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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。 nWvuaQ0}  
    q,3;m[cA  
    成像示意图
    QERU5|.wc  
    首先我们建立十字元件命名为Target i"j(b|?e  
    SgEBh  
    创建方法: R+~cl;#G6  
    ~Gqno  
    面1 : :SsUdIX;P  
    面型:plane !8@*F  
    材料:Air uyF|O/FC  
    孔径:X=1.5, Y=6,Z=0.075,形状选择Box wfjc/u9W6R  
    l6u&5[C  
    HSIvWhg?p  
    辅助数据: )*5G">))p  
    首先在第一行输入temperature :300K, u<n`x6gL  
    emissivity:0.1; RuG-{NF{F  
    G8IY#  
    -OYDe@Wb]  
    面2 : K"V:<a  
    面型:plane 9F^;!  
    材料:Air ,b$2=JO'f  
    孔径:X=1.5, Y=6,Z=0.075,形状选择Box |Cdvfk  
    s:Akk kF  
     YOAn4]j  
    位置坐标:绕Z轴旋转90度, Sc]P<F7N]  
    dtAbc7  
    K$ v"Uk  
    辅助数据: Ft@Wyo`^  
    +} mk>e/  
    首先在第一行输入temperature :300K,emissivity: 0.1; m4[g6pNx~  
    %o}(sShS  
    t+nRw?Z  
    Target 元件距离坐标原点-161mm; vSW L$Y2  
    z\/53Sy<  
    ba3-t;S  
    单透镜参数设定:F=100, bend=0, 位置位于坐标原点 {$M;H+Foh  
    ?_`0G/xl  
    SLhEc  
    探测器参数设定: g8'DoHJ*  
    ,5|d3dJS  
    在菜单栏中选择Create/Element Primitive /plane lr2 rQo >  
    Be}$I_95\P  
    somfv$'B  
    F pt-V  
    A{<xc[w;p  
    oY`qInM_  
    元件半径为20mm*20,mm,距离坐标原点200mm。 w.N,)]h  
    #yc L'T`X%  
    光源创建: $gMCR b,  
    \Z/k;=Sla  
    光源类型选择为任意平面,光源半角设定为15度。 M@p"y q  
    L<(VG{)Z  
    V8O.3fo`[`  
    我们将光源设定在探测器位置上,具体的原理解释请见本章第二部分。 9YF$CXonE=  
    Ewo*yY>  
    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 NfE.N&vI_c  
    D*vm cSf  
    ODf4+& u  
    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。 W>spz~w%j  
    `dJDucD  
    创建分析面: gUB{Bh($Y  
    }iIbcA  
    Q1>zg,r  
    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。 i9UI,b%X  
    KIL18$3J  
    v\ZBv zd  
    到此,所有的光学结构和属性设定完成,通过光线追迹我们可以查看光线是否可以穿过元件。 ?kt=z4h9(  
    he )ulB  
    FRED在探测器上穿过多个像素点迭代来创建热图 S*%iiD)  
    PdY>#Cyh  
    FRED具有一个内置的可编译的Basic脚本语言。从Visual Basic脚本语言里,几乎所有用户图形界面(GUI)命令是可用这里的。FRED同样具有自动的客户端和服务器能力,它可以被调用和并调用其他可启动程序,如Excel。因此可以在探测器像素点上定义多个离轴光源,及在FRED Basic脚本语言里的For Next loops语句沿着探测器像素点向上和向下扫描来反向追迹光线,这样可以使用三维图表查看器(Tools/Open plot files in 3D chart)调用和查看数据。 }gsO&g"8  
    将如下的代码放置在树形文件夹 Embedded Scripts, ew#T8F[  
    w 7tC|^#G  
    r3I,11B  
    打开后清空里面的内容,此脚本为通用脚本适用于一切可热成像的应用。 C]`eH *z~8  
    `HUf v@5  
    绿色字体为说明文字, {TZE/A3D,  
    b2h":G|s  
    '#Language "WWB-COM"  }sMW3'V  
    'script for calculating thermal image map Kla:e[{  
    'edited rnp 4 november 2005 Ohl} X 1  
    )-&nxOP  
    'declarations FsCwF&/q  
    Dim op As T_OPERATION =sQ(iso%f  
    Dim trm As T_TRIMVOLUME ID8k/t!  
    Dim irrad(32,32) As Double 'make consistent with sampling _g6m=N4  
    Dim temp As Double E!aq?`-'!  
    Dim emiss As Double L2U x9_S  
    Dim fname As String, fullfilepath As String Xyv8LB  
    eX<K5K.B  
    'Option Explicit |l90g|isJ  
    Rlw9$/D!Z  
    Sub Main R'EW7}&  
        'USER INPUTS sT<{SmBF  
        nx = 31 :'w?ye[e  
        ny = 31 J5T=!wF (  
        numRays = 1000 o`%I{?UCDJ  
        minWave = 7    'microns X Usy.l/  
        maxWave = 11   'microns 9YSVK\2$  
        sigma = 5.67e-14 'watts/mm^2/deg k^4 umDtp\  
        fname = "teapotimage.dat" Js}tZ\+P75  
    4]UT+'RubX  
        Print "" /!b x`cKG  
        Print "THERMAL IMAGE CALCULATION" \:sk9k  
     nhfwOS  
        detnode = FindFullName( "Geometry.Detector.Surface" ) '找到探测器平面节点 i=Kvz4h  
    -Uf4v6A  
        Print "found detector array at node " & detnode spiDm:Xe  
    9kd.j@C  
        srcnode = FindFullName( "Optical Sources.Source 1" ) '找到光源节点 1PU*:58[  
    v:P!(`sF  
        Print "found differential detector area at node " & srcnode silp<13HN  
    7l}~4dm2J  
        GetTrimVolume detnode, trm %)IrXz>Zh  
        detx = trm.xSemiApe Z90Fcp:R  
        dety = trm.ySemiApe K%<GU1]-]  
        area = 4 * detx * dety X'2Gi  
        Print "detector array semiaperture dimensions are " & detx & " by " & dety #5d8?n  
        Print "sampling is " & nx & " by " & ny $Z7:#cZ Y  
    --/-D5  
        'reset differential detector area dimensions to be consistent with sampling h]C2 8=N  
        pixelx = 2 * detx / nx Bi_J5 If  
        pixely = 2 * dety / ny 6 ZHv,e`?  
        SetSourcePosGridRandom srcnode, pixelx / 2, pixely / 2, numRays, False NhtEW0xCr  
        Print "resetting source dimensions to " & pixelx / 2 & " by " & pixely / 2 w?;b7i  
    u.&|CF-  
        'reset the source power Q}z{AZ  
        SetSourcePower( srcnode, Sin(DegToRad(15))^2 ) QAXYrRu  
        Print "resetting the source power to " & GetSourcePower( srcnode ) & " units" H8"tbU  
    ;5RIwD  
        'zero out irradiance array j}RM.C\7  
        For i = 0 To ny - 1 _U=S]2 Q W  
            For j = 0 To nx - 1 O<iI  
                irrad(i,j) = 0.0 / T#o<D  
            Next j "sIN86pCs  
        Next i Eb7}$Ji\  
    Jh(mbD  
        'main loop wKrdcWI,Z  
        EnableTextPrinting( False ) J<-Fua^  
    iXnx1w   
        ypos =  dety + pixely / 2 }JJ::*W2n  
        For i = 0 To ny - 1 Ds G !S*  
            xpos = -detx - pixelx / 2 U:Fpj~E_w  
            ypos = ypos - pixely u dUXc6U  
    a5I%RY  
            EnableTextPrinting( True ) *hl<Y,W(  
            Print i :9O|l)N)W=  
            EnableTextPrinting( False ) Q}ZBr^*]1e  
    a~ F u  
    !z.^(Tj  
            For j = 0 To nx - 1 SOYDp;j  
    'iDu0LX  
                xpos = xpos + pixelx *q[^Q'jnN  
    %$\}z( G  
                'shift source nO%<;-=u\  
                LockOperationUpdates srcnode, True u4xA'X'~R  
                GetOperation srcnode, 1, op QJ6f EV$~  
                op.val1 = xpos B4 <_"0  
                op.val2 = ypos J b|mXNcL  
                SetOperation srcnode, 1, op (F_7%!g1d  
                LockOperationUpdates srcnode, False H;X~<WN&AW  
    _]Z$YM  
                'raytrace C!I\Gh  
                DeleteRays 5Wj5IS/  
                CreateSource srcnode /. f!  
                TraceExisting 'draw \J\vp0[nO}  
    H.f9d.<W%  
                'radiometry M`q#,Y?3^I  
                For k = 0 To GetEntityCount()-1 "%Lmgy:~  
                    If IsSurface( k ) Then :hi$}xHa  
                        temp = AuxDataGetData( k, "temperature" ) )8\Z=uC  
                        emiss = AuxDataGetData( k, "emissivity" ) M!{Rq1M  
                        If ( temp <> 0 And emiss <> 0 ) Then 79y'Ja+`j  
                            ProjSolidAngleByPi = GetSurfIncidentPower( k ) AZ}%MA; q  
                            frac = BlackBodyFractionalEnergy ( minWave, maxWave, temp ) rjt O`Mt`  
                            irrad(i,j) = irrad(i,j) + frac * emiss * sigma * temp^4 * ProjSolidAngleByPi c '/2F0y  
                        End If :r[W'h_%  
    r]xdhR5  
                    End If baA HP "  
    "P9wT)J_  
                Next k C}|O#"t^\  
    5 ,g$|,Shv  
            Next j 30e(4@!4vW  
    $K;_Wf  
        Next i 1Q3%!~<\s  
        EnableTextPrinting( True ) _dz:\v  
    dVK@Fgo  
        'write out file 2I9{+>k  
        fullfilepath = CurDir() & "\" & fname -{.h\  
        Open fullfilepath For Output As #1 V:$[~)k8  
        Print #1, "GRID " & nx & " " & ny a^(S!I  
        Print #1, "1e+308" b'i%B9yU:%  
        Print #1, pixelx & " " & pixely z2$F Yn Q  
        Print #1, -detx+pixelx/2 & " " & -dety+pixely/2 "Vs Nyy  
    >0[qi1  
        maxRow = nx - 1 ^2P;CAjj-  
        maxCol = ny - 1 9$}+-Z  
        For rowNum = 0 To maxRow                    ' begin loop over rows (constant X) >7eu'  
                row = "" Qq6%53  
            For colNum = maxCol To 0 Step -1            ' begin loop over columns (constant Y) JT}dor  
                row = row & irrad(colNum,rowNum) & " "     ' append column data to row string im_0ur&'  
            Next colNum                     ' end loop over columns \["1N-q b  
    B]CS2LEqh  
                Print #1, row % DHP  
    hwG||;&/H  
        Next rowNum                         ' end loop over rows #<^/yoH7C6  
        Close #1 J:k@U42  
    xQcMQ{&;  
        Print "File written: " & fullfilepath 4c9-[KKCV  
        Print "All done!!" !^Qb[ev  
    End Sub sP=2NqU3Q  
    ,(5dQ`hA0  
    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: D z]}@Z*jK  
    $]`'Mi  
    |i jW_r  
    找到Tools工具,点击Open plot files in 3D chart并找到该文件 JRcuw'8+q  
      
    4l#T_y  
    1-ndJ@Wlz  
    打开后,选择二维平面图: 8=b{'s^^F  
    M ?: f^  
    QQ:2987619807
    "fX8xZdS  
     
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