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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。 a<Ksas'5S  
    hNUkaP  
    成像示意图
    4) z*Vux  
    首先我们建立十字元件命名为Target `\M}~  
    5 K[MKfT  
    创建方法: 9 =zZ,dg  
    v7#`b}'W  
    面1 : i$"M'BG  
    面型:plane Y:KIaYkk  
    材料:Air $Y=xu2u)  
    孔径:X=1.5, Y=6,Z=0.075,形状选择Box Ek,$XH  
    } U_z XuUz  
    ?a{es!  
    辅助数据: |L%d^m  
    首先在第一行输入temperature :300K, *^s^{0Ad  
    emissivity:0.1; x>eV$UJ  
    ]h 4r@L3  
    Gid6,J  
    面2 : oQ/ Dg+Xp  
    面型:plane  zPW_  
    材料:Air Cy2)M(RW  
    孔径:X=1.5, Y=6,Z=0.075,形状选择Box p{W'[A{J .  
    C~q&  
    )Nkf'&  
    位置坐标:绕Z轴旋转90度, 6< @F  
    w+G+&ak<  
    rlP?Uh  
    辅助数据: Uk<2XGj  
    U "kD)\  
    首先在第一行输入temperature :300K,emissivity: 0.1; Rt3/dw(p  
    Tt+E?C%Y  
    #@8JYzMq%  
    Target 元件距离坐标原点-161mm; jPA^SxM  
    Ers8J V  
    uraT$Q}  
    单透镜参数设定:F=100, bend=0, 位置位于坐标原点 o@ W:PmKW  
    HqoCl  
    R~!md  
    探测器参数设定: b5t:" >wC  
    CCp&+LRvR  
    在菜单栏中选择Create/Element Primitive /plane _h0hl]rf  
    Rr"D)|Y;C(  
    29kR7[k  
    T[+~-D @  
    K3-Cuku  
    U2HAIV8  
    元件半径为20mm*20,mm,距离坐标原点200mm。 -H9WwFk  
    /& wA$h  
    光源创建: *G(ZRj@ 33  
    +_v#V9?  
    光源类型选择为任意平面,光源半角设定为15度。 s8|F e_  
    *7UDTgY  
    }KFM8CbS  
    我们将光源设定在探测器位置上,具体的原理解释请见本章第二部分。 f0]`TjY  
    .XPPd?R  
    我们在位置选项又设定一行的目的是通过脚本自动控制光源在探测器平面不同划分区域内不同位置处追迹光线 tA{?-5  
    HsRQiai*  
    Xot2L{EIUE  
    功率数值设定为:P=sin2(theta) theta为光源半角15度。我们为什么要这么设定,在第二部分会给出详细的公式推导。 =5u;\b>*  
    S?e*<s9k  
    创建分析面: >@uFye$  
    = @n`5g  
    <0!)}O  
    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^f0wJg  
    _ Y8j l,J  
    d6+{^v$#  
    到此,所有的光学结构和属性设定完成,通过光线追迹我们可以查看光线是否可以穿过元件。 3Q~zli:  
    \Ws$@ J-M  
    FRED在探测器上穿过多个像素点迭代来创建热图 uG{/yJeU  
    LypBS]r u  
    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。 &7Lg) PG  
    将如下的代码放置在树形文件夹 Embedded Scripts, 4)+L(KyB2  
    -cs$E2 -  
    "HrZv+{  
    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。 H-5h-p k  
    {<L|Z=&k`  
    绿色字体为说明文字, Ae|bAyAK  
    8;Eg>_cL:  
    '#Language "WWB-COM" \>p\~[cxt  
    'script for calculating thermal image map Zil<*(kv{  
    'edited rnp 4 november 2005 BfdS3VrZ/  
    GRj#1OqL  
    'declarations hhcO ]*  
    Dim op As T_OPERATION S7f"\[Aw  
    Dim trm As T_TRIMVOLUME zsmlXyP'e!  
    Dim irrad(32,32) As Double 'make consistent with sampling F%`O$uXA  
    Dim temp As Double s]Qo'q2  
    Dim emiss As Double 1CA% nqlng  
    Dim fname As String, fullfilepath As String {^_K  
    Be~In~~  
    'Option Explicit RAAu3QKu  
    N`rz>6,k1  
    Sub Main ;Wedj\Kkp  
        'USER INPUTS hL}AgY@  
        nx = 31 Cm~z0c|T  
        ny = 31 2b^E8+r9  
        numRays = 1000 h$$2(!G4  
        minWave = 7    'microns $J!WuOz4^i  
        maxWave = 11   'microns B)=)@h[f  
        sigma = 5.67e-14 'watts/mm^2/deg k^4 '-M9v3itC  
        fname = "teapotimage.dat" 3fdqFJ O  
    O 2W2&vY  
        Print "" !A'3Mw\Nm  
        Print "THERMAL IMAGE CALCULATION" eh}I?:(a?  
    )2: ,E  
        detnode = FindFullName( "Geometry.Detector.Surface" ) '找到探测器平面节点 HA]5:ck  
    p%ZAVd*|#V  
        Print "found detector array at node " & detnode KSxZ4Y  
    v9XevLs  
        srcnode = FindFullName( "Optical Sources.Source 1" ) '找到光源节点 y[d>7fcf  
    z\c$$+t  
        Print "found differential detector area at node " & srcnode JlhI3`X;/  
    uQO\vRh0  
        GetTrimVolume detnode, trm CC|=$(PgT  
        detx = trm.xSemiApe 8&c:73=?X  
        dety = trm.ySemiApe $n_ax\15  
        area = 4 * detx * dety 0i~?^sT'  
        Print "detector array semiaperture dimensions are " & detx & " by " & dety ]oizBa@?G  
        Print "sampling is " & nx & " by " & ny ]!v\whZ>  
    dlCmSCp%  
        'reset differential detector area dimensions to be consistent with sampling 7[It  
        pixelx = 2 * detx / nx `[F[0fY-  
        pixely = 2 * dety / ny z4wG]]Kh*  
        SetSourcePosGridRandom srcnode, pixelx / 2, pixely / 2, numRays, False W #V`|JA  
        Print "resetting source dimensions to " & pixelx / 2 & " by " & pixely / 2 aqKrf(Rv  
    O[W/=j[  
        'reset the source power O1Nya\^g<I  
        SetSourcePower( srcnode, Sin(DegToRad(15))^2 ) p61F@=EL  
        Print "resetting the source power to " & GetSourcePower( srcnode ) & " units" KhZ\q|5  
    &{ZTtK&JF  
        'zero out irradiance array O ~D]C  
        For i = 0 To ny - 1 |DLmMsS4  
            For j = 0 To nx - 1 ^EcwY- Qr  
                irrad(i,j) = 0.0 tLzKM+Ct#  
            Next j 8DcIM(;Z  
        Next i v?s%qb=T  
    >N-l2?rE  
        'main loop "J>8ZUP  
        EnableTextPrinting( False ) H' %#71  
    A+ LX37B  
        ypos =  dety + pixely / 2 MTAq} 8  
        For i = 0 To ny - 1 ]+d> ;$O  
            xpos = -detx - pixelx / 2 ]BaK8mPl  
            ypos = ypos - pixely Hgbrlh  
    /TY=ig1z  
            EnableTextPrinting( True ) m4,inA:o  
            Print i z, c=."<z  
            EnableTextPrinting( False ) G!E1N(%o  
    AQTV1f_  
    !XQ)>T^G5  
            For j = 0 To nx - 1 ,"?xy-6  
    iHlee=}od  
                xpos = xpos + pixelx N7-LgP  
    AYv7- !Yk  
                'shift source Vu;z|L  
                LockOperationUpdates srcnode, True ,L-G-V+  
                GetOperation srcnode, 1, op 0`Y"xN`'i  
                op.val1 = xpos }TRVCF1  
                op.val2 = ypos ?6//'bO:%  
                SetOperation srcnode, 1, op z9JZV`dNgz  
                LockOperationUpdates srcnode, False S^_F0</U,  
    bFsJqA.A  
    raytrace >j)y7DSE  
                DeleteRays nTCwLnX(O  
                CreateSource srcnode ~'0W(~Q8  
                TraceExisting 'draw 4q*mEV  
    jf=\\*64r4  
                'radiometry 9YY*)5eyD  
                For k = 0 To GetEntityCount()-1 ASUleOI79(  
                    If IsSurface( k ) Then A>%mJ3M  
                        temp = AuxDataGetData( k, "temperature" ) ? u~?:a@K  
                        emiss = AuxDataGetData( k, "emissivity" ) tC\(H=ecP  
                        If ( temp <> 0 And emiss <> 0 ) Then '1rO&F  
                            ProjSolidAngleByPi = GetSurfIncidentPower( k ) h I7ur  
                            frac = BlackBodyFractionalEnergy ( minWave, maxWave, temp ) 4ZtsLMwLD  
                            irrad(i,j) = irrad(i,j) + frac * emiss * sigma * temp^4 * ProjSolidAngleByPi Xp0S  
                        End If  _:HQ4s@  
    ?wREX[Tqs  
                    End If aRcVoOq  
    l!j,9wz7  
                Next k qqSFy>`P  
    t4<+]]   
            Next j eu0j jeB  
    h@fF`  
        Next i F&a)mpFv3c  
        EnableTextPrinting( True ) GuKiNYI_  
    ?[2>x{5Z  
        'write out file ;nAI;Qw L  
        fullfilepath = CurDir() & "\" & fname =H8Y  
        Open fullfilepath For Output As #1 }-~LXL%!3  
        Print #1, "GRID " & nx & " " & ny ="de+S8W  
        Print #1, "1e+308" sE!$3|Q  
        Print #1, pixelx & " " & pixely T9bUt|  
        Print #1, -detx+pixelx/2 & " " & -dety+pixely/2 ["sm7yQ  
    @bZ,)R  
        maxRow = nx - 1 6Cgc-KNbk  
        maxCol = ny - 1 hkx(r5o  
        For rowNum = 0 To maxRow                    ' begin loop over rows (constant X) Lm*PHG  
                row = "" +!$]a^3l  
            For colNum = maxCol To 0 Step -1            ' begin loop over columns (constant Y) \WxBtpbQ B  
                row = row & irrad(colNum,rowNum) & " "     ' append column data to row string gjn1ha"h%.  
            Next colNum                     ' end loop over columns Kiq[PK  
    '3fN2[(  
                Print #1, row UdcrX`^.  
    iJS7g  
        Next rowNum                         ' end loop over rows Z6 E_Y?  
        Close #1 $ EexNz  
    Nf%/)Tk  
        Print "File written: " & fullfilepath %|'VucLx  
        Print "All done!!" V#X<Yt  
    End Sub A+hA'0isF@  
    vGwpDu\RgX  
    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: #@J{ )  
    a?@lX>Z  
    ~L:H]_8F l  
    找到Tools工具,点击Open plot files in 3D chart并找到该文件 vsJM[$RF  
      
    rUZ09>nDy  
    P DwBSj  
    打开后,选择二维平面图: ;cGY  
    %H4>k#b@$  
     
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