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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。 DIABR%0  
    )DmydyQ'  
    成像示意图
    egK~w8`W%  
    首先我们建立十字元件命名为Target 3[j,d]\|  
    NN#k^[i1  
    创建方法: K@<*m!%<2  
    AR!v%Z49i  
    面1 : R#3zGWr~  
    面型:plane #.rkvoB0N  
    材料:Air ,m[XeI  
    孔径:X=1.5, Y=6,Z=0.075,形状选择Box ?wu@+  
    -:95ypi  
    X::@2{-@y  
    辅助数据: XD?Lu _.  
    首先在第一行输入temperature :300K, O:sqm n  
    emissivity:0.1; #]dq^B~~  
    WH4rZ }Z`  
    sj4\lpZ3h  
    面2 : fP:]s@$  
    面型:plane >yr;Y4y7K  
    材料:Air r95 ,X!  
    孔径:X=1.5, Y=6,Z=0.075,形状选择Box /Yb8= eM  
    <jh7G  
    De>e`./56  
    位置坐标:绕Z轴旋转90度, X&HYWH'@,  
    ZR -RzT1  
    ^, YTQ.O  
    辅助数据: :1Nc6G  
     Cu5_OJ  
    首先在第一行输入temperature :300K,emissivity: 0.1; @D=B5f@(o  
    w+"E{#N  
    Gk+R, :  
    Target 元件距离坐标原点-161mm; sVr|kvn2  
    }-sh  
    )sW!s3>S>  
    单透镜参数设定:F=100, bend=0, 位置位于坐标原点 Z'`\N@c#  
    ,}\LC;31,  
    jI'?7@32`  
    探测器参数设定: q6N{N>-D  
    yZ 7)|j  
    在菜单栏中选择Create/Element Primitive /plane gaQ E'qp>  
    |JR`" nF`  
    >?OUs>}3y2  
    +L"F]_?  
    b+q'xnA=>  
    :!l.ze{F  
    元件半径为20mm*20,mm,距离坐标原点200mm。 Y- Q)sv  
    mhv6.W@  
    光源创建: R<gAxO%8  
    .wp[uLE  
    光源类型选择为任意平面,光源半角设定为15度。 T59FRX  
    nTc#I~\  
    C$ K?4$  
    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。 5L<A7^j  
    @{#'y4\>  
    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 A4|7^Ay  
    u$[&'D6  
    FX9WX b4w  
    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。 9mp`LT  
    b$0;fEvIJn  
    创建分析面: X.>~DT%0Lm  
    "=+i~N#Sc  
    4OLYB9HP_  
    到这里元件参数设定完成,现在我们设定元件的光学属性,在前面我们分别对第一和第二面设定的温度和发射系数,散射属性我们设定为黑朗伯,4%的散射。并分别赋予到面一和面二。 ~:k r;n2  
    M@7U]X$g  
    @=P c{xp  
    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。 4YI6&  
    O-ENFA~E;v  
    FRED在探测器上穿过多个像素点迭代来创建热图 sN-u?EiF8  
    k&:q|[N  
    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。 6T+ym9  
    将如下的代码放置在树形文件夹 Embedded Scripts, (=WbLNBS  
    AX&Emz-  
    X jxa 2D  
    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。 $<XQv$YS  
    >Ik%_:CC`  
    绿色字体为说明文字, 1u5^a^O(|  
    nC !NZ  
    '#Language "WWB-COM" 7p\&D?  
    'script for calculating thermal image map ^tSwAanP\  
    'edited rnp 4 november 2005 -dF (_ %C  
    h4itXJy52B  
    'declarations (e~9T MY  
    Dim op As T_OPERATION Ac{TqiIv  
    Dim trm As T_TRIMVOLUME 8dLmsk^  
    Dim irrad(32,32) As Double 'make consistent with sampling =O"l/\c^  
    Dim temp As Double cZ !$XXA`  
    Dim emiss As Double A-.Wd7^~*  
    Dim fname As String, fullfilepath As String 'LuxF1>  
    ^K::g)  
    'Option Explicit pzjNi=vhd  
    ZU0*iA  
    Sub Main %Qb}z@>fJk  
        'USER INPUTS <KtL,a=2+  
        nx = 31 ltU{P|7!E  
        ny = 31 js;YSg{m  
        numRays = 1000 %XBTN  
        minWave = 7    'microns q&3(yhx  
        maxWave = 11   'microns >ySO.S  
        sigma = 5.67e-14 'watts/mm^2/deg k^4 <Piq?&VX[  
        fname = "teapotimage.dat" iD%a;]  
    5+Tx01 )  
        Print "" 6&6dd_K(  
        Print "THERMAL IMAGE CALCULATION" +t*I{X(  
    a(|0 '^  
        detnode = FindFullName( "Geometry.Detector.Surface" ) '找到探测器平面节点 g,o46`6"  
    % jf|efxo  
        Print "found detector array at node " & detnode eJn_gKWb  
    @`nG &U  
        srcnode = FindFullName( "Optical Sources.Source 1" ) '找到光源节点 -G?IXgG  
    5]CaWFSmT  
        Print "found differential detector area at node " & srcnode C8qSoO4Z  
    xT* 3QwK  
        GetTrimVolume detnode, trm SYQP7oG9oQ  
        detx = trm.xSemiApe lb*;Z7fx<'  
        dety = trm.ySemiApe ^jb;4nf  
        area = 4 * detx * dety xzfugW  
        Print "detector array semiaperture dimensions are " & detx & " by " & dety vaHtWz!P  
        Print "sampling is " & nx & " by " & ny sUR5Q/Q  
    t>LSP$  
        'reset differential detector area dimensions to be consistent with sampling /pU`-  
        pixelx = 2 * detx / nx nQ|($V1?W  
        pixely = 2 * dety / ny 2*cc26o  
        SetSourcePosGridRandom srcnode, pixelx / 2, pixely / 2, numRays, False Unq~lt%2  
        Print "resetting source dimensions to " & pixelx / 2 & " by " & pixely / 2 I`jG  
    xQzW6H|  
        'reset the source power Y}q~ Km  
        SetSourcePower( srcnode, Sin(DegToRad(15))^2 ) &Qj1uf92.  
        Print "resetting the source power to " & GetSourcePower( srcnode ) & " units" ^ T`T?*h  
    iFcSz  
        'zero out irradiance array .X)Wb{7  
        For i = 0 To ny - 1 E+e),qsbO  
            For j = 0 To nx - 1 Btr>ek  
                irrad(i,j) = 0.0 P*%P"g  
            Next j 20haA0s  
        Next i SS8$.ot  
    4s'%BM-r-  
        'main loop {(asy}a9K  
        EnableTextPrinting( False ) n) D  
    rK}sQ4z=  
        ypos =  dety + pixely / 2 aR@+Qf  
        For i = 0 To ny - 1 \Nf#{  
            xpos = -detx - pixelx / 2  5 b,|6  
            ypos = ypos - pixely car|&b  
    'L9hM.+  
            EnableTextPrinting( True ) 0Krh35R_)F  
            Print i eLgq )  
            EnableTextPrinting( False ) (~5]1S}F  
    0Y0`$   
    X&rsWk  
            For j = 0 To nx - 1 ci:|x =  
    ei=u$S.  
                xpos = xpos + pixelx Rg46V-"d,@  
    PQYJn x}  
                'shift source :P%?!'M  
                LockOperationUpdates srcnode, True aTvLQ@MQ  
                GetOperation srcnode, 1, op jA~omX2A  
                op.val1 = xpos r~oUln<[  
                op.val2 = ypos M$>Nd6,@N  
                SetOperation srcnode, 1, op '^7UcgugB  
                LockOperationUpdates srcnode, False X_bB6A6  
    KyP@ hhj  
                'raytrace vo)W ziHh  
                DeleteRays Lc]hwMGR*  
                CreateSource srcnode ;p <BiC$b  
                TraceExisting 'draw oOubqx  
    JX&%5sn(  
                'radiometry ;Oq>c=9%  
                For k = 0 To GetEntityCount()-1 3A~<|<}t  
                    If IsSurface( k ) Then 55] MRv  
                        temp = AuxDataGetData( k, "temperature" ) u}_x   
                        emiss = AuxDataGetData( k, "emissivity" ) I3sfOU  
                        If ( temp <> 0 And emiss <> 0 ) Then MU `!s b*  
                            ProjSolidAngleByPi = GetSurfIncidentPower( k ) "A~D(1K  
                            frac = BlackBodyFractionalEnergy ( minWave, maxWave, temp ) z^4+U n  
                            irrad(i,j) = irrad(i,j) + frac * emiss * sigma * temp^4 * ProjSolidAngleByPi t.O~RE  
                        End If _F4=+dT|  
    yzL9Ic  
                    End If  z.2UZ%:  
    4 CiRh  
                Next k CO@ kLI  
    nG?Z* n  
            Next j s,/C^E  
    UMFM.GI  
        Next i i=rA;2>  
        EnableTextPrinting( True ) *r9D+}Y(4  
    T-7( 3#&  
        'write out file R6z *!W{  
        fullfilepath = CurDir() & "\" & fname R `ob;>[Q  
        Open fullfilepath For Output As #1 cf"!U+x  
        Print #1, "GRID " & nx & " " & ny 3G^A^]h  
        Print #1, "1e+308" ma) + G!  
        Print #1, pixelx & " " & pixely _Vt9ckaA  
        Print #1, -detx+pixelx/2 & " " & -dety+pixely/2 f8f3[O!x  
    zA$ f$J7\^  
        maxRow = nx - 1 rG[2.\&  
        maxCol = ny - 1 b{x/V9&|  
        For rowNum = 0 To maxRow                    ' begin loop over rows (constant X) E6 T=lwOZ  
                row = "" V;)+v#4{  
            For colNum = maxCol To 0 Step -1            ' begin loop over columns (constant Y) L/GV Qjb  
                row = row & irrad(colNum,rowNum) & " "     ' append column data to row string P-yVc2YH  
            Next colNum                     ' end loop over columns !Zc#E,  
    -sDl[  
                Print #1, row GH3RRzp r  
    ka(3ONbG  
        Next rowNum                         ' end loop over rows Y(T$k9%}+  
        Close #1 ?LvU7  
    5s4x%L (~}  
        Print "File written: " & fullfilepath M A%g-}  
        Print "All done!!" H xc>?  
    End Sub q8GCO\(  
    t)O]0) s  
    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: ku>Bxau4>  
    SF ^$p$mC  
    ICG:4n(,  
    找到Tools工具,点击Open plot files in 3D chart并找到该文件 8LuU2Lo  
      
    &&"+\^3  
    K,P`V &m?  
    打开后,选择二维平面图: m5P@F@  
    ;uZeYY?   
    QQ:2987619807
    }<'ki ;  
     
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