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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。 Vi]W|bP  
    aa#Y=%^  
    成像示意图
    fnX`Q[b4\A  
    首先我们建立十字元件命名为Target -0{r>,&Mm  
    e MY<uqdw  
    创建方法: K<ft2anY5  
    4\u1TYR  
    面1 : *ipFwQ  
    面型:plane :hFIl0$,"3  
    材料:Air oO|KEY(  
    孔径:X=1.5, Y=6,Z=0.075,形状选择Box 4DOH`6#an  
    DiwxXqY  
    KZ ;k)O.Ov  
    辅助数据: _ff`y  
    首先在第一行输入temperature :300K, z(Pe,zES  
    emissivity:0.1; ^!ZC?h!rG  
    92x(u%~E  
    D rHV G  
    面2 : X"e5 Y!:M-  
    面型:plane 2Mvrey)  
    材料:Air vK\%%H  
    孔径:X=1.5, Y=6,Z=0.075,形状选择Box 6qoyiT%P&  
    >dG;w6y'  
    C=)A6 ;=se  
    位置坐标:绕Z轴旋转90度, 9c#+qH  
    QWSTR\!  
    MmnOHN@.  
    辅助数据: ()Y4v  
    (SDr!!V<  
    首先在第一行输入temperature :300K,emissivity: 0.1; KgiJUO`PR  
    :'3XAntZA  
    ;/fF,L{c  
    Target 元件距离坐标原点-161mm; +*T7@1  
    F6OpN "UM'  
    ")dH,:#S  
    单透镜参数设定:F=100, bend=0, 位置位于坐标原点 Ax?y  
    )ufg9"\  
    Mg OR2,cR  
    探测器参数设定: mdmvT~`  
    m~P CB_ifW  
    在菜单栏中选择Create/Element Primitive /plane o-{[|/)Tk  
    P+PR<ZoI{f  
    7;sj%U^'l  
    =;3Sx::=  
    eg?<mKrZ  
    }Q?c"H!/  
    元件半径为20mm*20,mm,距离坐标原点200mm。 EQ`(yj  
    WD2]&g  
    光源创建: {VvqO7A  
    qY<'<T4\  
    光源类型选择为任意平面,光源半角设定为15度。 D@|W<i-  
    28H8l2{[>  
    'EF9Zt8  
    我们将光源设定在探测器位置上,具体的原理解释请见本章第二部分。 ') gi%  
    d`nVc50  
    我们在位置选项又设定一行的目的是通过脚本自动控制光源在探测器平面不同划分区域内不同位置处追迹光线 RwPN gRF  
    P8>d6;o($  
    9:,\gw>F  
    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。 e8]\U/  
    ng:9 l3 x  
    创建分析面: L%K\C  
    S\5bmvqP"  
    4.h=&jz&  
    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。 {u\Mj  
    " '6;/N  
    ]2'na?q9  
    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。 J(%0z:exs  
    }L3oR  
    FRED在探测器上穿过多个像素点迭代来创建热图 '0uh D.|G  
    }i`PGx  
    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。 C] 9 p5Hs  
    将如下的代码放置在树形文件夹 Embedded Scripts, n9A7K$ZD@  
    aj}sc/Qa  
    M^iU;vo  
    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。 K]|> Et`  
    te !S09(  
    绿色字体为说明文字, I1\a[Xe8E  
    !{ )tSipd  
    '#Language "WWB-COM" 8J~1-;  
    'script for calculating thermal image map H5]^ 6 HwX  
    'edited rnp 4 november 2005 dBe`p5Z  
    mG`e3X6@-  
    'declarations $dzy%lle  
    Dim op As T_OPERATION Yd=a}T  
    Dim trm As T_TRIMVOLUME IS[thbzkZ  
    Dim irrad(32,32) As Double 'make consistent with sampling 7.@TK&  
    Dim temp As Double 0iK;Egwm  
    Dim emiss As Double z$GoaS(  
    Dim fname As String, fullfilepath As String >O?U= OeD  
    I_%a{$Gjl  
    'Option Explicit & jczO-R^  
    0=q;@OIf  
    Sub Main d&u]WVU  
        'USER INPUTS $:j G-r  
        nx = 31 \, &co  
        ny = 31 C2xL1`  
        numRays = 1000 <~!Hx+j   
        minWave = 7    'microns ]M[#.EX  
        maxWave = 11   'microns ]%Nlv(  
        sigma = 5.67e-14 'watts/mm^2/deg k^4 ~7t$MF.  
        fname = "teapotimage.dat" dT$M y`>  
    mBJeqG  
        Print "" 6"t;gSt 4  
        Print "THERMAL IMAGE CALCULATION" |'+eMl  
    k`9)=&zX+  
        detnode = FindFullName( "Geometry.Detector.Surface" ) '找到探测器平面节点 MXiQ1 x  
    PN<C=gAe  
        Print "found detector array at node " & detnode V8wKAj Ux  
    :%AL\ n  
        srcnode = FindFullName( "Optical Sources.Source 1" ) '找到光源节点 1q3( @D5~+  
    gE hN3(  
        Print "found differential detector area at node " & srcnode G0{H5_h  
    b}w C|\s  
        GetTrimVolume detnode, trm ?EpSC&S\  
        detx = trm.xSemiApe +|{RE.DL  
        dety = trm.ySemiApe Q33"u/-v  
        area = 4 * detx * dety ,7)C"  
        Print "detector array semiaperture dimensions are " & detx & " by " & dety za9)Q=6FD  
        Print "sampling is " & nx & " by " & ny $DC*i-}qFg  
    7GS V  
        'reset differential detector area dimensions to be consistent with sampling X_G| hx  
        pixelx = 2 * detx / nx |R@~-Ht  
        pixely = 2 * dety / ny t"lyvI[  
        SetSourcePosGridRandom srcnode, pixelx / 2, pixely / 2, numRays, False zYv#:>C8  
        Print "resetting source dimensions to " & pixelx / 2 & " by " & pixely / 2 G633Lm`ri  
    @@g\2Gs  
        'reset the source power !W'Ui 9uX  
        SetSourcePower( srcnode, Sin(DegToRad(15))^2 ) ?$Wn!"EC8  
        Print "resetting the source power to " & GetSourcePower( srcnode ) & " units" )wtaKF.-  
    ^*= 85iyo  
        'zero out irradiance array T y@=yA17  
        For i = 0 To ny - 1 (ihP `k-.  
            For j = 0 To nx - 1 nL}5cPI  
                irrad(i,j) = 0.0 FvuGup`w  
            Next j w[-Fm+A>  
        Next i %tt%`0  
    cx$Gic:4  
        'main loop %F9{EXJy  
        EnableTextPrinting( False ) &Q=ZwC7#  
    SL&hJs4c'  
        ypos =  dety + pixely / 2 4YMX|1wd)  
        For i = 0 To ny - 1 b*mKei  
            xpos = -detx - pixelx / 2 7"*|2Xq  
            ypos = ypos - pixely Y'3}G<'%  
    Koln9'tB  
            EnableTextPrinting( True ) 0g<K[mPr7  
            Print i ExXM:1 e26  
            EnableTextPrinting( False ) sNHSr  
    !b-bP,q  
    =}fd6ea(o  
            For j = 0 To nx - 1 6V+ qnUk  
    uH^ PQ  
                xpos = xpos + pixelx KZ:8[d  
    }^K/?dM  
                'shift source Hj1 EGCA  
                LockOperationUpdates srcnode, True 2~p[7?sp'  
                GetOperation srcnode, 1, op Y ?r po  
                op.val1 = xpos /Go K}W}  
                op.val2 = ypos Zz |MIGHm  
                SetOperation srcnode, 1, op tNmy& nsA  
                LockOperationUpdates srcnode, False 8{Fm[ %"  
    kK~IwA  
                'raytrace Qc{RaMwD  
                DeleteRays cM&'[CI  
                CreateSource srcnode E}Xka1 Bn  
                TraceExisting 'draw 8Chu"PM%-J  
    hvt@XZT  
                'radiometry &yz&LNn'  
                For k = 0 To GetEntityCount()-1 q1hMmMi  
                    If IsSurface( k ) Then pY^9l3y^  
                        temp = AuxDataGetData( k, "temperature" ) i(wgB\9i4  
                        emiss = AuxDataGetData( k, "emissivity" ) bT!($?GNdg  
                        If ( temp <> 0 And emiss <> 0 ) Then 2$zU&p7sV  
                            ProjSolidAngleByPi = GetSurfIncidentPower( k ) qq0?e0H  
                            frac = BlackBodyFractionalEnergy ( minWave, maxWave, temp ) "n\%_'R\hH  
                            irrad(i,j) = irrad(i,j) + frac * emiss * sigma * temp^4 * ProjSolidAngleByPi :Px\qh}K  
                        End If jB^OP1  
    ;+I4&VieK  
                    End If &,-p',\-  
    e}cnX`B  
                Next k Rh] P8  
    =ziy`#fm,  
            Next j Yi rC*  
    C@HD(..#  
        Next i NyI ;v =  
        EnableTextPrinting( True ) ZAg;q#z j  
    L]2< &%N2  
        'write out file KLt %[$CTi  
        fullfilepath = CurDir() & "\" & fname "gNK><  
        Open fullfilepath For Output As #1 {%']w  
        Print #1, "GRID " & nx & " " & ny VZA3IbK}  
        Print #1, "1e+308" ]~a_d)  
        Print #1, pixelx & " " & pixely Wc#:f 8dr  
        Print #1, -detx+pixelx/2 & " " & -dety+pixely/2 f@:CyB GQ  
    {B yn{?w  
        maxRow = nx - 1 Zy wK/D  
        maxCol = ny - 1 >4![&&  
        For rowNum = 0 To maxRow                    ' begin loop over rows (constant X) j/<??v4F4  
                row = "" {=At#*=A  
            For colNum = maxCol To 0 Step -1            ' begin loop over columns (constant Y) .:;fAJPf  
                row = row & irrad(colNum,rowNum) & " "     ' append column data to row string fEu9Jk  
            Next colNum                     ' end loop over columns 1BD6 l2y  
    ^w6eWzI  
                Print #1, row TIRHT`"i  
    dB|Te"6  
        Next rowNum                         ' end loop over rows WhUa^  
        Close #1 135Par5v  
    l6B.6 '4)w  
        Print "File written: " & fullfilepath J7a-CI_Tf  
        Print "All done!!" 6hbEO-(  
    End Sub &9ki O  
    uaQ&&5%%J  
    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: mM xHR$2  
    5|WOBOh>`&  
    j3 P RAe  
    找到Tools工具,点击Open plot files in 3D chart并找到该文件 !5;t#4=  
      
    tvWH04T  
    \FI^ Vk  
    打开后,选择二维平面图: O~Uw&Bq  
    8D~Dd!~P  
    QQ:2987619807
    k`IrZHMw  
     
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