDir() & "\" & fname /\h&t6B1  
        Open fullfilepath For Output As #1 lLo FM  
        Print #1, "GRID " & nx & " " & ny Eo)n( Z9  
        Print #1, "1e+308" NcRY Ch  
        Print #1, pixelx & " " & pixely KG)Y{-Ao  
        Print #1, -detx+pixelx/2 & " " & -dety+pixely/2 oQFpIX;\m  
    j =[Td   
        maxRow = nx - 1 YgrBIul  
        maxCol = ny - 1 Wv$e/N`l  
        For rowNum = 0 To maxRow                    ' begin loop over rows (constant X) G$Z8k,g+<7  
                row = "" N!^U{;X7/  
            For colNum = maxCol To 0 Step -1            ' begin loop over columns (constant Y) .#EmE'IP*  
                row = row & irrad(colNum,rowNum) & " "     ' append column data to row string ln#Lx&r;|  
            Next colNum                     ' end loop over columns !)KX?i[Q  
    ?zKDPBj  
                Print #1, row ad }^Dj/  
    `[/BG)4  
        Next rowNum                         ' end loop over rows f`P%aX'cBQ  
        Close #1 &\`=}hB  
    &PgbFy  
        Print "File written: " & fullfilepath 3x.|g   
        Print "All done!!" zd"o #(sv  
    End Sub .u)Po;e`  
    .Mdxbs6.C  
    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: FG1$_zN |  
     jats)!:  
    Mryi6XT  
    找到Tools工具,点击Open plot files in 3D chart并找到该文件 {BDp`uZ  
      
    { ~FYiX  
    8xZN4ck_@  
    打开后,选择二维平面图: ci6j"nKci  
    jW"C: {Ol;  
    QQ:2987619807
    qP*$wKY,  
     
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