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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。 #>[5NQ;$'  
    :,*{,^2q:  
    成像示意图
    n+94./Mh  
    首先我们建立十字元件命名为Target f!D~aJ  
    r!WXD9#  
    创建方法: X{-[ E^X  
    NUjo5.7  
    面1 : =c1t]%P,  
    面型:plane Vt;!FZ  
    材料:Air -< RG'I~  
    孔径:X=1.5, Y=6,Z=0.075,形状选择Box ^a?H "  
    +:D90p$e  
    /GDGE }  
    辅助数据: cUPC8k.1  
    首先在第一行输入temperature :300K, (;1Pgh  
    emissivity:0.1; GT(nW|v  
    f6O5k8n  
     uZA^o  
    面2 : ,f2tG+P  
    面型:plane HaiaDY)  
    材料:Air cPL]WI0(  
    孔径:X=1.5, Y=6,Z=0.075,形状选择Box o*}--d? S  
    %I>-_el  
    7Ew.6!s#n1  
    位置坐标:绕Z轴旋转90度, tM&;b?bJ[  
    -0R;C`(!  
    ,U?W  
    辅助数据: U 2@Mxw  
    4Bc<  
    首先在第一行输入temperature :300K,emissivity: 0.1; u{>_Pb  
    $hGiI  
    $4Ko  
    Target 元件距离坐标原点-161mm; TP-<Lhy  
    #'?gMVSk  
    wn-{V kpm  
    单透镜参数设定:F=100, bend=0, 位置位于坐标原点  SK&?s`  
    cy+EJq I  
    (RtjD`e}  
    探测器参数设定: }M+2 ,#l  
    ZZJXd+Q}  
    在菜单栏中选择Create/Element Primitive /plane ^>H+#@R  
    tUR9ti  
    WI+ 5x  
    .gS x`|!  
    ,O[Maj/ch  
    V`;$Ua;y  
    元件半径为20mm*20,mm,距离坐标原点200mm。 +&:?*(?Q  
    us,1:@a)a  
    光源创建: P O{1u%P  
    u^{6U(%  
    光源类型选择为任意平面,光源半角设定为15度。 IC:wof "  
    yk<$XNc  
    !"e~HZmr  
    我们将光源设定在探测器位置上,具体的原理解释请见本章第二部分。 Q#$#VT!F  
    tEE1`10Mt  
    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  :Ky *AI  
    QoVRZ$!p  
    Ad@Odx=o*R  
    功率数值设定为:P=sin2(theta) theta为光源半角15度。我们为什么要这么设定,在第二部分会给出详细的公式推导。 Q'mLwD3>  
    6QC=:_M;  
    创建分析面: ^Nu0+S  
    !Ui"<0[,  
    ZO!  
    到这里元件参数设定完成,现在我们设定元件的光学属性,在前面我们分别对第一和第二面设定的温度和发射系数,散射属性我们设定为黑朗伯,4%的散射。并分别赋予到面一和面二。 Q:#Kt@W  
    &D[pX|!  
    ]XAJ|[]sj*  
    到此,所有的光学结构和属性设定完成,通过光线追迹我们可以查看光线是否可以穿过元件。 yXdJ5Me(T  
    49("$!  
    FRED在探测器上穿过多个像素点迭代来创建热图 ,%a7sk<5k  
    *xl930y  
    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。 `Rc7*2I)l  
    将如下的代码放置在树形文件夹 Embedded Scripts, ;N FTdP  
    Wveba)"$  
    /K WR08ftp  
    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。 ctzaqsr  
    ;Q0WCm\5  
    绿色字体为说明文字, Qf}^x9'  
    A,2dK}\>  
    '#Language "WWB-COM" u VZouw#  
    'script for calculating thermal image map O73 /2=1V  
    'edited rnp 4 november 2005 /0J1_g  
    l6C^,xU~IX  
    'declarations { _]'EK/w  
    Dim op As T_OPERATION Po: )b  
    Dim trm As T_TRIMVOLUME # XD-a  
    Dim irrad(32,32) As Double 'make consistent with sampling -a}d @&  
    Dim temp As Double 08!pLE  
    Dim emiss As Double _Wjd`*  
    Dim fname As String, fullfilepath As String #''q :^EQ  
    L,XWX8  
    'Option Explicit j9=QOq  
    x\ pC&  
    Sub Main nv9kl Q@  
        'USER INPUTS c<8RRYs  
        nx = 31 *vss  
        ny = 31 onuhNn_=>  
        numRays = 1000 r9a?Y!(  
        minWave = 7    'microns u{o!j7  
        maxWave = 11   'microns E!eBQ[@  
        sigma = 5.67e-14 'watts/mm^2/deg k^4 73C  
        fname = "teapotimage.dat" 2A+I8/zRG  
    ~$zodrS9  
        Print "" w;;.bz m  
        Print "THERMAL IMAGE CALCULATION" vIoV(rc+  
    |^ao,3h#  
        detnode = FindFullName( "Geometry.Detector.Surface" ) '找到探测器平面节点 oM@X)6P_  
    |Q'l&Gt6  
        Print "found detector array at node " & detnode zLs[vg.(  
    H@uCbT  
        srcnode = FindFullName( "Optical Sources.Source 1" ) '找到光源节点 `W8A *  
    4gTD HQP  
        Print "found differential detector area at node " & srcnode r`Qzn" H  
    @CSTp6{y  
        GetTrimVolume detnode, trm COx<X\  
        detx = trm.xSemiApe kW#{[,7r  
        dety = trm.ySemiApe #l(cBM9sz  
        area = 4 * detx * dety rSYzrVc  
        Print "detector array semiaperture dimensions are " & detx & " by " & dety u= |hRTD=  
        Print "sampling is " & nx & " by " & ny 4DL;/Z:  
    S=^a''bg  
        'reset differential detector area dimensions to be consistent with sampling LN8V&'>  
        pixelx = 2 * detx / nx b ;Vy=f  
        pixely = 2 * dety / ny 4No!`O-!&  
        SetSourcePosGridRandom srcnode, pixelx / 2, pixely / 2, numRays, False '~^3 =[Z  
        Print "resetting source dimensions to " & pixelx / 2 & " by " & pixely / 2 a;a2x .<  
    8q6b3q:c  
        'reset the source power fR>(b?C  
        SetSourcePower( srcnode, Sin(DegToRad(15))^2 ) [8k7-}[  
        Print "resetting the source power to " & GetSourcePower( srcnode ) & " units" K#=)]qIk  
    QOECpk-  
        'zero out irradiance array Tm8c:S^uq)  
        For i = 0 To ny - 1 MSm vQ  
            For j = 0 To nx - 1 %5=XszS  
                irrad(i,j) = 0.0 \(lt [=  
            Next j c1IK9X*  
        Next i mW_<c,3D.  
    gJNp]I2R  
        'main loop vG'JMzAm  
        EnableTextPrinting( False ) ndkV(#wQS  
    t(4%l4i;X  
        ypos =  dety + pixely / 2 U!"+~d)  
        For i = 0 To ny - 1 2WjQ-mM#  
            xpos = -detx - pixelx / 2 P5+FZzQ  
            ypos = ypos - pixely Q?GmSeUi  
    9w -t9X>X  
            EnableTextPrinting( True ) cS98%@DR  
            Print i 6#+&_ #9  
            EnableTextPrinting( False ) Rx$5#K!%M  
    T4`.rnzyRb  
    6g*B=d(j  
            For j = 0 To nx - 1 %Dg]n 4f  
    d jeax  
                xpos = xpos + pixelx :^DuB_  
    3A_7R-sQ  
                'shift source R qS2Qo]  
                LockOperationUpdates srcnode, True s4 o-*1R*`  
                GetOperation srcnode, 1, op kfo, PrW`A  
                op.val1 = xpos a;eV&~  
                op.val2 = ypos bQlShVJL  
                SetOperation srcnode, 1, op sKhX0,s&  
                LockOperationUpdates srcnode, False T`{W$ 4XS  
    %,rUN+vW  
                'raytrace 3QDz0ct  
                DeleteRays 8>Hnv]p  
                CreateSource srcnode dZ&/Iz  
                TraceExisting 'draw [X.sCl|  
    mnM#NT5]  
                'radiometry }d2]QD#O  
                For k = 0 To GetEntityCount()-1 3u7^*$S  
                    If IsSurface( k ) Then 5taYm'  
                        temp = AuxDataGetData( k, "temperature" ) iWu$$IV?-  
                        emiss = AuxDataGetData( k, "emissivity" ) m'$]lf;*  
                        If ( temp <> 0 And emiss <> 0 ) Then O $uXQ.r  
                            ProjSolidAngleByPi = GetSurfIncidentPower( k ) ~S)o ('  
                            frac = BlackBodyFractionalEnergy ( minWave, maxWave, temp ) iIwMDlQ "  
                            irrad(i,j) = irrad(i,j) + frac * emiss * sigma * temp^4 * ProjSolidAngleByPi oc,a  
                        End If QDS=M]  
    Exox&T  
                    End If 4r!8_$fN?G  
    BlQu9{=n  
                Next k =& ~*r  
    ~/J:p5?L  
            Next j -C wx %  
    n%I%O7  
        Next i Bry\"V"'g  
        EnableTextPrinting( True ) *P&ZE   
    MoN;t;  
        'write out file X#<#7.  
        fullfilepath = CurDir() & "\" & fname 6X5`npf  
        Open fullfilepath For Output As #1 ;2 oR?COW  
        Print #1, "GRID " & nx & " " & ny k 41lw^Jh  
        Print #1, "1e+308" a!}.l< )  
        Print #1, pixelx & " " & pixely ^1M:wX r  
        Print #1, -detx+pixelx/2 & " " & -dety+pixely/2 _8b)Xx@5  
     :\1:n  
        maxRow = nx - 1 \3(d$_:b  
        maxCol = ny - 1 ;Y#~2eYCz  
        For rowNum = 0 To maxRow                    ' begin loop over rows (constant X) T_O\L[]p*  
                row = "" @2-Eky  
            For colNum = maxCol To 0 Step -1            ' begin loop over columns (constant Y) , KF>PoySA  
                row = row & irrad(colNum,rowNum) & " "     ' append column data to row string }zi:nSpON  
            Next colNum                     ' end loop over columns r*<)QP^B~  
    uYAPGs#k  
                Print #1, row ]%m0PU#  
    I~EQuQ>=  
        Next rowNum                         ' end loop over rows LbDhPG`u  
        Close #1 #L.fGTb  
    f_X]2in  
        Print "File written: " & fullfilepath 6|3$43J,F  
        Print "All done!!" "; tl>Ot  
    End Sub NvWwj%6]  
    k2l(!0o|;  
    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: =NwmhV  
    vRYQ4B4o  
    SlI0p&2,  
    找到Tools工具,点击Open plot files in 3D chart并找到该文件 Wq8Uq}~_g  
      
    zr%lBHuW  
    w1EYXe  
    打开后,选择二维平面图: MCU{@ \?Xf  
    ?J,hv'L]  
    QQ:2987619807
    0f/=C9L  
     
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