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    [技术]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: 2022-01-24
    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。 fF;Oz"I{\  
    ~2beVQ(U  
    成像示意图
    'bN\bbR  
    首先我们建立十字元件命名为Target Xl.h&x0? 8  
    hT>h  
    创建方法: `f}}z5  
    Pv1C o:  
    面1 : uB>NwCL;  
    面型:plane Ny /bNQS  
    材料:Air MRZ Wfc  
    孔径:X=1.5, Y=6,Z=0.075,形状选择Box xV:.)Dq9  
    4^1{UlCop  
    gz;().{  
    辅助数据: \_#0Z+pX  
    首先在第一行输入temperature :300K, #?k$0|60  
    emissivity:0.1; lNs 'jaD  
    JR<#el  
    &kB[jz_[A  
    面2 : T?I&n[Y|  
    面型:plane U59uP 7n  
    材料:Air p4\%*ovQt  
    孔径:X=1.5, Y=6,Z=0.075,形状选择Box SXSH9;j  
    %qcBM~efT  
    +*WE<4"!6  
    位置坐标:绕Z轴旋转90度, GrGgR7eC#P  
    +[V[{n  
    HU-4k/I~  
    辅助数据: N{IY \/;\  
    $NJ]2P9L  
    首先在第一行输入temperature :300K,emissivity: 0.1; Ash"D~  
    /ZlW9|  
    c@1C|  
    Target 元件距离坐标原点-161mm; )#l &F$  
    :W<ag a;J  
    K2$mz  
    单透镜参数设定:F=100, bend=0, 位置位于坐标原点 UB@>i3  
    KW+ps16~  
    MeW8aL r  
    探测器参数设定: j wlmWO6  
    JAj<*TB.%  
    在菜单栏中选择Create/Element Primitive /plane f(=yC} si  
    M@UkXA}  
    ^QTl (L  
    [&k[k)  
    y4$UPLm  
    A0# K@  
    元件半径为20mm*20,mm,距离坐标原点200mm。 O?L _9L*  
    %?J\P@  
    光源创建: KS}Ci-  
    P1]ucu_y,  
    光源类型选择为任意平面,光源半角设定为15度。 ~j" aJ /  
    jb$sIZ%i  
    b{)9 ?%_  
    我们将光源设定在探测器位置上,具体的原理解释请见本章第二部分。 >Y?B(I2e  
    e2*0NT^R  
    我们在位置选项又设定一行的目的是通过脚本自动控制光源在探测器平面不同划分区域内不同位置处追迹光线 ptQr8[FA  
    8K*X]Z h  
    @g(N!n~  
    功率数值设定为:P=sin2(theta) theta为光源半角15度。我们为什么要这么设定,在第二部分会给出详细的公式推导。 Mcj4GjV6:"  
    4JKB6~Y  
    创建分析面: I >k3X~cG  
    d*khda;Vj  
     T/p}Us  
    到这里元件参数设定完成,现在我们设定元件的光学属性,在前面我们分别对第一和第二面设定的温度和发射系数,散射属性我们设定为黑朗伯,4%的散射。并分别赋予到面一和面二。 N*$<Kjw  
    @riCR<fF  
    8kXbyKX[b  
    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。 m=Y9sB  
    Q4{%)}2$  
    FRED在探测器上穿过多个像素点迭代来创建热图 m>k j@^SQ  
    IhwJYPLF  
    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。 E D*=8 s2  
    将如下的代码放置在树形文件夹 Embedded Scripts, 8)ZWR3)+W  
    ZZ A!Y9ia2  
    t }7hD  
    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~z*P 0g*  
    9*GwW&M%1_  
    绿色字体为说明文字, I: U/%cr,  
    HAEgR  
    '#Language "WWB-COM" x=Qy{eIe  
    'script for calculating thermal image map \)eHf 7H  
    'edited rnp 4 november 2005 ( t#w@<  
    4*&x% ~*  
    'declarations Z2)f$ c  
    Dim op As T_OPERATION i:Pg&474f  
    Dim trm As T_TRIMVOLUME D-9zg\\'`  
    Dim irrad(32,32) As Double 'make consistent with sampling U8]L3&~  
    Dim temp As Double %eGxQDIXg  
    Dim emiss As Double `I,A7b  
    Dim fname As String, fullfilepath As String }X$vriW  
    fO[X<|9  
    'Option Explicit 3H%R`ha  
    lyI rO"o  
    Sub Main 2hEB?ZAQZ  
        'USER INPUTS R?qVFMQ  
        nx = 31 ;@Ep?S @  
        ny = 31 D%(9ot{!e  
        numRays = 1000 D@uw[;Xb5  
        minWave = 7    'microns T~cq=i|O  
        maxWave = 11   'microns z@>z.d4  
        sigma = 5.67e-14 'watts/mm^2/deg k^4 7J~6J .m  
        fname = "teapotimage.dat" .{k(4_Q?I  
    y$r^UjJEO  
        Print "" )&1yt4 x6%  
        Print "THERMAL IMAGE CALCULATION" nT` NfN  
    ;!, ]}2w*X  
        detnode = FindFullName( "Geometry.Detector.Surface" ) '找到探测器平面节点 6?Q&>V26Y  
    Fe.Y4\xz  
        Print "found detector array at node " & detnode <89@k(\ /  
    1)/B V{n  
        srcnode = FindFullName( "Optical Sources.Source 1" ) '找到光源节点 F+*>q  
    B/q/sC  
        Print "found differential detector area at node " & srcnode GsqR8n=  
    @I\Z2-J  
        GetTrimVolume detnode, trm L$zT`1Hy  
        detx = trm.xSemiApe g-pDk*|I,Q  
        dety = trm.ySemiApe ]/p0j$Tq$  
        area = 4 * detx * dety FI.S?gy0   
        Print "detector array semiaperture dimensions are " & detx & " by " & dety _bqiS]:  
        Print "sampling is " & nx & " by " & ny 583ej2HPg  
    6R%c+ok8i  
        'reset differential detector area dimensions to be consistent with sampling &YO5N4X~o  
        pixelx = 2 * detx / nx HQ7-,!XO  
        pixely = 2 * dety / ny j$T2ff6  
        SetSourcePosGridRandom srcnode, pixelx / 2, pixely / 2, numRays, False MVjc.^  
        Print "resetting source dimensions to " & pixelx / 2 & " by " & pixely / 2 LnZ*,>1 Z  
    -Hh$3U v  
        'reset the source power }1TfKS]m>  
        SetSourcePower( srcnode, Sin(DegToRad(15))^2 ) }!0,(<EsV  
        Print "resetting the source power to " & GetSourcePower( srcnode ) & " units" e~$MIHBY]  
    (*&6XTV(  
        'zero out irradiance array Wq0h3AjR  
        For i = 0 To ny - 1 H`-%)c=  
            For j = 0 To nx - 1 B5#a 4G.  
                irrad(i,j) = 0.0 NhCO C  
            Next j V J){@  
        Next i 0MMY{@n  
    6'(5pt  
        'main loop ~Cks)mJs  
        EnableTextPrinting( False ) \4K8*`$  
    lcJ`OLG  
        ypos =  dety + pixely / 2 a: iIfdd4'  
        For i = 0 To ny - 1 3Aaj+=]W  
            xpos = -detx - pixelx / 2 *Zt)J8C  
            ypos = ypos - pixely U'";  
    Xu3^tH-b<  
            EnableTextPrinting( True ) fL83:<RK  
            Print i qw%4j9}  
            EnableTextPrinting( False ) eQcy'GA06  
    uWx/V+w  
    o4Fh`?d}  
            For j = 0 To nx - 1 9`dQ7z.8t  
    )pr pG !  
                xpos = xpos + pixelx Y4@~NCU/  
    uz>s2I}B  
                'shift source |1g2\5Re  
                LockOperationUpdates srcnode, True J2aA"BhdC"  
                GetOperation srcnode, 1, op )K@ 20Q+0K  
                op.val1 = xpos uAzV a!)  
                op.val2 = ypos n+zXt?{u  
                SetOperation srcnode, 1, op BRoi`.b:  
                LockOperationUpdates srcnode, False Cd7 j G  
    KPW: r#d  
    raytrace rcxV ,<[B  
                DeleteRays *Ei~2O}  
                CreateSource srcnode Q;m .m2  
                TraceExisting 'draw p]!,Bo ZL  
    WHbvb3'  
                'radiometry SnQ$  
                For k = 0 To GetEntityCount()-1 '(2G qX!  
                    If IsSurface( k ) Then b ";#qVv C  
                        temp = AuxDataGetData( k, "temperature" ) y>~=o9J_u  
                        emiss = AuxDataGetData( k, "emissivity" ) wjS3ItB  
                        If ( temp <> 0 And emiss <> 0 ) Then KT?vs5jg$&  
                            ProjSolidAngleByPi = GetSurfIncidentPower( k ) L4Nk+R;  
                            frac = BlackBodyFractionalEnergy ( minWave, maxWave, temp ) ,"h$!k"$g  
                            irrad(i,j) = irrad(i,j) + frac * emiss * sigma * temp^4 * ProjSolidAngleByPi EoQ.d|:g  
                        End If J'@ I!Jc  
    bGK&W;Myk  
                    End If &\0LR?Nh  
    y::KjB 0  
                Next k 5uDQ*nJ|  
    ]lz,?izMR  
            Next j r2""p  
    uAVV4)  
        Next i xBB:b\  
        EnableTextPrinting( True ) \hi{r@k>}  
    ucoBeNsHx  
        'write out file ik&loM_  
        fullfilepath = CurDir() & "\" & fname 3XL0Pm  
        Open fullfilepath For Output As #1 cB -XmX/  
        Print #1, "GRID " & nx & " " & ny Qx.E+n\  
        Print #1, "1e+308" >#!n"i;  
        Print #1, pixelx & " " & pixely Fi7pq2  
        Print #1, -detx+pixelx/2 & " " & -dety+pixely/2 c?q#?K aF  
    1-w1k ^e  
        maxRow = nx - 1 !m_'<=)B4~  
        maxCol = ny - 1 3D<P [.bS  
        For rowNum = 0 To maxRow                    ' begin loop over rows (constant X) (6 0,0|s  
                row = "" OEB_LI'  
            For colNum = maxCol To 0 Step -1            ' begin loop over columns (constant Y) L?al2aopF  
                row = row & irrad(colNum,rowNum) & " "     ' append column data to row string 4+v~{  
            Next colNum                     ' end loop over columns L x9`y t6  
    O~ qB  
                Print #1, row  zKT \i  
    3c9v~5og4  
        Next rowNum                         ' end loop over rows s?0r\cc|:  
        Close #1 %eD&2$q*  
    ge[\%  
        Print "File written: " & fullfilepath kx'6FkZPIr  
        Print "All done!!" &p=~=&g=  
    End Sub c:=Z<0S;  
    pM X7Rl  
    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: uX.Aq@j  
    VaX>tUW  
    NiWooFPKJ  
    找到Tools工具,点击Open plot files in 3D chart并找到该文件 _ZR2?y-M  
      
    4{fi=BA   
    &=02.E@  
    打开后,选择二维平面图: D.?KgOZ  
    xss D2*l  
     
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