切换到宽版
  • 广告投放
  • 稿件投递
  • 繁體中文
    • 940阅读
    • 0回复

    [技术]十字元件热成像分析 [复制链接]

    上一主题 下一主题
    离线infotek
     
    发帖
    5786
    光币
    23082
    光券
    0
    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。 &z05h<]  
    ASB3|uy_  
    成像示意图
    ):\+%v^  
    首先我们建立十字元件命名为Target z+KZ6h  
    NIAji3  
    创建方法: +~EnrrT+W  
    YJ+l \Wb}  
    面1 : 1{Ik.O)  
    面型:plane Tol V3  
    材料:Air v6H!.0  
    孔径:X=1.5, Y=6,Z=0.075,形状选择Box MoXai0d%  
    @O/"s~d-  
    M< H+$}[  
    辅助数据: ]c1#_MW  
    首先在第一行输入temperature :300K, \*M;W|8aB  
    emissivity:0.1; ]E.\ |I(  
    .l,]yWwfK  
    -Un"z6*  
    面2 : OepQ Z|2  
    面型:plane V@+X4`T  
    材料:Air 'Z|Czd8E  
    孔径:X=1.5, Y=6,Z=0.075,形状选择Box tkmzOc H  
    =3nA5'UZ  
    |9Y~k,rF  
    位置坐标:绕Z轴旋转90度, XT \2  
    ?w&?P}e +  
    &;R BG$t  
    辅助数据: R[kF(C&  
    Q9c*I,O j  
    首先在第一行输入temperature :300K,emissivity: 0.1; nbW.x7  
    nchpD@'t  
    %!DTq`F  
    Target 元件距离坐标原点-161mm; 0$i\/W+  
    Tkn8W j  
    Xy}>O*  
    单透镜参数设定:F=100, bend=0, 位置位于坐标原点 t>Yl= 79,  
    l GJN;G7  
    36Lf8~d4"h  
    探测器参数设定: RRro.r,  
    #%pY,AK:=  
    在菜单栏中选择Create/Element Primitive /plane XtE O)  
    N'PK4:  
    `<#O8,7`  
    |WNI[49  
    %0({ MU  
    J\ N&u#  
    元件半径为20mm*20,mm,距离坐标原点200mm。 2k m0  
    )NTpb  
    光源创建: ^Nt^.xi7  
    'UTMEN&  
    光源类型选择为任意平面,光源半角设定为15度。 VF+g+~  
    '3~m},0  
    '@zMZc!  
    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。 Bc`L ]<  
    Urol)_3X  
    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 O_ vH w^  
    <dAxB$16sT  
    ^5)=) xVF  
    功率数值设定为:P=sin2(theta) theta为光源半角15度。我们为什么要这么设定,在第二部分会给出详细的公式推导。 3HNm`b8G4m  
    :H#D4O8UiH  
    创建分析面: cEn|Q  
    GnC s_[*&r  
    L=.@hs  
    到这里元件参数设定完成,现在我们设定元件的光学属性,在前面我们分别对第一和第二面设定的温度和发射系数,散射属性我们设定为黑朗伯,4%的散射。并分别赋予到面一和面二。 9{rE7OX*A  
    wa!z:}]  
    ;kZJnN"y  
    到此,所有的光学结构和属性设定完成,通过光线追迹我们可以查看光线是否可以穿过元件。 s){VU2.ra  
    @:@5BCs<  
    FRED在探测器上穿过多个像素点迭代来创建热图 )TBm?VMe  
    I,"q:QS+  
    FRED具有一个内置的可编译的Basic脚本语言。从Visual Basic脚本语言里,几乎所有用户图形界面(GUI)命令是可用这里的。FRED同样具有自动的客户端和服务器能力,它可以被调用和并调用其他可启动程序,如Excel。因此可以在探测器像素点上定义多个离轴光源,及在FRED Basic脚本语言里的For Next loops语句沿着探测器像素点向上和向下扫描来反向追迹光线,这样可以使用三维图表查看器(Tools/Open plot files in 3D chart)调用和查看数据。 /XNC^!z6Js  
    将如下的代码放置在树形文件夹 Embedded Scripts, mE'HRv  
    Xc&J.Tw#4*  
    B,` `2\B  
    打开后清空里面的内容,此脚本为通用脚本适用于一切可热成像的应用。 O&#>i]*V  
    I0;gTpt9  
    绿色字体为说明文字, &i6JBZ#~,  
    7mn&w$MS4:  
    '#Language "WWB-COM" ^)'D eP/  
    'script for calculating thermal image map &x4*YM h  
    'edited rnp 4 november 2005 :G=ol2Q  
    ) r"7"i  
    'declarations h\5~&}Hp  
    Dim op As T_OPERATION [.$/o}  
    Dim trm As T_TRIMVOLUME nITkgN:s  
    Dim irrad(32,32) As Double 'make consistent with sampling h A '>  
    Dim temp As Double I]cZcx,<q  
    Dim emiss As Double IR&b2FTcU  
    Dim fname As String, fullfilepath As String Ef3=" }AI;  
    fP- =wd  
    'Option Explicit H`yUSB IP  
    M5x MTP-  
    Sub Main i?V:+0#q\]  
        'USER INPUTS  B`vC>  
        nx = 31 9`CJhu  
        ny = 31 \5a;_N[Ed  
        numRays = 1000 .x}xa  
        minWave = 7    'microns ?B`c <H"  
        maxWave = 11   'microns H> n;[  
        sigma = 5.67e-14 'watts/mm^2/deg k^4 !<F5W <V  
        fname = "teapotimage.dat" dZddo z_  
    ) bd`U  
        Print "" d" a\`#  
        Print "THERMAL IMAGE CALCULATION" .eCUvX`$  
    }0>\%C  
        detnode = FindFullName( "Geometry.Detector.Surface" ) '找到探测器平面节点 'oM=ZU8wo  
    &KV$x3  
        Print "found detector array at node " & detnode L"uidd0(g  
    :3b\pEO9\  
        srcnode = FindFullName( "Optical Sources.Source 1" ) '找到光源节点 _UbyhBl  
    d6zq,x!cI  
        Print "found differential detector area at node " & srcnode gQeoCBCE  
    5!57<n  
        GetTrimVolume detnode, trm f %P#.  
        detx = trm.xSemiApe <2LUq@Pg  
        dety = trm.ySemiApe r jnf30  
        area = 4 * detx * dety gEmsPk,  
        Print "detector array semiaperture dimensions are " & detx & " by " & dety 0&3zBL%Bo  
        Print "sampling is " & nx & " by " & ny %+(fdk-k+  
    +JB*1dz>8  
        'reset differential detector area dimensions to be consistent with sampling BDX>J3h  
        pixelx = 2 * detx / nx }{[p<pU$C  
        pixely = 2 * dety / ny 3qDuF  
        SetSourcePosGridRandom srcnode, pixelx / 2, pixely / 2, numRays, False 3g0v,7,Zv  
        Print "resetting source dimensions to " & pixelx / 2 & " by " & pixely / 2 #9A*BbY  
    mAe)Hy %  
        'reset the source power :Z6l)R+V  
        SetSourcePower( srcnode, Sin(DegToRad(15))^2 ) {axRq'=  
        Print "resetting the source power to " & GetSourcePower( srcnode ) & " units" hy3?.  
    N*KM6j  
        'zero out irradiance array vJQ_mz  
        For i = 0 To ny - 1 ir_X65l/2  
            For j = 0 To nx - 1 |9)y<}c5oM  
                irrad(i,j) = 0.0 jz I,B  
            Next j ("=B,%F_  
        Next i n ,@ ge  
    3)l<'~"z<  
        'main loop n]K{-C;  
        EnableTextPrinting( False ) 9 vNz yh\  
    xoQqku"vn  
        ypos =  dety + pixely / 2 C`aUitL}  
        For i = 0 To ny - 1 Tq%##  
            xpos = -detx - pixelx / 2 H$,wg!kY!  
            ypos = ypos - pixely WmblY2  
    j^Ln\N]^  
            EnableTextPrinting( True ) $ \ I|6[P  
            Print i Ft@ZK!'@  
            EnableTextPrinting( False ) c}2"X,  
    :ZXaJ!  
    q=k[]vD  
            For j = 0 To nx - 1 ?u{D-by%&  
    -)e(Qt#ewl  
                xpos = xpos + pixelx 9hhYyqGsO  
    ~tB9kLFG  
                'shift source NDG?X s [2  
                LockOperationUpdates srcnode, True (>-(~7PR  
                GetOperation srcnode, 1, op nwJc%0  
                op.val1 = xpos UFj/Y;  
                op.val2 = ypos WAVEwA`r  
                SetOperation srcnode, 1, op G+ NTn\  
                LockOperationUpdates srcnode, False K` <`l  
    %;O# y3,  
    raytrace %z["TVH  
                DeleteRays #/WjKr n  
                CreateSource srcnode .j`8E^7<  
                TraceExisting 'draw J*qo3aJjE  
    #3-hE  
                'radiometry JL?|NV-  
                For k = 0 To GetEntityCount()-1 p49T3V  
                    If IsSurface( k ) Then *35o$P46  
                        temp = AuxDataGetData( k, "temperature" ) Bh6lK}9  
                        emiss = AuxDataGetData( k, "emissivity" ) q/3co86c  
                        If ( temp <> 0 And emiss <> 0 ) Then U,,rB(  
                            ProjSolidAngleByPi = GetSurfIncidentPower( k ) A~'p~ @L  
                            frac = BlackBodyFractionalEnergy ( minWave, maxWave, temp ) 0Pg@%>yb~  
                            irrad(i,j) = irrad(i,j) + frac * emiss * sigma * temp^4 * ProjSolidAngleByPi <##aD3)  
                        End If liTAV9<  
    SXmh@a"*\  
                    End If 9~}8?kPNw=  
    t\lx*_lr  
                Next k HjX)5@"o(  
    o%v,6yv  
            Next j D o!]t7Y$  
    ;}Acy VV  
        Next i [Mlmn$it  
        EnableTextPrinting( True ) %* @hS`  
    21\?FQrz  
        'write out file xf8.PqVNo  
        fullfilepath = CurDir() & "\" & fname \V9);KAOj  
        Open fullfilepath For Output As #1 h>"Z=y  
        Print #1, "GRID " & nx & " " & ny Y\{lQMCy  
        Print #1, "1e+308" ZHc;8|}  
        Print #1, pixelx & " " & pixely ,+RoJwi m  
        Print #1, -detx+pixelx/2 & " " & -dety+pixely/2 ,CnUQx0  
    |( R[5q  
        maxRow = nx - 1 W7 9.,#  
        maxCol = ny - 1 G I#TMFz3  
        For rowNum = 0 To maxRow                    ' begin loop over rows (constant X) Q37zBC 0  
                row = "" uszMzO~  
            For colNum = maxCol To 0 Step -1            ' begin loop over columns (constant Y) 8?k.4{?  
                row = row & irrad(colNum,rowNum) & " "     ' append column data to row string hFt~7R  
            Next colNum                     ' end loop over columns 8hvh xp  
    _ 4+=S)$  
                Print #1, row "RsH'`  
    DT#Z6A  
        Next rowNum                         ' end loop over rows u5dyhx7  
        Close #1 ?a-}1A{  
    +4Lj}8,  
        Print "File written: " & fullfilepath *wJ'Z4_5F  
        Print "All done!!" ktK/s!bgY  
    End Sub =|bW >y  
    pXHeUBY.  
    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: ~7&O[  
    m{sch`bP  
    0qD.OF)8  
    找到Tools工具,点击Open plot files in 3D chart并找到该文件 '#x<Fo~hT  
      
    ak;S Ie  
    }#U3vMx(  
    打开后,选择二维平面图: gc{5/U9H*  
    W[j7Vi8v  
     
    分享到