切换到宽版
  • 广告投放
  • 稿件投递
  • 繁體中文
    • 1414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
    6401
    光币
    26150
    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。 W_Eur,/`  
    s%Irh;Bs  
    成像示意图
    u[+/WFH  
    首先我们建立十字元件命名为Target :7 OhplI  
    a@s@E  
    创建方法: h-6zQs   
    /6Olq6V  
    面1 : Msl8o c  
    面型:plane 2x<4&^  
    材料:Air M#o'hc  
    孔径:X=1.5, Y=6,Z=0.075,形状选择Box 7J[s5'~|  
    j5~nLo2  
    fUa[3)I  
    辅助数据: &8M^E/#.^;  
    首先在第一行输入temperature :300K, y6`zdB  
    emissivity:0.1;  >Q% FW  
    la{Iqm{i  
    %(i(Cf8@  
    面2 : =+"=|cQ  
    面型:plane )9s 6(Iu  
    材料:Air Io\tZXB  
    孔径:X=1.5, Y=6,Z=0.075,形状选择Box CaqqH`/E4  
    i2 7KuPjC  
    XI7:y4M  
    位置坐标:绕Z轴旋转90度, 1/<Z6 ?U  
    _t.Ub:  
    CA5q(ID_  
    辅助数据: ix!4s613w  
    f0]`TjY  
    首先在第一行输入temperature :300K,emissivity: 0.1; 09sdt;V Q  
    }4XXNYH  
    *wu|(t_ A  
    Target 元件距离坐标原点-161mm; )Oix$B!-  
    X\HP&;Wd  
    gSt'<v  
    单透镜参数设定:F=100, bend=0, 位置位于坐标原点 VK3e(7 b  
    bC0DzBnM;  
    N= {0A  
    探测器参数设定: _ m<@ou7  
    <nbc RO.  
    在菜单栏中选择Create/Element Primitive /plane G[ gfD\  
    [$FiXH J  
    /Q\|u:oO,  
    aa,^+^J  
    Mv7=ZAm  
    Q/^a(   
    元件半径为20mm*20,mm,距离坐标原点200mm。 dA=T+u  
    ?i5=sK\  
    光源创建: \oy8)o/Gb  
     YW'l),Z  
    光源类型选择为任意平面,光源半角设定为15度。 OoOr@5g  
    Hwiftx  
    h7cE"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。  PpWdZ  
    *!&,)''  
    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 8Q\ T,C  
    vCsJnKqK  
    }CB9H$FkCY  
    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。 ql(~3/kA_  
    bm#/ KT_8  
    创建分析面: B'!I{LC  
    ]D&\|,,(  
    .BrYz:#A  
    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。 35Cm>X  
     #[yZP9  
    I|R;)[;X  
    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。 meArS*d  
    qz&?zzz;  
    FRED在探测器上穿过多个像素点迭代来创建热图 !G~`5?CvE  
    7Kn}KO!Y8  
    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。 L#Rj~&U  
    将如下的代码放置在树形文件夹 Embedded Scripts, prO ~g  
    xa$4P [  
    S- JD}+ 9  
    打开后清空里面的内容,此脚本为通用脚本适用于一切可热成像的应用。 9/$Cq  
    /nzJ`d  
    绿色字体为说明文字, yL"UBe}v  
    "eZ~]m}L0  
    '#Language "WWB-COM" %{ +>\0x  
    'script for calculating thermal image map y?ypRCgO.u  
    'edited rnp 4 november 2005 \<Di |X1  
    /5"RedP<  
    'declarations Zx U?d   
    Dim op As T_OPERATION !T RU  
    Dim trm As T_TRIMVOLUME 'l6SL- <  
    Dim irrad(32,32) As Double 'make consistent with sampling (65|QA   
    Dim temp As Double Fb<fQIa  
    Dim emiss As Double l?:S)[:  
    Dim fname As String, fullfilepath As String lnv&fu`1P  
    \.Z /  
    'Option Explicit -v{LT=,O  
    ~w"e 2a  
    Sub Main wrAcVR  
        'USER INPUTS RKD$'UWX  
        nx = 31 ]7J*(,sp  
        ny = 31 JGQ)/(  
        numRays = 1000 %z"n}|%!  
        minWave = 7    'microns 2|$G<f  
        maxWave = 11   'microns A1F!I4p5  
        sigma = 5.67e-14 'watts/mm^2/deg k^4 )W |_f  
        fname = "teapotimage.dat" #y*p7~|@  
    SshjUNx  
        Print "" ~ As_O6JI  
        Print "THERMAL IMAGE CALCULATION"  [1g   
    sjG@4Or  
        detnode = FindFullName( "Geometry.Detector.Surface" ) '找到探测器平面节点 Hk@LHC  
    ?$~5ti#\  
        Print "found detector array at node " & detnode oL -udH  
    *  \%b1  
        srcnode = FindFullName( "Optical Sources.Source 1" ) '找到光源节点 w 3$9  
    A}G>JL  
        Print "found differential detector area at node " & srcnode a}V<CBi  
    !a^'Jbb  
        GetTrimVolume detnode, trm nJcY>Rp?  
        detx = trm.xSemiApe yt#~n _  
        dety = trm.ySemiApe "HtaJVp//  
        area = 4 * detx * dety {C5-M!D{<  
        Print "detector array semiaperture dimensions are " & detx & " by " & dety "Zu>cbE  
        Print "sampling is " & nx & " by " & ny tb;u%{S  
    1-}M5]Y  
        'reset differential detector area dimensions to be consistent with sampling O7z5,-  
        pixelx = 2 * detx / nx g<^-[w4/  
        pixely = 2 * dety / ny Y} crE/  
        SetSourcePosGridRandom srcnode, pixelx / 2, pixely / 2, numRays, False lX/:e=  
        Print "resetting source dimensions to " & pixelx / 2 & " by " & pixely / 2 A9o"L.o)  
    '4,>#D8@O  
        'reset the source power oD=+  
        SetSourcePower( srcnode, Sin(DegToRad(15))^2 ) ^c?$$Tq  
        Print "resetting the source power to " & GetSourcePower( srcnode ) & " units" O:jaA3  
    epG!V#I  
        'zero out irradiance array `qhZZ{s)1U  
        For i = 0 To ny - 1 Pa-{bhllu)  
            For j = 0 To nx - 1 Y InPmR  
                irrad(i,j) = 0.0 ky I~  
            Next j KEo?Cy?%ff  
        Next i t(Gg 1  
    %H3 M0J2L  
        'main loop V-x/lo]Co  
        EnableTextPrinting( False ) q+W* ?a)  
    lf}%^od~6  
        ypos =  dety + pixely / 2 *Ke\Yb  
        For i = 0 To ny - 1 $PFE>=nM  
            xpos = -detx - pixelx / 2 Eg4_kp0Lq  
            ypos = ypos - pixely {ZKXT8'  
    Xd5uF/w  
            EnableTextPrinting( True ) C=&;4In  
            Print i PGhYkj2  
            EnableTextPrinting( False ) 3 uJ?;  
    l09DH+  
    W~Q;R:y  
            For j = 0 To nx - 1 S@cKo&^  
    g[(Eh?]Sc  
                xpos = xpos + pixelx 0,j!*  
    s^HI%mdf  
                'shift source Y7<(_p7  
                LockOperationUpdates srcnode, True $lb$<  
                GetOperation srcnode, 1, op KN".0WU  
                op.val1 = xpos 2X6L'!=  
                op.val2 = ypos  mT,#"k8  
                SetOperation srcnode, 1, op BVu{To:g  
                LockOperationUpdates srcnode, False 9](RZ6A+o  
    -ju}I  
    raytrace B:#9   
                DeleteRays [Nu py,v  
                CreateSource srcnode o<Qt<*  
                TraceExisting 'draw vfdTGM`3  
    c{[lT2yxU  
                'radiometry 1!Afq}|  
                For k = 0 To GetEntityCount()-1 Or :P*l  
                    If IsSurface( k ) Then ,AwX7gx22  
                        temp = AuxDataGetData( k, "temperature" ) ^wz 2e  
                        emiss = AuxDataGetData( k, "emissivity" ) G{gc]7\=Cd  
                        If ( temp <> 0 And emiss <> 0 ) Then f0+vk'Z  
                            ProjSolidAngleByPi = GetSurfIncidentPower( k ) mb*|$ysPx  
                            frac = BlackBodyFractionalEnergy ( minWave, maxWave, temp ) Y=Om0=v  
                            irrad(i,j) = irrad(i,j) + frac * emiss * sigma * temp^4 * ProjSolidAngleByPi a;=IOQ  
                        End If Fil6;R  
    O3tw@ &k  
                    End If 5IfC8drAs  
    T l8`3`e  
                Next k pyp0SGCM:  
    m(Iy W734I  
            Next j LvNulMEK  
    xM![  
        Next i *M'/z=V?%  
        EnableTextPrinting( True ) ;),vUu,k  
     VM<$!Aaz  
        'write out file xB5QM #w\  
        fullfilepath = CurDir() & "\" & fname ;Q0H7)t:  
        Open fullfilepath For Output As #1 fndbGbl8p  
        Print #1, "GRID " & nx & " " & ny {\gpXVrn_  
        Print #1, "1e+308" X=V2^zrt  
        Print #1, pixelx & " " & pixely #'BPW<Ob  
        Print #1, -detx+pixelx/2 & " " & -dety+pixely/2 \i3)/sZ?l  
    !vq|*8  
        maxRow = nx - 1 wY3| 5kbDj  
        maxCol = ny - 1 yiMqe^zy  
        For rowNum = 0 To maxRow                    ' begin loop over rows (constant X) J@+b_e*  
                row = "" S=G2%u!;  
            For colNum = maxCol To 0 Step -1            ' begin loop over columns (constant Y) ?{\h`+A  
                row = row & irrad(colNum,rowNum) & " "     ' append column data to row string ,,]<f*N  
            Next colNum                     ' end loop over columns i?f;C_w  
    Mk}*ze0%  
                Print #1, row otlv ;3263  
    =k5O*ql"  
        Next rowNum                         ' end loop over rows RLfB]\w  
        Close #1 .mplML0oW  
    5]zH!>-F  
        Print "File written: " & fullfilepath >L433qR  
        Print "All done!!" 9# #(B  
    End Sub sY:=bU^P  
    0<+eN8od.  
    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: (XEJd4r  
    slaH2}$xR  
    ~~q>]4>  
    找到Tools工具,点击Open plot files in 3D chart并找到该文件 3sp-0tUE  
      
    . f!dH  
    0cq<!{d  
    打开后,选择二维平面图: J3$@: S'  
    Z9eP(ip  
     
    分享到