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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。 hsIC5@s3  
    N|[P%WM3  
    成像示意图
    p=m)lR9  
    首先我们建立十字元件命名为Target w5 nzS)B:u  
    *I)o Dq3  
    创建方法: HvSKR1wL\  
    #9aB3C  
    面1 : [03$*BCq3  
    面型:plane 9%e& Z'l  
    材料:Air a+!#cQl  
    孔径:X=1.5, Y=6,Z=0.075,形状选择Box [)V&$~xW  
    o7"2"( =>  
    x<#Z3Kla  
    辅助数据: WZq0$:I;R  
    首先在第一行输入temperature :300K, t_HS0rxG  
    emissivity:0.1; UELni,$  
    >Q&E4jC  
    @!z9.o;  
    面2 : ~|+! xh  
    面型:plane aa:Oh^AJy  
    材料:Air Jolr"F?  
    孔径:X=1.5, Y=6,Z=0.075,形状选择Box Ws'OJ1  
    F(*~[*Ff  
    %/KN-*  
    位置坐标:绕Z轴旋转90度, +JoE[;  
    SE= 3`rVJ  
    6'6 "Ogu%'  
    辅助数据: Q+(}nz4  
    smEKQHB  
    首先在第一行输入temperature :300K,emissivity: 0.1; d&K2\n  
    t5dk}sRF  
    \DsP '-t  
    Target 元件距离坐标原点-161mm; u4QPO:,a4  
    4naL2 Y!  
    Sc Uh -y_  
    单透镜参数设定:F=100, bend=0, 位置位于坐标原点 iHy=92/Ww  
    X2b<_j3  
    ld58R  
    探测器参数设定: =C{)i@ +  
    8 1;QF_C  
    在菜单栏中选择Create/Element Primitive /plane g3~e#vdz  
    9Z}Y2:l'  
    4qq+7B  
    jbx@ty  
    ycAQHY~n  
    2_lgy?OE`  
    元件半径为20mm*20,mm,距离坐标原点200mm。 \Z0-o&;w  
    tRU+6D <w  
    光源创建: P_11N9C  
    7FL!([S5i  
    光源类型选择为任意平面,光源半角设定为15度。 'PW~4f/m  
    y.6D Z  
    j:'sbU  
    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。 g.yr) LHt0  
    emp*j@9  
    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 ab ?   
    DiMkcK_e  
    L&3Ak}sh  
    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。 _l$V|  
    Y;3DU1MG0  
    创建分析面: H8d%_jCr  
    5B3S]@%  
    o*OYZ/_L  
    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。 JWhi*je  
    $j61IL3+  
    d?dZ=]~C  
    到此,所有的光学结构和属性设定完成,通过光线追迹我们可以查看光线是否可以穿过元件。 7J@iJW],,  
    >`Xikn(  
    FRED在探测器上穿过多个像素点迭代来创建热图 k<p$BZ  
    <SeK3@Gi  
    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。 h}PeXnRU  
    将如下的代码放置在树形文件夹 Embedded Scripts,  ;0G+>&C8  
    2pR+2p`  
    -#Xo^-&  
    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。 ut8v&i1?  
    &NbhQY`k  
    绿色字体为说明文字, A$gP: 1&m  
    }F3}-5![  
    '#Language "WWB-COM" 0 XV8 B  
    'script for calculating thermal image map rro92(y  
    'edited rnp 4 november 2005 5 [{l9  
    r;}%} /IX  
    'declarations P|,@En 1!  
    Dim op As T_OPERATION $#R@x.=  
    Dim trm As T_TRIMVOLUME  + ]I7]  
    Dim irrad(32,32) As Double 'make consistent with sampling sPMCN's  
    Dim temp As Double nrqr p  
    Dim emiss As Double )C^ZzmB  
    Dim fname As String, fullfilepath As String .Cq'D.  
    R42+^'af  
    'Option Explicit U .?N  
    ] %A mX-U  
    Sub Main iTTUyftHT  
        'USER INPUTS %JUD54bBt  
        nx = 31 wrw4Uxq  
        ny = 31 m-V_J`9"  
        numRays = 1000 Nl~'W  
        minWave = 7    'microns J~.8.]gXW  
        maxWave = 11   'microns /)6+I(H  
        sigma = 5.67e-14 'watts/mm^2/deg k^4 a3t[Tk;  
        fname = "teapotimage.dat" ;2Aqztp  
    [D/q  
        Print "" ;+:C  
        Print "THERMAL IMAGE CALCULATION" sfb)iH|sW  
    p0c*)_a*  
        detnode = FindFullName( "Geometry.Detector.Surface" ) '找到探测器平面节点 A HnXN%m  
    )1#J4  
        Print "found detector array at node " & detnode tf1iRXf8  
    a=m4)tjk  
        srcnode = FindFullName( "Optical Sources.Source 1" ) '找到光源节点 44e:K5;]7  
    .|ZO2MCd  
        Print "found differential detector area at node " & srcnode ~kHWh8\b:  
    D(bQFRBY6"  
        GetTrimVolume detnode, trm Ife/:v  
        detx = trm.xSemiApe {'O,G$Ldkr  
        dety = trm.ySemiApe Y.>F fL  
        area = 4 * detx * dety Sfl. &A(  
        Print "detector array semiaperture dimensions are " & detx & " by " & dety Cp!bsasj  
        Print "sampling is " & nx & " by " & ny )96tBA%u  
    l Vb{bO9-O  
        'reset differential detector area dimensions to be consistent with sampling VsIDd}~C%  
        pixelx = 2 * detx / nx V{qpha4'P  
        pixely = 2 * dety / ny -jXO9Q  
        SetSourcePosGridRandom srcnode, pixelx / 2, pixely / 2, numRays, False {,:yZ&(  
        Print "resetting source dimensions to " & pixelx / 2 & " by " & pixely / 2 ;ZOu-B]q  
    H3Ws$vl9n  
        'reset the source power w|t}.u  
        SetSourcePower( srcnode, Sin(DegToRad(15))^2 ) 0oT~6BGm  
        Print "resetting the source power to " & GetSourcePower( srcnode ) & " units" aK|],L  
    ,> %=,x  
        'zero out irradiance array Q)mYy  
        For i = 0 To ny - 1 wqx9  
            For j = 0 To nx - 1 (FVHtZi7  
                irrad(i,j) = 0.0 ya`Z eQ-p  
            Next j zE,1zBS<  
        Next i TzSEQ S{  
    &9j*Y  
        'main loop M9C v00&  
        EnableTextPrinting( False ) JE~;gz]  
    YY4XCkt  
        ypos =  dety + pixely / 2 g"}j  
        For i = 0 To ny - 1 3ncL351k  
            xpos = -detx - pixelx / 2 2E 0A`  
            ypos = ypos - pixely |K.J@zW  
    uW 7Yem&  
            EnableTextPrinting( True ) O su 75@3  
            Print i jjJvyZi~J  
            EnableTextPrinting( False ) xj< K6  
    w ]%EJ|'  
    %4$J.6M  
            For j = 0 To nx - 1 6<t<hP_3O  
    >~}}*yp  
                xpos = xpos + pixelx H`T8ydNXa  
    j|-{*t{/x  
                'shift source DeK&_)g| Z  
                LockOperationUpdates srcnode, True )\PPIY>iP  
                GetOperation srcnode, 1, op 8"=E 0(m  
                op.val1 = xpos 52P^0<Wq  
                op.val2 = ypos Tebu?bj  
                SetOperation srcnode, 1, op z km#w  
                LockOperationUpdates srcnode, False 2Q;g|*]  
    wn Q% 'Eo  
                'raytrace rds 4eUxe  
                DeleteRays k*u4N  
                CreateSource srcnode f^]^IXzXw.  
                TraceExisting 'draw Xh?J"kjof  
    "2_nN]%u-  
                'radiometry P0c6?K6 j  
                For k = 0 To GetEntityCount()-1  ?QRoSQ6  
                    If IsSurface( k ) Then a/Ik^:>m  
                        temp = AuxDataGetData( k, "temperature" ) {36QZV*P  
                        emiss = AuxDataGetData( k, "emissivity" ) :"Gd;~p.  
                        If ( temp <> 0 And emiss <> 0 ) Then Ue&I]/?;$  
                            ProjSolidAngleByPi = GetSurfIncidentPower( k ) pP)> x*1  
                            frac = BlackBodyFractionalEnergy ( minWave, maxWave, temp ) *|B5,Ey  
                            irrad(i,j) = irrad(i,j) + frac * emiss * sigma * temp^4 * ProjSolidAngleByPi j V'~>  
                        End If D6fGr$(N%  
    dF+R q|n{  
                    End If GLiD,QX<  
    ,<O|#`?"@G  
                Next k p?,T%G+gqO  
    m?y'Y`  
            Next j 1SG^g*mf  
    LTZ~Id-)P  
        Next i zlhU[J}"1|  
        EnableTextPrinting( True ) i Qa=4'9;  
    2#_ i_j  
        'write out file Ksb55cp`  
        fullfilepath = CurDir() & "\" & fname \E8CC>Jd  
        Open fullfilepath For Output As #1 >>.4@  
        Print #1, "GRID " & nx & " " & ny mQ=nU  
        Print #1, "1e+308" 7e/K YS+!s  
        Print #1, pixelx & " " & pixely f^[u70c82  
        Print #1, -detx+pixelx/2 & " " & -dety+pixely/2 i:sb_U+M  
    4<A+Tf  
        maxRow = nx - 1 Ou5,7Ne  
        maxCol = ny - 1 nV_[40KP_  
        For rowNum = 0 To maxRow                    ' begin loop over rows (constant X) 9RQw6rL  
                row = "" +kM*BCPYE  
            For colNum = maxCol To 0 Step -1            ' begin loop over columns (constant Y) ."h>I @MH  
                row = row & irrad(colNum,rowNum) & " "     ' append column data to row string ?UBhM,;XK  
            Next colNum                     ' end loop over columns "%dok@v  
    I,7n-G_'  
                Print #1, row E>&oe&`o'  
    Stk'|-z  
        Next rowNum                         ' end loop over rows n_ S)9C'=  
        Close #1 3h4'DQ.g  
    87OX:6  
        Print "File written: " & fullfilepath ~+anI  
        Print "All done!!" MB"<^ZX  
    End Sub te b/  
    F2C v,&'  
    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: .ZVo0  
    de q L  
    I`[s(C>3@  
    找到Tools工具,点击Open plot files in 3D chart并找到该文件 9UcSQ"D  
      
    Ji;R{tZ.R  
    ^T_2 s  
    打开后,选择二维平面图: (I ~r~5^  
    "a]Ff&T-  
    QQ:2987619807
    !A#(bC  
     
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