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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。 p}qNw`  
    Rc2|o.'y  
    成像示意图
    DwXzmp[qWH  
    首先我们建立十字元件命名为Target -5Qsc/ s&  
    2;@#i*\Y  
    创建方法: MLV_I4o  
    6Q&R,"!$p  
    面1 : 2TN+ (B#Z!  
    面型:plane 2k,!P6fgl  
    材料:Air 6{rH|Z  
    孔径:X=1.5, Y=6,Z=0.075,形状选择Box Sri,sZv  
    :NL.#!>/  
    :T5p6:  
    辅助数据: >gAq/'.Q  
    首先在第一行输入temperature :300K, Sb=cWn P  
    emissivity:0.1; $:I~y| !1  
    .6Swc?  
    \Uun2.K  
    面2 : $gsn@P>"  
    面型:plane GdFTKOq  
    材料:Air K252l,;|  
    孔径:X=1.5, Y=6,Z=0.075,形状选择Box xU/Eu;m  
    6,j6,Q(67  
    _w+ix9Fr?  
    位置坐标:绕Z轴旋转90度, Q ^%+r"h  
    9QaEUy*,  
    dQ97O{O:i  
    辅助数据: <r (Y:2  
    }-H<wQ&x  
    首先在第一行输入temperature :300K,emissivity: 0.1; |I7-7d-; /  
    e[fzy0  
    o<f[K}t9  
    Target 元件距离坐标原点-161mm; jq{rNxdGx  
    JV|GE n\@N  
    Ea@N:t?(8=  
    单透镜参数设定:F=100, bend=0, 位置位于坐标原点 Sr)rKc  
    o/E A%q1  
    ^7C?yC  
    探测器参数设定: wy5vn?T@  
    0Zkb}F2-  
    在菜单栏中选择Create/Element Primitive /plane Ug=8:a(U.  
    k~WX6rEJ  
    BJDe1W3;'  
    )>q.!"B  
    6 flc  
    (KaP=t}  
    元件半径为20mm*20,mm,距离坐标原点200mm。 * ";A~XNx  
    D'e'xU  
    光源创建: ~g$Pb[V  
    #z{9:o7[-  
    光源类型选择为任意平面,光源半角设定为15度。 *h Ph01  
    I^'kt[P'FZ  
    <7TE[M'  
    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。 is`Eqcj`dr  
    |,F/_    
    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 W!g'*L/#L  
    L- [<C/`;t  
    cCN[c)[c|  
    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。 E<;C@B  
    Two$wL/  
    创建分析面: afRUBjs  
    HaI  
    [i24$UT  
    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。 UPgjf  
    RO,  
    xfw)0S  
    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。 +^hFs7je)  
    X"<t3l(+  
    FRED在探测器上穿过多个像素点迭代来创建热图 @~Z:W<X  
    A<.`HCv2  
    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。 )6dvWK  
    将如下的代码放置在树形文件夹 Embedded Scripts, RS@*/.]o  
    uNV (r"  
    }./__gJ  
    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。 Dt\F]\6sd  
    I0oM\~#  
    绿色字体为说明文字, FQSepUl  
    Kr`Cr5v  
    '#Language "WWB-COM" B@dA?w.x  
    'script for calculating thermal image map cMxTv4|wui  
    'edited rnp 4 november 2005 -%"Kxe  
    G&MI@Hq  
    'declarations T:S+P t~  
    Dim op As T_OPERATION U.UN=uv_  
    Dim trm As T_TRIMVOLUME h_L-M}{OG  
    Dim irrad(32,32) As Double 'make consistent with sampling +K2jYgy  
    Dim temp As Double DWZ!B7Ts  
    Dim emiss As Double i[A$K~f  
    Dim fname As String, fullfilepath As String RVtb0FL  
    =rcqYPul0  
    'Option Explicit ai[st+1  
    XJTY91~R  
    Sub Main +/*,%TdQ4  
        'USER INPUTS 9r!psRA:`)  
        nx = 31 ^.y}2  
        ny = 31 1I^[_ /_\y  
        numRays = 1000 [5^"U+`{x  
        minWave = 7    'microns ^0ZabR'  
        maxWave = 11   'microns 2:^Dv1J)rD  
        sigma = 5.67e-14 'watts/mm^2/deg k^4 37Vs9w  
        fname = "teapotimage.dat" d4F3!*@(  
    yU3fM?a  
        Print "" _M= \s>;G  
        Print "THERMAL IMAGE CALCULATION" w$4fS  
    @D&VOJV  
        detnode = FindFullName( "Geometry.Detector.Surface" ) '找到探测器平面节点 '+^HeM^;  
    0|n1O)>J  
        Print "found detector array at node " & detnode xpt*S~  
    N=lFf+  
        srcnode = FindFullName( "Optical Sources.Source 1" ) '找到光源节点 x\!Q[  
    57^ X@ra$  
        Print "found differential detector area at node " & srcnode F ?xbVN  
    fEF1&&8^  
        GetTrimVolume detnode, trm s,O:l0  
        detx = trm.xSemiApe \&|)?'8rS  
        dety = trm.ySemiApe ntE;*F yH  
        area = 4 * detx * dety 3G|n`dj  
        Print "detector array semiaperture dimensions are " & detx & " by " & dety s0 hD;`cm  
        Print "sampling is " & nx & " by " & ny > !k  
     chW 1UE  
        'reset differential detector area dimensions to be consistent with sampling E$dPu  
        pixelx = 2 * detx / nx l -us j%\  
        pixely = 2 * dety / ny =B_vQJF2  
        SetSourcePosGridRandom srcnode, pixelx / 2, pixely / 2, numRays, False `)$'1,]u  
        Print "resetting source dimensions to " & pixelx / 2 & " by " & pixely / 2 >AI65g  
    oF[l<OY4  
        'reset the source power ?]SSmZpk  
        SetSourcePower( srcnode, Sin(DegToRad(15))^2 ) 7<['4*u  
        Print "resetting the source power to " & GetSourcePower( srcnode ) & " units" @w|'ip5@  
    :r* skV|  
        'zero out irradiance array Lgl%fO/<t  
        For i = 0 To ny - 1 `''\FPhh  
            For j = 0 To nx - 1 Ge=+ 0W)&  
                irrad(i,j) = 0.0 0w}OE8uq  
            Next j +x$GwX  
        Next i hOjy$Z  
    -@f5d  
        'main loop d[(KgX9  
        EnableTextPrinting( False ) 9`eu&n@Z  
    &y"e|aE  
        ypos =  dety + pixely / 2 R@Ch3l@  
        For i = 0 To ny - 1 -E_lwK  
            xpos = -detx - pixelx / 2 <hazrKUn  
            ypos = ypos - pixely A]^RV{P  
    7:'7EqM  
            EnableTextPrinting( True ) z)N8#Y~vn  
            Print i :^7/+|}9p  
            EnableTextPrinting( False ) 53X H|Ap  
    bC{1LY0  
     >sk vg  
            For j = 0 To nx - 1 *CG-F=  
    uBp"YX9rx  
                xpos = xpos + pixelx V*HkF T  
    To v!X8p  
                'shift source x%HX0= (  
                LockOperationUpdates srcnode, True !*#2~$:  
                GetOperation srcnode, 1, op G*.}EoA  
                op.val1 = xpos ;^VLx)q  
                op.val2 = ypos HAJK%zLc  
                SetOperation srcnode, 1, op KneCMFy  
                LockOperationUpdates srcnode, False ;s m )f  
    ]Q-*xho  
                'raytrace X}Heaqn  
                DeleteRays ^)|8N44O  
                CreateSource srcnode ##Jg>HL'  
                TraceExisting 'draw eiE36+'>b  
    z&x ^ Dl  
                'radiometry RQ}0f5~t  
                For k = 0 To GetEntityCount()-1 (Q~ p"Ch  
                    If IsSurface( k ) Then I6!~(ND7  
                        temp = AuxDataGetData( k, "temperature" ) +zM WIG  
                        emiss = AuxDataGetData( k, "emissivity" ) }U-h^x'  
                        If ( temp <> 0 And emiss <> 0 ) Then ~wtl\-cY  
                            ProjSolidAngleByPi = GetSurfIncidentPower( k ) Se*o{V3s$  
                            frac = BlackBodyFractionalEnergy ( minWave, maxWave, temp ) rt-^?2c?  
                            irrad(i,j) = irrad(i,j) + frac * emiss * sigma * temp^4 * ProjSolidAngleByPi );-?~   
                        End If R0|dKKzS  
    3 sUTdCnNf  
                    End If GZ xG!r -  
    B.)!zv\{  
                Next k 90ZMO7_  
    w"?H4  
            Next j `<}Q4p  
    IpX.ube  
        Next i =z_.RE  
        EnableTextPrinting( True ) /1A3 Sw  
    @APv?>$)  
        'write out file %#5yC|o9Pn  
        fullfilepath = CurDir() & "\" & fname |ipL.<v7  
        Open fullfilepath For Output As #1 jhU'UAn  
        Print #1, "GRID " & nx & " " & ny <UI^~Azc#  
        Print #1, "1e+308" -nM=^ i4)  
        Print #1, pixelx & " " & pixely ,|:TML  
        Print #1, -detx+pixelx/2 & " " & -dety+pixely/2 XEK%\o}  
    U7GgGMw  
        maxRow = nx - 1 `[.b>ztqgJ  
        maxCol = ny - 1 v[-.]b*5A$  
        For rowNum = 0 To maxRow                    ' begin loop over rows (constant X) t}$WP&XRG<  
                row = "" O{YT6&.S0  
            For colNum = maxCol To 0 Step -1            ' begin loop over columns (constant Y) s @AGU/v  
                row = row & irrad(colNum,rowNum) & " "     ' append column data to row string ANqWY &f  
            Next colNum                     ' end loop over columns nd~cpHQR^  
    \OR=+\].9  
                Print #1, row >ucVrLm,X  
    0^l)9zE  
        Next rowNum                         ' end loop over rows H[H+s!)"  
        Close #1 OAlV7cfD  
     Xaz`L  
        Print "File written: " & fullfilepath /#WRd}IjK  
        Print "All done!!" Q&Q$;s3|Y  
    End Sub L$T23*9XY  
    yiourR)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: F?APDGAN  
    I[P43>F3  
    V?_:-!NJ(  
    找到Tools工具,点击Open plot files in 3D chart并找到该文件 l:' 0  
      
    h`{agW B  
    ^a,Oi%  
    打开后,选择二维平面图: 0O@UT1 M;v  
    & B CA  
    QQ:2987619807
    45?aV@  
     
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