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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。 '2:Ily,S@  
    9I30ULm  
    成像示意图
    URJ"  
    首先我们建立十字元件命名为Target M8S4D&vpD4  
    P%B1dRa  
    创建方法: ;?h#',(p  
    N|7<*\o  
    面1 : (WN'wp  
    面型:plane w&:h^u  
    材料:Air YM+}Mmu  
    孔径:X=1.5, Y=6,Z=0.075,形状选择Box ~iF*+\  
    gh i!4  
    %aL>n=$  
    辅助数据: #BlH)Cv  
    首先在第一行输入temperature :300K, q)<5&|V  
    emissivity:0.1; sks_>BM  
    mj5A*%"W  
    V/>SjUNq  
    面2 : sy/J+==  
    面型:plane [J-r*t"!  
    材料:Air 6sB!m|zm]:  
    孔径:X=1.5, Y=6,Z=0.075,形状选择Box vk;>#yoox  
    .F)--%  
    "eh"' Z  
    位置坐标:绕Z轴旋转90度, eQ9{J9)?  
    $`_(%tl  
    UkXc7D^jwm  
    辅助数据: y%E R51+  
    Ob0=ZW`+&  
    首先在第一行输入temperature :300K,emissivity: 0.1; Q7c_;z_  
    |[k6X=5  
    Q 7B)t;^  
    Target 元件距离坐标原点-161mm; uvD 6uIW<  
    B;W=61d  
    Z4h P  
    单透镜参数设定:F=100, bend=0, 位置位于坐标原点 /1n}IRuw  
    h`3;^T  
    6@bGh|   
    探测器参数设定: 0FTiTrTn  
    TSHp.ABf  
    在菜单栏中选择Create/Element Primitive /plane p c-'+7Dh>  
    -uO< ]  
    GXJ3E"_.  
    Of([z!'Gc  
    {} vl^b  
    #)cRD#0  
    元件半径为20mm*20,mm,距离坐标原点200mm。 <w{W1*R9  
    nwcT8b 87J  
    光源创建: +zL=UEBN  
    t*.v!   
    光源类型选择为任意平面,光源半角设定为15度。 F)DL/';  
    b2p<!?  
    RA.@(DN&  
    我们将光源设定在探测器位置上,具体的原理解释请见本章第二部分。 {6/%w,{,  
    -6t# ?Dkc'  
    我们在位置选项又设定一行的目的是通过脚本自动控制光源在探测器平面不同划分区域内不同位置处追迹光线 "lN<v=  
    ]*zF#Voc  
    )](8 {}wo  
    功率数值设定为:P=sin2(theta) theta为光源半角15度。我们为什么要这么设定,在第二部分会给出详细的公式推导。 i Cv &<C@  
    K<+AJ(C  
    创建分析面: 7Dm^49H  
    TU[f"!z^  
    s/ZOA[Yux  
    到这里元件参数设定完成,现在我们设定元件的光学属性,在前面我们分别对第一和第二面设定的温度和发射系数,散射属性我们设定为黑朗伯,4%的散射。并分别赋予到面一和面二。 Txoc  
    @Cqg 2  
    /!AdX0dx  
    到此,所有的光学结构和属性设定完成,通过光线追迹我们可以查看光线是否可以穿过元件。 ,FBF;zED  
    tQ2*kE  
    FRED在探测器上穿过多个像素点迭代来创建热图 Z$WT ~V  
    `5GJ,*{z  
    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。 xZ9y*Gv\=  
    将如下的代码放置在树形文件夹 Embedded Scripts, xn}'!S2-b  
    7Jc=`Zm'  
    /I6?t= ?<  
    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。 06Uxd\E~  
    3)dT+lZ  
    绿色字体为说明文字, R 8Iac[N  
    Pu axS  
    '#Language "WWB-COM" cRU.   
    'script for calculating thermal image map Zjo9c{\  
    'edited rnp 4 november 2005 bXC 0f:L  
    hj4A&`2  
    'declarations 2ix_,yTO  
    Dim op As T_OPERATION bk^ :6>{K  
    Dim trm As T_TRIMVOLUME xsAF<:S\  
    Dim irrad(32,32) As Double 'make consistent with sampling s|{K?s  
    Dim temp As Double -,4_ &V  
    Dim emiss As Double -F5U.6~`!  
    Dim fname As String, fullfilepath As String f#X`e'1  
    QMfYM~o  
    'Option Explicit *FG@Dts^&  
    2d1'!B zDA  
    Sub Main KJ pM?:  
        'USER INPUTS ASu9c2s  
        nx = 31 lfI[r|  
        ny = 31 0s<o5`v  
        numRays = 1000 AHZ6  
        minWave = 7    'microns & 6}vvgz  
        maxWave = 11   'microns u $sX6  
        sigma = 5.67e-14 'watts/mm^2/deg k^4 rxDule3m  
        fname = "teapotimage.dat" 4Nq n47|>e  
    )n0g6  
        Print "" gNZ^TeT  
        Print "THERMAL IMAGE CALCULATION" 4 6e;UUf!d  
    GXHk{G@TS  
        detnode = FindFullName( "Geometry.Detector.Surface" ) '找到探测器平面节点 w"l8M0$m  
    *><] [|Y@H  
        Print "found detector array at node " & detnode c~C :"g.y  
    3q1O:b^eo  
        srcnode = FindFullName( "Optical Sources.Source 1" ) '找到光源节点 0tsll1  
    8{d`N|k  
        Print "found differential detector area at node " & srcnode 1 1p\ z  
    9)4N2=  
        GetTrimVolume detnode, trm uHf~KYL  
        detx = trm.xSemiApe ?W(wtp,o  
        dety = trm.ySemiApe _k j51=  
        area = 4 * detx * dety :Z< 5iLq  
        Print "detector array semiaperture dimensions are " & detx & " by " & dety "&2D6  
        Print "sampling is " & nx & " by " & ny k)4|%  
    ::M/s#-@  
        'reset differential detector area dimensions to be consistent with sampling  &`@Jy|N\  
        pixelx = 2 * detx / nx n*O/ X  
        pixely = 2 * dety / ny 2%@j<yS  
        SetSourcePosGridRandom srcnode, pixelx / 2, pixely / 2, numRays, False \8t g7Sdq  
        Print "resetting source dimensions to " & pixelx / 2 & " by " & pixely / 2 F^ Q  
    XhIgzaGVu  
        'reset the source power `*N0 Lbl]  
        SetSourcePower( srcnode, Sin(DegToRad(15))^2 ) q2hZ1o  
        Print "resetting the source power to " & GetSourcePower( srcnode ) & " units" L)w& f  
    r/{VL3}F_e  
        'zero out irradiance array ,cm2uY  
        For i = 0 To ny - 1 2nEj X\BY  
            For j = 0 To nx - 1 `__CL )N|  
                irrad(i,j) = 0.0 Ok*:;G@  
            Next j c/x(v=LW  
        Next i iSsy_ |  
    *2>%>qu  
        'main loop tDi=T]-bt  
        EnableTextPrinting( False ) 8a05`ZdP  
    Ak9W8Z}  
        ypos =  dety + pixely / 2 x?j&Jn_@w  
        For i = 0 To ny - 1 3PJ  
            xpos = -detx - pixelx / 2 {+r?g J  
            ypos = ypos - pixely 2ag]p  
    :V_$?S  
            EnableTextPrinting( True ) UW>~C  
            Print i zBoU;d%p>  
            EnableTextPrinting( False ) I &m~ cBj<  
    n" MFC  
    F]ALZxwkz  
            For j = 0 To nx - 1 5w1=j\oq  
    "1[N;|xa  
                xpos = xpos + pixelx rgP$\xn-  
    _zpn+XVdQ  
                'shift source \ _i`=dx  
                LockOperationUpdates srcnode, True [&zP$i&  
                GetOperation srcnode, 1, op rzO:9# d  
                op.val1 = xpos @*c+`5)_  
                op.val2 = ypos ,3W a~\/Q  
                SetOperation srcnode, 1, op g^]Q*EBa  
                LockOperationUpdates srcnode, False RL&*.r&  
    O=-|b kO  
    raytrace (Hn,}(3S  
                DeleteRays iYnw?4Y  
                CreateSource srcnode I{RktO;1  
                TraceExisting 'draw 2'x_zMV  
    y k#:.5H  
                'radiometry ZRX>SyM  
                For k = 0 To GetEntityCount()-1 TIvLY5 HG  
                    If IsSurface( k ) Then '17=1\Ss6;  
                        temp = AuxDataGetData( k, "temperature" ) B@s\>QMm  
                        emiss = AuxDataGetData( k, "emissivity" ) +0=RC^   
                        If ( temp <> 0 And emiss <> 0 ) Then OsK=% aDpj  
                            ProjSolidAngleByPi = GetSurfIncidentPower( k ) _@@S,(MA  
                            frac = BlackBodyFractionalEnergy ( minWave, maxWave, temp ) PDir?'  
                            irrad(i,j) = irrad(i,j) + frac * emiss * sigma * temp^4 * ProjSolidAngleByPi Z6 aT%7}}  
                        End If ae^xuM?7  
    (Ux%7H_d  
                    End If :}GxJT4  
    dyx 4_!fO  
                Next k i>rn!?b  
    D{8V^%{  
            Next j X0U6:  
    f/ =0  
        Next i cdh1~'q/  
        EnableTextPrinting( True ) i\<l&W  
    m?m,w$K  
        'write out file bh_ALu^CSX  
        fullfilepath = CurDir() & "\" & fname "Srp/g]a  
        Open fullfilepath For Output As #1 |Jq/kmn  
        Print #1, "GRID " & nx & " " & ny cf j6I  
        Print #1, "1e+308" E@@quK  
        Print #1, pixelx & " " & pixely oOD|FrlY  
        Print #1, -detx+pixelx/2 & " " & -dety+pixely/2 1/{:}9Z@  
    cKxJeM07  
        maxRow = nx - 1 RSnK`N\9jb  
        maxCol = ny - 1 ("TI~  
        For rowNum = 0 To maxRow                    ' begin loop over rows (constant X) '!Sj]+  
                row = "" HK-?<$Yc  
            For colNum = maxCol To 0 Step -1            ' begin loop over columns (constant Y) &=/.$i-w$  
                row = row & irrad(colNum,rowNum) & " "     ' append column data to row string @ J"1 !`  
            Next colNum                     ' end loop over columns UtWoSFZ'o!  
    .CYq+^  
                Print #1, row U .rH,`  
    My[L3KTTp  
        Next rowNum                         ' end loop over rows O-G@To3\  
        Close #1 BPPhVE  
    77 `/YE#M  
        Print "File written: " & fullfilepath O/<jt'  
        Print "All done!!" QK@z##U  
    End Sub w5[POo' 5  
    pG4Hy$e  
    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: >a0;|;hp  
    MdyH/.Te  
    a{8GT2h`4  
    找到Tools工具,点击Open plot files in 3D chart并找到该文件 mDq0 1fU4  
      
    7 yi>G  
    ,wFLOfV@  
    打开后,选择二维平面图: MJD4#G  
    C qxP@  
     
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