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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。 RLl*@SEi"  
    klpYtQ  
    成像示意图
    _{$eOwB  
    首先我们建立十字元件命名为Target [_kis  
    Lg6;FbY?  
    创建方法: KV&4Ep#  
    `^_c&y K  
    面1 : h"O4r8G}  
    面型:plane ;W"=s79  
    材料:Air +% E)]*Ym  
    孔径:X=1.5, Y=6,Z=0.075,形状选择Box j _]#Ew\q  
    \PU7,*2  
    E}-Y!,v^  
    辅助数据: D1G9^7:^E  
    首先在第一行输入temperature :300K, 4v[Zhf4JM  
    emissivity:0.1; nulLK28q  
    hB[VU ";  
    pAdx 6  
    面2 : $W_sIS0\z  
    面型:plane Lp1\vfU<+  
    材料:Air 2g0_[$[m  
    孔径:X=1.5, Y=6,Z=0.075,形状选择Box W"3YA+qpI  
    eHX;*~e6)  
    J_-K"T|f  
    位置坐标:绕Z轴旋转90度, 85e!)I_  
    5`>%{ o  
    cmcR @zv  
    辅助数据: 58]C``u@Y  
    LZ'Y3 *  
    首先在第一行输入temperature :300K,emissivity: 0.1; >^!)G^B  
    5EX Ghc'  
    b+/z,c6w  
    Target 元件距离坐标原点-161mm; bz'#YM  
    @1c[<3xJ T  
    nNc>nB1  
    单透镜参数设定:F=100, bend=0, 位置位于坐标原点 ",, W1]"%  
    ny l[d|pVa  
    1#Q~aY  
    探测器参数设定: _48@o^{  
    OyG#  
    在菜单栏中选择Create/Element Primitive /plane HI\V29 a  
    z%lLbKSe  
    a[ Y\5Ojm  
    l $:?82{  
    Rlwewxmr  
     I?R?rW  
    元件半径为20mm*20,mm,距离坐标原点200mm。 pP|LSr Y!  
    =zsA@UM0  
    光源创建: gt \O  
    l>D!@`><I  
    光源类型选择为任意平面,光源半角设定为15度。 eeM$c`Y<  
    )<K3Fz Bs  
    Of gmJ(%  
    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。 v!WkPvU  
     8 ?4/  
    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 han S8  
    QLLMSa+! \  
    1e)5D& njS  
    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。 crlCN  
    /D~MHO{  
    创建分析面: W*WSjuFr2  
    Lk`,mjhk  
    \Y$@$)   
    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。 {8e4TD9E0  
    V2oXg  
    H[J5A2b  
    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。 WB|N)3-1  
    6|10OTVu`  
    FRED在探测器上穿过多个像素点迭代来创建热图 H[[#h=r0f  
    aB^`3J  
    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。 P ~rTuj  
    将如下的代码放置在树形文件夹 Embedded Scripts, :=oIvSnh  
    a0)]W%F  
    ZxoAf;U~  
    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。 Eoh{+>:6  
    I4Rd2G_  
    绿色字体为说明文字, p/ au.mc  
    !.c no&  
    '#Language "WWB-COM" 8;<3Tyjzu  
    'script for calculating thermal image map L IN$Y  
    'edited rnp 4 november 2005 DTN)#G CtF  
    7*C>4Gs  
    'declarations 9R3YUW}s  
    Dim op As T_OPERATION P;V5f8r?  
    Dim trm As T_TRIMVOLUME cL+bMM$4r~  
    Dim irrad(32,32) As Double 'make consistent with sampling r 3FUddF'  
    Dim temp As Double uGY(`  
    Dim emiss As Double \rSofn#c  
    Dim fname As String, fullfilepath As String H$!sK  
    7*(K%e"U  
    'Option Explicit tk66Ggi[K  
    Q=?YY-*$  
    Sub Main <o: O<p@6  
        'USER INPUTS /c!@ H(^)  
        nx = 31 z+{Q(8'b]  
        ny = 31 2'-o'z<  
        numRays = 1000 WKB K)=  
        minWave = 7    'microns cIQ e^C  
        maxWave = 11   'microns I!u fw\[  
        sigma = 5.67e-14 'watts/mm^2/deg k^4 UI_u:a9Q/  
        fname = "teapotimage.dat" 3Q2z+`x'  
    H:4? sR3  
        Print "" v{O(}@  
        Print "THERMAL IMAGE CALCULATION" >vZ^D  
    r%FfJM@!  
        detnode = FindFullName( "Geometry.Detector.Surface" ) '找到探测器平面节点 KOit7+Q  
    G~{#%i  
        Print "found detector array at node " & detnode ; G4g;YHy|  
    1+9}Xnxb  
        srcnode = FindFullName( "Optical Sources.Source 1" ) '找到光源节点 i _YJq;(  
    UO}Yr8Z;  
        Print "found differential detector area at node " & srcnode %3es+A@  
    (3QG  
        GetTrimVolume detnode, trm Lem:zXj  
        detx = trm.xSemiApe !"bU|a  
        dety = trm.ySemiApe <>R\lPI2  
        area = 4 * detx * dety ]^v*2!_(  
        Print "detector array semiaperture dimensions are " & detx & " by " & dety q4]Qvf>  
        Print "sampling is " & nx & " by " & ny 9PWqoz2c  
    +OfHa\Nz  
        'reset differential detector area dimensions to be consistent with sampling }HxC ~J"  
        pixelx = 2 * detx / nx !b?`TUt   
        pixely = 2 * dety / ny SxW.dT8{  
        SetSourcePosGridRandom srcnode, pixelx / 2, pixely / 2, numRays, False E=RX^ 3+}  
        Print "resetting source dimensions to " & pixelx / 2 & " by " & pixely / 2 n|) JhXQ  
    E#(dri*#t  
        'reset the source power VdF<#(X+  
        SetSourcePower( srcnode, Sin(DegToRad(15))^2 ) &e;GoJ  
        Print "resetting the source power to " & GetSourcePower( srcnode ) & " units" UY/qI%#L#,  
    g$^I/OK?  
        'zero out irradiance array fea4Ul{ib  
        For i = 0 To ny - 1 r@ v&~pL  
            For j = 0 To nx - 1 w~Jy,[@n  
                irrad(i,j) = 0.0 uTRFeO>  
            Next j Vy@0Got5=  
        Next i sO 0j!;N  
    #s0Wx47~  
        'main loop Y%#r&de  
        EnableTextPrinting( False ) VZCCMh-  
    P"<,@Mn  
        ypos =  dety + pixely / 2 YTV|]xpR  
        For i = 0 To ny - 1 #jT=;G7f2  
            xpos = -detx - pixelx / 2 I@l }%L  
            ypos = ypos - pixely hg+0!DVx  
    c-=z<:Kf  
            EnableTextPrinting( True ) v<V9Z <ub  
            Print i 'I5~<"E  
            EnableTextPrinting( False ) o`~ %}3  
    U{Moyj  
    uM@ve(8\  
            For j = 0 To nx - 1 ^u$?& #  
    |\J! x|xy  
                xpos = xpos + pixelx nPj &a  
    1Gh3o}z  
                'shift source t+2,;G  
                LockOperationUpdates srcnode, True iU"{8K,  
                GetOperation srcnode, 1, op YHfk; FI  
                op.val1 = xpos on)$y&lu  
                op.val2 = ypos Nj$h/P  
                SetOperation srcnode, 1, op V J]S"  
                LockOperationUpdates srcnode, False :{M1]0 NH  
    }o2e&.$4d  
                'raytrace C252E  
                DeleteRays d D;r35h=  
                CreateSource srcnode O%p+P<J  
                TraceExisting 'draw WQ)vu&;  
    Bb@m-+f  
                'radiometry 95b65f  
                For k = 0 To GetEntityCount()-1 V8+8?5'l  
                    If IsSurface( k ) Then v)-:0 f  
                        temp = AuxDataGetData( k, "temperature" ) wSIfqf+y  
                        emiss = AuxDataGetData( k, "emissivity" ) aT20FEZ;  
                        If ( temp <> 0 And emiss <> 0 ) Then 7f#r&~=  
                            ProjSolidAngleByPi = GetSurfIncidentPower( k ) |QxT"`rT  
                            frac = BlackBodyFractionalEnergy ( minWave, maxWave, temp ) 9P\R?~3  
                            irrad(i,j) = irrad(i,j) + frac * emiss * sigma * temp^4 * ProjSolidAngleByPi * $v`5rP  
                        End If 48"=,IrM  
    -/gAb<=  
                    End If @V71%D8{  
    y3Lq"?h  
                Next k N!YjMx)P  
    uH=^ILN.  
            Next j jR@J1IR<  
    I'a&n}j x  
        Next i sq1v._^s  
        EnableTextPrinting( True ) VY_<c98v  
    ~-K<gT/  
        'write out file t+%tN^87:  
        fullfilepath = CurDir() & "\" & fname CvB)+>oa  
        Open fullfilepath For Output As #1 @&}~r  
        Print #1, "GRID " & nx & " " & ny J>%uak<  
        Print #1, "1e+308" xe9V'wICp(  
        Print #1, pixelx & " " & pixely iK=SK3)vR  
        Print #1, -detx+pixelx/2 & " " & -dety+pixely/2 /d prs(*K  
    Z9k"&F ~u}  
        maxRow = nx - 1 5`O af\S  
        maxCol = ny - 1 lMRy6fzI  
        For rowNum = 0 To maxRow                    ' begin loop over rows (constant X) >cRE$d?  
                row = "" ^:64(7  
            For colNum = maxCol To 0 Step -1            ' begin loop over columns (constant Y) k(%h{0'  
                row = row & irrad(colNum,rowNum) & " "     ' append column data to row string Gz@/:dW^vZ  
            Next colNum                     ' end loop over columns 3,$G?auW  
    4Up \_  
                Print #1, row @o4n!Ip2x/  
    ?0VETa ~m  
        Next rowNum                         ' end loop over rows g*[DyIm  
        Close #1 $5S/~8g(  
    {3R?<ET]mt  
        Print "File written: " & fullfilepath 3*;S%1C^  
        Print "All done!!" iIO_d4Z  
    End Sub ?TEdGe\*  
    q:X&)f  
    在输出报告中,我们会看到脚本对光源的孔径和功率做了修改,并最终经过31次迭代,将所有的热成像数据以dat的格式放置于: ^7$V>|  
    mCQn '{)  
    5"o)^8!>  
    找到Tools工具,点击Open plot files in 3D chart并找到该文件 2nA/{W\hC  
      
    hB 36o9|9  
    @l^BW*BCo  
    打开后,选择二维平面图: ';.n#  
    8@Hl0{q  
    QQ:2987619807
    \o2cztl=  
     
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