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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。 HtXBaIl\  
    /E  yg*#  
    成像示意图
    4l!Yop0h  
    首先我们建立十字元件命名为Target RDZh>K PG  
    'GdlqbX(%  
    创建方法: l:Xf(TLa  
    GTIfrqT  
    面1 : 3% 4Mq6Q`  
    面型:plane ysT!^-&p  
    材料:Air qsRfG~Cg  
    孔径:X=1.5, Y=6,Z=0.075,形状选择Box C`T5d  
    DW%K'+@M  
    gsq[ 9  
    辅助数据: }/}`onRZ  
    首先在第一行输入temperature :300K, KA{DN!  
    emissivity:0.1; .VEfd4+ni{  
    y^|3]G3  
    T(Gf~0HYF  
    面2 : d*:qFq_  
    面型:plane w,#W&>+&  
    材料:Air Ty|c@X  
    孔径:X=1.5, Y=6,Z=0.075,形状选择Box c&?H8G)x  
    .lj!~_  
    <WKz,jh  
    位置坐标:绕Z轴旋转90度, wQS w&G  
    >Pd23TsN  
    [)6E) E`_e  
    辅助数据: bme#G{[)Y  
    eKti+n.  
    首先在第一行输入temperature :300K,emissivity: 0.1; `ip69 IF2*  
    HPCA$LD  
    " /-v 9  
    Target 元件距离坐标原点-161mm; 2Xs< 1rF  
    [>9"RzEl  
    !4cdP2^P  
    单透镜参数设定:F=100, bend=0, 位置位于坐标原点 /2V',0  
    ]BD5+>;  
    1% %Tm"  
    探测器参数设定: R$m?&1K  
    a} 7KpKCD  
    在菜单栏中选择Create/Element Primitive /plane WY~[tBi\  
    P2RL\`<"  
    M@[gT?m v1  
    PCnJ2  
    3evfX[V#  
    G'C^C[_W  
    元件半径为20mm*20,mm,距离坐标原点200mm。 V+5 n|L5  
    gCI'YEx  
    光源创建: OWfj<#}t+  
    Z'bMIdV  
    光源类型选择为任意平面,光源半角设定为15度。 B&j+fi  
    k8>^dZub  
    4DM|OL`w  
    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。 Mo|5)8_  
    ?|YQtY  
    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 b>._ r&.  
    leJd) {  
    .JKaC>oX  
    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。 9Bw5 t@  
    X_8NW,  
    创建分析面: S$/3Kq  
    T )]|o+G  
    j" .6  
    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。 O~]G(TMs8W  
    XYTcG;_z  
    L KR,CPz  
    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。 u#|Jl|aT  
    y^BM*CI  
    FRED在探测器上穿过多个像素点迭代来创建热图 hIr^"kVK  
    YL0RQa  
    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。 5LH ]B  
    将如下的代码放置在树形文件夹 Embedded Scripts, eA^|B zU  
    Bn:sN_N  
    C}E ea~  
    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。 nEr, jd~f  
     ?C\9lLX  
    绿色字体为说明文字, d_B5@9e#  
    #+nv,?@  
    '#Language "WWB-COM" {u3u%^E;R  
    'script for calculating thermal image map 4`]1W,t  
    'edited rnp 4 november 2005 :\RB ^3;  
    `q*ABsj  
    'declarations &p/k VM  
    Dim op As T_OPERATION @S):a`J  
    Dim trm As T_TRIMVOLUME 6 nhB1Aei  
    Dim irrad(32,32) As Double 'make consistent with sampling cXH?'q 'vZ  
    Dim temp As Double I ]1fH  
    Dim emiss As Double tgnXBWA`!  
    Dim fname As String, fullfilepath As String xoaQ5u  
    e0 EJ[bG  
    'Option Explicit OSU=O  
    T+hW9pa)  
    Sub Main  /9Xf[<  
        'USER INPUTS *%sYajmD  
        nx = 31 %)V3QnBO  
        ny = 31 hi uPvi}  
        numRays = 1000 ;oE4,  
        minWave = 7    'microns |05LHwb>  
        maxWave = 11   'microns <'33!8 G  
        sigma = 5.67e-14 'watts/mm^2/deg k^4 -XB>&dNl)T  
        fname = "teapotimage.dat" )cXc"aj@s  
    dx}!]_mlZ  
        Print "" d?.x./1[qi  
        Print "THERMAL IMAGE CALCULATION" .jw)e!<\N  
    ~qH@Kz\%  
        detnode = FindFullName( "Geometry.Detector.Surface" ) '找到探测器平面节点 { q<l]jn9  
    i|Wn*~yFOO  
        Print "found detector array at node " & detnode XF6= xD  
    ]=Q'1%  
        srcnode = FindFullName( "Optical Sources.Source 1" ) '找到光源节点 +0DIN4Y(4  
    <Jz>e}*)  
        Print "found differential detector area at node " & srcnode 0Jr< >7Q1  
    xm5D$m3#  
        GetTrimVolume detnode, trm 0M p>X  
        detx = trm.xSemiApe duCm+4,.  
        dety = trm.ySemiApe %iv'/B8  
        area = 4 * detx * dety G$b4`wt  
        Print "detector array semiaperture dimensions are " & detx & " by " & dety RZjR d  
        Print "sampling is " & nx & " by " & ny q[lqEc  
    K(^x)w r-:  
        'reset differential detector area dimensions to be consistent with sampling r{_'2Z_i  
        pixelx = 2 * detx / nx `Ii>w b  
        pixely = 2 * dety / ny '`u1,h  
        SetSourcePosGridRandom srcnode, pixelx / 2, pixely / 2, numRays, False YX(%jcj*  
        Print "resetting source dimensions to " & pixelx / 2 & " by " & pixely / 2 $oEDyC  
    Jo ^ o`9  
        'reset the source power 8}"j#tDc  
        SetSourcePower( srcnode, Sin(DegToRad(15))^2 ) )NK2uD  
        Print "resetting the source power to " & GetSourcePower( srcnode ) & " units"  Bv3v;^  
    gFH_^~7i8p  
        'zero out irradiance array >vhyKq|g<  
        For i = 0 To ny - 1 ?W(f%/B#  
            For j = 0 To nx - 1 Gmb57z&:  
                irrad(i,j) = 0.0 Zl)|x%z  
            Next j '%,Re-8O  
        Next i 7blZAA?-  
    =@'"\ "Nh  
        'main loop lMP7o&  
        EnableTextPrinting( False ) cD\Qt9EI  
    tkmW\  
        ypos =  dety + pixely / 2 ,\M'jV"S K  
        For i = 0 To ny - 1  T-\,r  
            xpos = -detx - pixelx / 2 a5iMCmL+  
            ypos = ypos - pixely <}=D?bXw  
    *VU Xw@  
            EnableTextPrinting( True ) lc#H%Qlg  
            Print i W[jxfZD9v  
            EnableTextPrinting( False ) ?/\;K1c p  
    ,#A,+!4  
    _F,OS<>  
            For j = 0 To nx - 1 z}%to0W  
    UpITx]y?"m  
                xpos = xpos + pixelx ;dnn 2)m  
    )q,}jeM8  
                'shift source E_OLf%um  
                LockOperationUpdates srcnode, True 8P 8"dN[  
                GetOperation srcnode, 1, op /H)g<YA  
                op.val1 = xpos `'>>[*06:a  
                op.val2 = ypos VlEkT9^:  
                SetOperation srcnode, 1, op E*%{Nn  
                LockOperationUpdates srcnode, False QqDF_  
    [Xrq+O,  
                'raytrace dx~Wm1  
                DeleteRays Fri5_rxLl  
                CreateSource srcnode ;9~z_orNQZ  
                TraceExisting 'draw {`'b+0[;@  
    @ZVc!5J_,  
                'radiometry ~ 0[K%]]  
                For k = 0 To GetEntityCount()-1 }X UHP%  
                    If IsSurface( k ) Then ..!yf e"5  
                        temp = AuxDataGetData( k, "temperature" ) `'93J wYb  
                        emiss = AuxDataGetData( k, "emissivity" ) &$=F $  
                        If ( temp <> 0 And emiss <> 0 ) Then OV[-m;h|  
                            ProjSolidAngleByPi = GetSurfIncidentPower( k ) M;E&@[5  
                            frac = BlackBodyFractionalEnergy ( minWave, maxWave, temp ) S$#Awen"@  
                            irrad(i,j) = irrad(i,j) + frac * emiss * sigma * temp^4 * ProjSolidAngleByPi OhTO*C8  
                        End If g (~&  
    c]9OP9F  
                    End If kO4C^pl"v  
    xnLfR6B  
                Next k |oM6(px  
    L]V K9qB  
            Next j 4 (yHD  
    1~*_H_Q't  
        Next i PyoLk  
        EnableTextPrinting( True ) +X< Z 43  
    *cd9[ ~  
        'write out file aV ^2  
        fullfilepath = CurDir() & "\" & fname K,RIa0)  
        Open fullfilepath For Output As #1 *-n$n  
        Print #1, "GRID " & nx & " " & ny <D=%5 5  
        Print #1, "1e+308" V;z?m)ur  
        Print #1, pixelx & " " & pixely Ze~\=X" "  
        Print #1, -detx+pixelx/2 & " " & -dety+pixely/2 ;HC"hEc!  
    >3ODqRu  
        maxRow = nx - 1 |`|b&Rhu  
        maxCol = ny - 1 ~5|a9HV:  
        For rowNum = 0 To maxRow                    ' begin loop over rows (constant X) >!$4nxq2>  
                row = "" HCP Be2  
            For colNum = maxCol To 0 Step -1            ' begin loop over columns (constant Y) q q`Uv U  
                row = row & irrad(colNum,rowNum) & " "     ' append column data to row string V}(%2W5X+  
            Next colNum                     ' end loop over columns qjWgyhL  
    DJbj@ 2W[  
                Print #1, row Y}Ov`ZM!r  
    T7,tJk,(  
        Next rowNum                         ' end loop over rows g5cR.]oz  
        Close #1 n_!&Wr^CX  
    U3Q'ZT  
        Print "File written: " & fullfilepath PvM<#zq_  
        Print "All done!!" l"- D@]"  
    End Sub ~(^[TuJC  
    /eE P^)h  
    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: V +hV&|=  
    B<o i,S  
    | zAey\  
    找到Tools工具,点击Open plot files in 3D chart并找到该文件 )TWf/L cp  
      
    )j$Bo{  
    \/5 8#  
    打开后,选择二维平面图: 0 cQf_o  
    ( R0   
    QQ:2987619807
    S`-z$ph}  
     
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