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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。 N3`EJY_|V  
    m.K@g1G  
    成像示意图
    f;w7YO+$p9  
    首先我们建立十字元件命名为Target |dxcEjcY_  
    g;Lk 'Ky6  
    创建方法: ,py:e>+^t  
    k]<E1 c/  
    面1 : RTgR>qI&)  
    面型:plane }>|M6.n "  
    材料:Air V#Px  
    孔径:X=1.5, Y=6,Z=0.075,形状选择Box v_$'!i$  
    =(^-s Jk  
    WE hDep:  
    辅助数据: Zss `##  
    首先在第一行输入temperature :300K, 2unaK<1s  
    emissivity:0.1; Qmk}smvH  
     d Xiv8B1  
    <e s>FD  
    面2 :  GT)63|  
    面型:plane ?1G7=R  
    材料:Air ;hsem,C h7  
    孔径:X=1.5, Y=6,Z=0.075,形状选择Box -or^mNB_z  
    S-8wL%r  
    }c"1;C&{  
    位置坐标:绕Z轴旋转90度, 38[ko 3  
    FccT@ ,.F  
    @vC7j>*4B  
    辅助数据: U60jkzIRH  
    z`^DQ8+\j  
    首先在第一行输入temperature :300K,emissivity: 0.1; },d`<^~  
    soH M5<U  
    oBm^RHTZ  
    Target 元件距离坐标原点-161mm; >Y h7By  
    \;h+:[<e1  
    aa'u5<<W  
    单透镜参数设定:F=100, bend=0, 位置位于坐标原点 JE<zQf(&  
    /ox9m7Fz7  
    @Y~R*^n"}  
    探测器参数设定: H.D1|sU  
    (L{Kg U&{$  
    在菜单栏中选择Create/Element Primitive /plane &@c?5Ie5  
    7q'_]$  
    /%#LA  
    F%8W*Y699  
    eu]t.Co[X  
    ^+ hJ& 9W  
    元件半径为20mm*20,mm,距离坐标原点200mm。 Ls<.&3X2  
    7^fpbrj  
    光源创建: *6-fvqCv  
    ),<E-Ub  
    光源类型选择为任意平面,光源半角设定为15度。 }|k_sx:  
    0{8^)apII  
    r@2{>j8  
    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。 5i+0GN3nd  
    j &#A 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 |HjoaN)  
    = }&@XRLJ  
    ^k'?e"[gTs  
    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。 wX0m8" g@  
    _:: q S!  
    创建分析面: fI/?2ZH  
    5kK:1hH7  
    aX oD{zA  
    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。 Q Eh_2  
    \WDL?(G<  
    yU-^w^4  
    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。 'E4`qq  
    B]`!L/  
    FRED在探测器上穿过多个像素点迭代来创建热图 Y7vTseq  
    H O^3v34ZO  
    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。 sG/mmZHYzr  
    将如下的代码放置在树形文件夹 Embedded Scripts, "5KJ /7q!  
    U5 `h  
    $a.!X8sHB.  
    打开后清空里面的内容,此脚本为通用脚本适用于一切可热成像的应用。 RG'Ft]l92N  
    ad\?@>[ I  
    绿色字体为说明文字, ZfpV=DU  
    Nh I&wl  
    '#Language "WWB-COM" LDj'L~H  
    'script for calculating thermal image map d6$,iw@>^  
    'edited rnp 4 november 2005 UBmD 3|Zo  
    q(i^sE[y  
    'declarations 2(-J9y|  
    Dim op As T_OPERATION c]#+W@$  
    Dim trm As T_TRIMVOLUME 19Cs 3B\4  
    Dim irrad(32,32) As Double 'make consistent with sampling sHqs)@D  
    Dim temp As Double E&\dr;{7  
    Dim emiss As Double n21Pfig  
    Dim fname As String, fullfilepath As String "[PxLq5  
    m15MA.R>  
    'Option Explicit W"m\|x  
    DcNQ2Zz?%  
    Sub Main &C~R*  
        'USER INPUTS cTA8F"UGD  
        nx = 31 [79 eq=  
        ny = 31 e}x}Fj</(  
        numRays = 1000 Q*S|SH-cZ0  
        minWave = 7    'microns DFgr,~  
        maxWave = 11   'microns >m}U|#;W  
        sigma = 5.67e-14 'watts/mm^2/deg k^4 E<[_L!2  
        fname = "teapotimage.dat" *]ROUk@K=  
    _RLx;Tn)L  
        Print "" j\^0BTZ  
        Print "THERMAL IMAGE CALCULATION" }Yi)r*LI3  
    9uXuV$.  
        detnode = FindFullName( "Geometry.Detector.Surface" ) '找到探测器平面节点 t/;@~jfr@  
    p!+7F\  
        Print "found detector array at node " & detnode ISQC{K']J  
    s6#@S4^=\  
        srcnode = FindFullName( "Optical Sources.Source 1" ) '找到光源节点 Wq bfZx  
    QHt;c  
        Print "found differential detector area at node " & srcnode :$bp4+3>  
    u!k]Q#2ZR  
        GetTrimVolume detnode, trm Q^^.@FU"x  
        detx = trm.xSemiApe oYYns%r}{  
        dety = trm.ySemiApe p^2"g~  
        area = 4 * detx * dety 3Y\7+975m  
        Print "detector array semiaperture dimensions are " & detx & " by " & dety q|E0Y   
        Print "sampling is " & nx & " by " & ny 8+m[ %5lu  
    V#j|_N1hm  
        'reset differential detector area dimensions to be consistent with sampling ~c e?xr|  
        pixelx = 2 * detx / nx R&z)  
        pixely = 2 * dety / ny /UJ@e  
        SetSourcePosGridRandom srcnode, pixelx / 2, pixely / 2, numRays, False <OKzb3e  
        Print "resetting source dimensions to " & pixelx / 2 & " by " & pixely / 2 T&?0hSYt  
    so* lV  
        'reset the source power F1V[8I.0  
        SetSourcePower( srcnode, Sin(DegToRad(15))^2 ) U'pm5Mc\q  
        Print "resetting the source power to " & GetSourcePower( srcnode ) & " units" ~, hPi  
    VZOf|o  
        'zero out irradiance array <Tq&Va_w  
        For i = 0 To ny - 1 OD,"8JF  
            For j = 0 To nx - 1 1B;-ea  
                irrad(i,j) = 0.0 ? x1"uH  
            Next j O"otzla  
        Next i P);: t~  
    F^5<o  
        'main loop Yp8~wdm  
        EnableTextPrinting( False ) oB9t&yM  
    8\Y/?$on  
        ypos =  dety + pixely / 2 cz8%p;F:  
        For i = 0 To ny - 1 =AFTB<7-^  
            xpos = -detx - pixelx / 2 {HV$hU+_)Q  
            ypos = ypos - pixely  P]bq9!{1  
    UWdPB2x[  
            EnableTextPrinting( True ) \bt+46y@]  
            Print i x+V;UD=mH  
            EnableTextPrinting( False ) zj!&12w%3  
    ;().  
    )PC(1Zn  
            For j = 0 To nx - 1 V?g@pnN"  
    H].G%,2'  
                xpos = xpos + pixelx s*R \!L  
    32_{nLV$[  
                'shift source zu<8%  
                LockOperationUpdates srcnode, True &9CKI/K:  
                GetOperation srcnode, 1, op B;M{v5s~]  
                op.val1 = xpos r7tN(2;5  
                op.val2 = ypos GW ]E,a  
                SetOperation srcnode, 1, op K)2ZH@  
                LockOperationUpdates srcnode, False WZk\mSNV  
    &Mset^o  
    raytrace Gt&x<  
                DeleteRays /o =V (  
                CreateSource srcnode _VU/j9<+  
                TraceExisting 'draw !XjvvX"j  
    !HA[:-JCz  
                'radiometry "7R"(.~>  
                For k = 0 To GetEntityCount()-1 <!.'"*2  
                    If IsSurface( k ) Then m178S3  
                        temp = AuxDataGetData( k, "temperature" ) _C9*M6IU  
                        emiss = AuxDataGetData( k, "emissivity" ) z/*nY?  
                        If ( temp <> 0 And emiss <> 0 ) Then 9wP_dJvb  
                            ProjSolidAngleByPi = GetSurfIncidentPower( k ) )hH9VGZq(  
                            frac = BlackBodyFractionalEnergy ( minWave, maxWave, temp ) |irqv< r  
                            irrad(i,j) = irrad(i,j) + frac * emiss * sigma * temp^4 * ProjSolidAngleByPi .p%p_  
                        End If tt=?*n  
    Lm<"W_  
                    End If KWU ~QAc  
    i/rdPbq  
                Next k DPvM|n`TW  
    _A*5BAB:h(  
            Next j s)$N&0\  
    gWp\?La  
        Next i Wjt1NfS&  
        EnableTextPrinting( True ) 4!Ez#\  
    vjG: 1|*e  
        'write out file zdCeOZ 6  
        fullfilepath = CurDir() & "\" & fname ! /Z{uy  
        Open fullfilepath For Output As #1 -If-c'"G  
        Print #1, "GRID " & nx & " " & ny @ViJJ\  
        Print #1, "1e+308" &sL(|>N  
        Print #1, pixelx & " " & pixely N9r}nqCN  
        Print #1, -detx+pixelx/2 & " " & -dety+pixely/2 LTu cs }  
    C+-GE9=  
        maxRow = nx - 1 de{KfM`W;  
        maxCol = ny - 1 Gx ?p,Fj  
        For rowNum = 0 To maxRow                    ' begin loop over rows (constant X) nAn/Vu  
                row = "" #LlHsY530N  
            For colNum = maxCol To 0 Step -1            ' begin loop over columns (constant Y) ~ \tI9L?|A  
                row = row & irrad(colNum,rowNum) & " "     ' append column data to row string *loPwV8  
            Next colNum                     ' end loop over columns hkw;W[ZWa  
    ]!J 6S.@#+  
                Print #1, row @ NGK2J  
    vS-k0g;   
        Next rowNum                         ' end loop over rows d% ?+q0j  
        Close #1 =>Y b~r71  
    xwa5dtcng  
        Print "File written: " & fullfilepath &eV& +j  
        Print "All done!!" PL/as3O^A  
    End Sub mH> oF|  
    >N>WOLbb7(  
    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: &^e%gU8!\  
    _aVrQ@9  
    JqTkNKi/s  
    找到Tools工具,点击Open plot files in 3D chart并找到该文件 C.V")D=  
      
    >*H>'O4  
    &~U!X~PpB  
    打开后,选择二维平面图: Ed9ynJ~)X  
    {dJC3/ Rf  
     
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