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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。 nLG)>L  
    6DK).|@$r  
    成像示意图
    XBkaum4j  
    首先我们建立十字元件命名为Target Iz. h  
    R9 #ar{  
    创建方法: Dykh|"  
    !k*B-@F  
    面1 : |uw48*t  
    面型:plane dzAumWoh  
    材料:Air wCR! bZ w  
    孔径:X=1.5, Y=6,Z=0.075,形状选择Box M<*Tp^Y'  
    ]sL.+.P  
    <HN+pi  
    辅助数据: ^v cnDi  
    首先在第一行输入temperature :300K, :( m, 06K  
    emissivity:0.1; fDplYn#  
    S Z/yijf  
    V;"2=)X  
    面2 : I *sT*;U  
    面型:plane ,IqE<i!U  
    材料:Air z~3ubta8(@  
    孔径:X=1.5, Y=6,Z=0.075,形状选择Box Q<;EQb#  
    CLVT5pj='  
    )j~{P  
    位置坐标:绕Z轴旋转90度, iQ8{N:58DN  
    b+J|yM<`  
    <3@nv%  
    辅助数据: $hcv}<$/  
    vfv?QjR  
    首先在第一行输入temperature :300K,emissivity: 0.1; 7=}tJ  
    .d^8?vo  
    ecz-jZ! `  
    Target 元件距离坐标原点-161mm; /}>8|#U3y  
    %%?}db1n  
    Ao`e{  
    单透镜参数设定:F=100, bend=0, 位置位于坐标原点 jLI1Ed  
    /*Q3=Dse]  
    wzwv>@}  
    探测器参数设定: Q5Nbu90  
    kwT)j(pp<  
    在菜单栏中选择Create/Element Primitive /plane 6V1oZ-:}  
    nA(" cD[,  
    f~a 7E;y  
    #@`c7SR  
    H+Bon=$cE!  
    NcF>}f,}\  
    元件半径为20mm*20,mm,距离坐标原点200mm。 6O6B8  
    hp2E! Cma  
    光源创建: p.g>+7  
    ; I-6H5  
    光源类型选择为任意平面,光源半角设定为15度。 OhCdBO  
    U= f9b]Y  
    <_|@ ~^u  
    我们将光源设定在探测器位置上,具体的原理解释请见本章第二部分。 >h#juO"  
    k# Ho7rS&  
    我们在位置选项又设定一行的目的是通过脚本自动控制光源在探测器平面不同划分区域内不同位置处追迹光线 x/M$_E<G  
    h;+O96V4.  
    $A{$$8P  
    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。 '*rS, y  
    E.NfVeq  
    创建分析面: ,"#nJC  
    KNQj U-A  
    hN=kU9@knC  
    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。 Kn5C  
    SUMfebW5  
    M *3G  
    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。 0R\.G1f%  
    >\pF5a`  
    FRED在探测器上穿过多个像素点迭代来创建热图  gvo98Id  
    Y#V(CIDe  
    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。 _oBx:G6E  
    将如下的代码放置在树形文件夹 Embedded Scripts, M$ieM[_T  
    #'%ii,;w Q  
    AU`z.Isf  
    打开后清空里面的内容,此脚本为通用脚本适用于一切可热成像的应用。 "A~dt5GJ  
    ~Uv#)  
    绿色字体为说明文字, 2'M5+[8y8  
    leNX5 sX  
    '#Language "WWB-COM" oowofi(E  
    'script for calculating thermal image map v*GS>S  
    'edited rnp 4 november 2005 _/>I-\xWA  
    @"fv[=Xb  
    'declarations B\rY\  
    Dim op As T_OPERATION ",gVo\^  
    Dim trm As T_TRIMVOLUME CStNCBZ|\  
    Dim irrad(32,32) As Double 'make consistent with sampling l6WEx -d  
    Dim temp As Double b~>@x{  
    Dim emiss As Double >E4,zs@7t  
    Dim fname As String, fullfilepath As String Lc}hjK  
    iExKi1knx  
    'Option Explicit MYara;k  
    y,&[OrCm^\  
    Sub Main lc5(^ ~  
        'USER INPUTS {4 vWSb  
        nx = 31 fI0"#i v}  
        ny = 31 m)<+?Bv y  
        numRays = 1000 <eSg%6z  
        minWave = 7    'microns Rh"O$K~  
        maxWave = 11   'microns >T [Y>]  
        sigma = 5.67e-14 'watts/mm^2/deg k^4 g]z k`R5  
        fname = "teapotimage.dat" oupWzjo  
    zJ8T.+qJ  
        Print "" {e2ZW]  
        Print "THERMAL IMAGE CALCULATION" ]Ri=*KZa  
    #M w70@6  
        detnode = FindFullName( "Geometry.Detector.Surface" ) '找到探测器平面节点 7oIHp_Zq  
    p{GO-gE@  
        Print "found detector array at node " & detnode -WyB2$!(  
    7)#JrpTj%  
        srcnode = FindFullName( "Optical Sources.Source 1" ) '找到光源节点 ;5\'PrE  
    >ZPu$=[W  
        Print "found differential detector area at node " & srcnode vYXhWqL~  
    sxF2ku4A  
        GetTrimVolume detnode, trm _I'k&R  
        detx = trm.xSemiApe mpwh=  
        dety = trm.ySemiApe ,Q Ge=Exn  
        area = 4 * detx * dety 85|u;Fxf  
        Print "detector array semiaperture dimensions are " & detx & " by " & dety u|$HA>F[  
        Print "sampling is " & nx & " by " & ny SFuSM/Pf  
    FPK=Tr:b  
        'reset differential detector area dimensions to be consistent with sampling & }j;SK5  
        pixelx = 2 * detx / nx J7{D6@yLS  
        pixely = 2 * dety / ny CHqi5Z/+  
        SetSourcePosGridRandom srcnode, pixelx / 2, pixely / 2, numRays, False 4PS|  
        Print "resetting source dimensions to " & pixelx / 2 & " by " & pixely / 2 #G0'Q2  
    E3S0u7 Es  
        'reset the source power 'Tqusr>lPY  
        SetSourcePower( srcnode, Sin(DegToRad(15))^2 ) .HY,'oC.  
        Print "resetting the source power to " & GetSourcePower( srcnode ) & " units" 4,QA {v  
    V:5aq.o!  
        'zero out irradiance array P;gd!Yl<-  
        For i = 0 To ny - 1 a[zVC)N0  
            For j = 0 To nx - 1 4<1V  
                irrad(i,j) = 0.0 OC,yLQ  
            Next j Z)(#D($-  
        Next i U5cbO{\ 3I  
    vOKNBR2  
        'main loop X5+^b({  
        EnableTextPrinting( False ) # 7d vT=  
    _f>)G3p  
        ypos =  dety + pixely / 2 RlvvO  
        For i = 0 To ny - 1 Bo ywgL|  
            xpos = -detx - pixelx / 2 dQp>z%L)  
            ypos = ypos - pixely Rd;t}E$  
    C{l-l`:  
            EnableTextPrinting( True ) ^oq|^O  
            Print i ~LF M,@  
            EnableTextPrinting( False ) [Ax :gj  
    w0sy@OF  
    O<>+l*bk  
            For j = 0 To nx - 1 W!9~bBF',  
    4UW)XLu6T7  
                xpos = xpos + pixelx VpbJe@*D  
    y[cc<wm$  
                'shift source <]oPr1  
                LockOperationUpdates srcnode, True 0?I  
                GetOperation srcnode, 1, op d=vD Pf  
                op.val1 = xpos (A}c22qe  
                op.val2 = ypos ~pI`_3  
                SetOperation srcnode, 1, op I) *J,hs1  
                LockOperationUpdates srcnode, False dYwEVu6q  
    =7:}/&  
    raytrace n@C#,v#^0  
                DeleteRays fD_3lbiL(  
                CreateSource srcnode BjjuZN&  
                TraceExisting 'draw / )[\+Nc  
    f::^zAV  
                'radiometry yVPFH~1@\  
                For k = 0 To GetEntityCount()-1 |D'!.$7%  
                    If IsSurface( k ) Then }VH2G94Ll  
                        temp = AuxDataGetData( k, "temperature" ) e cvZwL  
                        emiss = AuxDataGetData( k, "emissivity" ) =''*'a-P  
                        If ( temp <> 0 And emiss <> 0 ) Then =:xJZy$  
                            ProjSolidAngleByPi = GetSurfIncidentPower( k ) m^/>C -&C  
                            frac = BlackBodyFractionalEnergy ( minWave, maxWave, temp ) U&$I!80.  
                            irrad(i,j) = irrad(i,j) + frac * emiss * sigma * temp^4 * ProjSolidAngleByPi chuJj IY  
                        End If [5b[ztN%  
    s1%2({wP  
                    End If !+ UXu]kA  
    iz tF  
                Next k 2Qp]r+!  
    @k:@mzB7R  
            Next j .'-t>(}v  
    9Y2(.~w6X  
        Next i .Z17X_  
        EnableTextPrinting( True ) 0q1+5  
    ;gRPTk$X3  
        'write out file q}g0-Da  
        fullfilepath = CurDir() & "\" & fname vL"n oLs  
        Open fullfilepath For Output As #1 =7 -k D3  
        Print #1, "GRID " & nx & " " & ny %uP/v\l  
        Print #1, "1e+308" 8L@@UUjr  
        Print #1, pixelx & " " & pixely {+9t!'   
        Print #1, -detx+pixelx/2 & " " & -dety+pixely/2 N=8CVI  
    3VQmo\li  
        maxRow = nx - 1 hGUQdTNP  
        maxCol = ny - 1 f,-'eW/j  
        For rowNum = 0 To maxRow                    ' begin loop over rows (constant X) , d4i0;2}+  
                row = "" ) I.uqG  
            For colNum = maxCol To 0 Step -1            ' begin loop over columns (constant Y) q| *nd!y'  
                row = row & irrad(colNum,rowNum) & " "     ' append column data to row string y dzvjp=  
            Next colNum                     ' end loop over columns fjQIuM  
    L#_QrR6Sny  
                Print #1, row "MOmJYH  
    R*vfp?x  
        Next rowNum                         ' end loop over rows bXHtw} n  
        Close #1 <g8{LG0  
    ].gC9@C:$i  
        Print "File written: " & fullfilepath ` -<S13  
        Print "All done!!" !6s]p%{V  
    End Sub )YLZ"@  
    O=Vj*G ,  
    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: m{6 *ae  
    6y@o[=m  
    BUsAEw M  
    找到Tools工具,点击Open plot files in 3D chart并找到该文件 lWU? R  
      
    "9H#pj -  
    dSzq}w4xY  
    打开后,选择二维平面图: YdAC<,e&A  
    IS!]!s'EI  
     
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