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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。 bMpCQ  
    2OJ=Xb1  
    成像示意图
    V:8ph`1  
    首先我们建立十字元件命名为Target P~"`Og+  
    *~%# =o  
    创建方法: L[FNr&  
    i=G.{.  
    面1 : 8 m T..23  
    面型:plane XN1\!CM8  
    材料:Air ;\Vi~2!8  
    孔径:X=1.5, Y=6,Z=0.075,形状选择Box d;10[8:5=  
    ,| EaW& 2  
    H6PS7g"  
    辅助数据: j4G?=oDb  
    首先在第一行输入temperature :300K, /*8Ms`  
    emissivity:0.1; ^Q$U.sN? R  
    5+[`x ']l  
    ` d[ja,  
    面2 : Nn;p1n dN  
    面型:plane T m0m$l  
    材料:Air #YMU}4=:  
    孔径:X=1.5, Y=6,Z=0.075,形状选择Box /"M7YPX;  
    [:!D.@h|  
    :b_R1ZV|  
    位置坐标:绕Z轴旋转90度, $|yO mh  
    s1eGItx[w  
    #D-L>7,jA  
    辅助数据: -gpF%g`H  
    BiUOjQC#  
    首先在第一行输入temperature :300K,emissivity: 0.1; >=_Z\ wA  
    P`K?k<  
    phA^ kdW  
    Target 元件距离坐标原点-161mm; SH/KC  
    loLN ~6  
    Q'~2,%3<  
    单透镜参数设定:F=100, bend=0, 位置位于坐标原点 6(`Bl$M9  
    )`ZTu -|  
    G3&l|@5  
    探测器参数设定: *y;(c)_w/%  
    fQ^45ulz  
    在菜单栏中选择Create/Element Primitive /plane \666{.a  
    6_# >s1`R  
    : _>/Yd7-&  
    Q( C\X  
    K)AJx"  
    Z~VSWrw3  
    元件半径为20mm*20,mm,距离坐标原点200mm。 :Sx!jx>W  
    D e>'  
    光源创建: >~kSe=Hsb4  
    4$=Dq$4z  
    光源类型选择为任意平面,光源半角设定为15度。 VHJ-v!  
    oD]riA>jC  
    Rmrv@.dr!  
    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。 Olg@ Ri  
    { L(Q|bB  
    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 *jps}uk<  
    eJB !|  
    j zaC  
    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。 szY=N7\S*  
    $~|#Rz%v  
    创建分析面: `2X#;{a:  
    1%YjY"j+  
    4wZ{Z 2w  
    到这里元件参数设定完成,现在我们设定元件的光学属性,在前面我们分别对第一和第二面设定的温度和发射系数,散射属性我们设定为黑朗伯,4%的散射。并分别赋予到面一和面二。 D|u! KH  
    EPQ~V  
    s:j"8ZH  
    到此,所有的光学结构和属性设定完成,通过光线追迹我们可以查看光线是否可以穿过元件。 `JGV3nN  
    38wt=0br  
    FRED在探测器上穿过多个像素点迭代来创建热图 H}OOkzwrA  
    5V5E,2+ 0  
    FRED具有一个内置的可编译的Basic脚本语言。从Visual Basic脚本语言里,几乎所有用户图形界面(GUI)命令是可用这里的。FRED同样具有自动的客户端和服务器能力,它可以被调用和并调用其他可启动程序,如Excel。因此可以在探测器像素点上定义多个离轴光源,及在FRED Basic脚本语言里的For Next loops语句沿着探测器像素点向上和向下扫描来反向追迹光线,这样可以使用三维图表查看器(Tools/Open plot files in 3D chart)调用和查看数据。 s^X(G!V{c  
    将如下的代码放置在树形文件夹 Embedded Scripts, W?a2P6mAh  
    HeagT(rN'  
    f#RI&I\  
    打开后清空里面的内容,此脚本为通用脚本适用于一切可热成像的应用。 S+Aq0B<  
    f&w8o5=|I  
    绿色字体为说明文字, (Yzy;"iAu  
    Y~qv 0O6K  
    '#Language "WWB-COM" zW`$T 88~  
    'script for calculating thermal image map *RQkL'tRf  
    'edited rnp 4 november 2005 k\T,CZ<  
    P< +5So0  
    'declarations }U=|{@%  
    Dim op As T_OPERATION JfmNI~%  
    Dim trm As T_TRIMVOLUME GbC-6.~  
    Dim irrad(32,32) As Double 'make consistent with sampling L~yu  
    Dim temp As Double !$"DD[~\  
    Dim emiss As Double SCClD6k=V  
    Dim fname As String, fullfilepath As String gWo`i  
    W|K"0ab  
    'Option Explicit h 7feZ_  
    '/^bO#G:  
    Sub Main j +j2_\  
        'USER INPUTS o#KGENd  
        nx = 31 /P*mF^Y  
        ny = 31 >^#OtFHuT)  
        numRays = 1000 ceakTAB[  
        minWave = 7    'microns -9XB.)\#  
        maxWave = 11   'microns Lw 7,[?,Z  
        sigma = 5.67e-14 'watts/mm^2/deg k^4 xkIRI1*!  
        fname = "teapotimage.dat" `mro2A  
    m>C}T  
        Print "" 93="sS  
        Print "THERMAL IMAGE CALCULATION" V6.xp{[  
    T~%}(0=m  
        detnode = FindFullName( "Geometry.Detector.Surface" ) '找到探测器平面节点 M{U{iS  
    wD}ojA&DU  
        Print "found detector array at node " & detnode ,6,sz]3-  
    lsV9-)yyl  
        srcnode = FindFullName( "Optical Sources.Source 1" ) '找到光源节点 Ju""i4  
    KdT1Nb=  
        Print "found differential detector area at node " & srcnode re9*q   
    <MgR x9  
        GetTrimVolume detnode, trm ~f&lQN'1  
        detx = trm.xSemiApe i5  x[1  
        dety = trm.ySemiApe {EKzPr/  
        area = 4 * detx * dety d\Xi1&&  
        Print "detector array semiaperture dimensions are " & detx & " by " & dety 60KhwD1  
        Print "sampling is " & nx & " by " & ny j9zK=eG  
    H6ff b)&  
        'reset differential detector area dimensions to be consistent with sampling K1rF;7Y6  
        pixelx = 2 * detx / nx 'J R2@W`]]  
        pixely = 2 * dety / ny @1#QbNp#  
        SetSourcePosGridRandom srcnode, pixelx / 2, pixely / 2, numRays, False .\kcWeC\  
        Print "resetting source dimensions to " & pixelx / 2 & " by " & pixely / 2 FNpMu3Q  
    :3k&[W*  
        'reset the source power q=bW!.#?  
        SetSourcePower( srcnode, Sin(DegToRad(15))^2 ) #hEN4c[Ex  
        Print "resetting the source power to " & GetSourcePower( srcnode ) & " units" Mg H,"G  
    yvxdl=s  
        'zero out irradiance array rixP[`!]x  
        For i = 0 To ny - 1 aa8xo5tIp  
            For j = 0 To nx - 1 v\Zni4  
                irrad(i,j) = 0.0 M)Iu'  
            Next j k!e \O>+  
        Next i s#,~Zb=  
    wB6 ILTu1  
        'main loop X {,OP/  
        EnableTextPrinting( False ) "4c ?hH:C  
    R:zPU   
        ypos =  dety + pixely / 2 %G6ml,  
        For i = 0 To ny - 1 rn^ 7B-V  
            xpos = -detx - pixelx / 2 oQgd]| v  
            ypos = ypos - pixely b#U nE  
    Lpw9hj|  
            EnableTextPrinting( True ) H"|xG;cf  
            Print i K31G>k@  
            EnableTextPrinting( False ) # Ny  
    7cx~?xk <m  
    6QsH?!bu  
            For j = 0 To nx - 1 Pl_4;q!$  
    +0U{CmH  
                xpos = xpos + pixelx %{\|/#>:  
    0HUSN_3F  
                'shift source %} WSw~X  
                LockOperationUpdates srcnode, True O5HK2Xg,C  
                GetOperation srcnode, 1, op a hi lp$v  
                op.val1 = xpos P(I`^x  
                op.val2 = ypos ,1'9l)zP  
                SetOperation srcnode, 1, op ~F8M_  
                LockOperationUpdates srcnode, False )Lht}I ]:  
    SVsLu2tVY  
    raytrace ]>fAV(ix  
                DeleteRays tx}} Kd  
                CreateSource srcnode h^klP:Q  
                TraceExisting 'draw {UpHHH:X#  
    (vm &&a@  
                'radiometry w=EUwt  
                For k = 0 To GetEntityCount()-1 zx"'WM*  
                    If IsSurface( k ) Then DA)+)PhY7K  
                        temp = AuxDataGetData( k, "temperature" ) * z|i{=W F  
                        emiss = AuxDataGetData( k, "emissivity" ) 5b X*8H D  
                        If ( temp <> 0 And emiss <> 0 ) Then "dfq  
                            ProjSolidAngleByPi = GetSurfIncidentPower( k ) ^UP!y!&N  
                            frac = BlackBodyFractionalEnergy ( minWave, maxWave, temp ) jR-`ee}y2  
                            irrad(i,j) = irrad(i,j) + frac * emiss * sigma * temp^4 * ProjSolidAngleByPi *Dr-{\9  
                        End If '>[l1<d!G  
    WF0%zxg]  
                    End If v3|-eWet^  
    (9:MIP  
                Next k 9"Vch;U$  
    7Q,9j.  
            Next j 8hWB TUN  
    !mNXPqnN  
        Next i V4cCu~(3;~  
        EnableTextPrinting( True ) {~.~ b+v  
    68ce+|  
        'write out file V@gweci  
        fullfilepath = CurDir() & "\" & fname (.Hiee43  
        Open fullfilepath For Output As #1 &$yC +cf  
        Print #1, "GRID " & nx & " " & ny juQ&v>9W)  
        Print #1, "1e+308" L/Cp\|~ O  
        Print #1, pixelx & " " & pixely 4Q2=\-KFj  
        Print #1, -detx+pixelx/2 & " " & -dety+pixely/2 i oX [g  
    UhuEE  
        maxRow = nx - 1 YXE?b@W"  
        maxCol = ny - 1 j^ L"l;m  
        For rowNum = 0 To maxRow                    ' begin loop over rows (constant X) #m_3l s}W$  
                row = "" _@I8B  
            For colNum = maxCol To 0 Step -1            ' begin loop over columns (constant Y) |J: n'}  
                row = row & irrad(colNum,rowNum) & " "     ' append column data to row string v"M5';ZS>  
            Next colNum                     ' end loop over columns E (DNK  
    om%L>zfB  
                Print #1, row ~(E.$y7P  
    KL:x!GsV5e  
        Next rowNum                         ' end loop over rows y]|Hrx  
        Close #1 e~tgd8a2a  
    -dXlGOD+C  
        Print "File written: " & fullfilepath 5\RTy}w3x  
        Print "All done!!" $hexJzX  
    End Sub kO:|?}Koc  
    RlH|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: 0* Ox>O>  
    R=uzm=&nR  
    IS *-MLi  
    找到Tools工具,点击Open plot files in 3D chart并找到该文件 8:9m< ^4S(  
      
    [J0f:&7\  
    Ewjzm,2  
    打开后,选择二维平面图: ,&>LBdG`  
    Vfkm{*t)  
     
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