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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。 l JlZHO  
    0 S2v"(_T  
    成像示意图
    '6+Edu~Ho)  
    首先我们建立十字元件命名为Target ki`8(u6l  
    iT[o KD0)  
    创建方法: 99a \MH`^  
    ,y{0bq9*2  
    面1 : w)^\_uAlS  
    面型:plane x!`b'U\  
    材料:Air k*OvcYL1A  
    孔径:X=1.5, Y=6,Z=0.075,形状选择Box TZj[O1E  
    [u7 vY@  
    * *.:)  
    辅助数据: u7n[f@Eg,%  
    首先在第一行输入temperature :300K, T G_bje  
    emissivity:0.1; }2h't.Z<u  
    /MhS=gVxM  
    /%5_~Jkr,  
    面2 : Q g$($   
    面型:plane )tScc*=8  
    材料:Air !e&rVoA  
    孔径:X=1.5, Y=6,Z=0.075,形状选择Box rAM *\=  
    Ny.*G@&  
    & &6*ez  
    位置坐标:绕Z轴旋转90度, ^l--zzO 8l  
    L 43`^;u  
    @81-kdTx  
    辅助数据: (1rJFl!  
    5GaoJ v  
    首先在第一行输入temperature :300K,emissivity: 0.1; Zd8drT'@#  
    ix^gAot  
    n>br,bQe  
    Target 元件距离坐标原点-161mm; sw[oQ!f  
    H_Iim[v#  
    UlnyTz~  
    单透镜参数设定:F=100, bend=0, 位置位于坐标原点 8~.iuFp  
    ]7v81G5E  
    Wx}M1&d/J  
    探测器参数设定: /8=:qIJYA  
    #FEa 5  
    在菜单栏中选择Create/Element Primitive /plane *wV iH  
    zIP[R):3&U  
    Cy<T Vk8  
    {d^Q7A:`  
    G4O,^ v;Q  
    I$+%~4  
    元件半径为20mm*20,mm,距离坐标原点200mm。  dhZ Zb  
    *e%Dg{_  
    光源创建: 3T" #T&eL  
    ;&If9O 1  
    光源类型选择为任意平面,光源半角设定为15度。 UHr {  
    PP!l  
    ^I@ey*$  
    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。 tvTWZ`  
    ,c@r` x  
    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 'CS^2Z  
    3aEt>x  
    1a5?)D  
    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。 03~+-h& n  
    RlU;v2Kch  
    创建分析面: ?6 8$3;  
    v$[ @]`  
    L& I` #  
    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。 [&1iF1)4  
    V/`#B$6  
    3?.6K0L  
    到此,所有的光学结构和属性设定完成,通过光线追迹我们可以查看光线是否可以穿过元件。 mG>T`c|r3  
    J'|=*#  
    FRED在探测器上穿过多个像素点迭代来创建热图 yEE|e&#>  
    =ZCH1J5"  
    FRED具有一个内置的可编译的Basic脚本语言。从Visual Basic脚本语言里,几乎所有用户图形界面(GUI)命令是可用这里的。FRED同样具有自动的客户端和服务器能力,它可以被调用和并调用其他可启动程序,如Excel。因此可以在探测器像素点上定义多个离轴光源,及在FRED Basic脚本语言里的For Next loops语句沿着探测器像素点向上和向下扫描来反向追迹光线,这样可以使用三维图表查看器(Tools/Open plot files in 3D chart)调用和查看数据。 tU9rCL:P  
    将如下的代码放置在树形文件夹 Embedded Scripts, <+<)xwOQ ]  
    P=f<#l"v  
    n wY2BIB  
    打开后清空里面的内容,此脚本为通用脚本适用于一切可热成像的应用。 :5r:I[FFy  
    G A'*58  
    绿色字体为说明文字, -;sJ25(  
    CbnR<W-j  
    '#Language "WWB-COM" DfAiL(  
    'script for calculating thermal image map K{, W_ ^  
    'edited rnp 4 november 2005 h{Oz*Bq  
    +`Q PBj^  
    'declarations H%*~l  
    Dim op As T_OPERATION +<'uw  
    Dim trm As T_TRIMVOLUME g|tNa/  
    Dim irrad(32,32) As Double 'make consistent with sampling +i:  E  
    Dim temp As Double {KW&wsI  
    Dim emiss As Double r0~7v1rG  
    Dim fname As String, fullfilepath As String V->.|[J  
    fG u5%T,  
    'Option Explicit /IGrp.}  
    6b-  
    Sub Main DH}s1mNMP  
        'USER INPUTS ?whRlh  
        nx = 31 ~|X99?P  
        ny = 31 #gxRTx  
        numRays = 1000 #n U@hOfg  
        minWave = 7    'microns /AK*aRU^  
        maxWave = 11   'microns ~*66 3pA  
        sigma = 5.67e-14 'watts/mm^2/deg k^4 @qg0u#k5  
        fname = "teapotimage.dat" hXV4$Dai  
    >xxXPvM<`  
        Print "" ~@b9  
        Print "THERMAL IMAGE CALCULATION" -=-x>(pRW7  
    n`FQgC  
        detnode = FindFullName( "Geometry.Detector.Surface" ) '找到探测器平面节点 uKLOh<oio  
    rnzsfr-|(2  
        Print "found detector array at node " & detnode 5pNvzw  
    8.Pcr<  
        srcnode = FindFullName( "Optical Sources.Source 1" ) '找到光源节点 {q5hF5!`)  
    Y;a6:>D%cT  
        Print "found differential detector area at node " & srcnode x]yHBc  
    #J%h!#3g  
        GetTrimVolume detnode, trm dg!1wD   
        detx = trm.xSemiApe X+(aQ >y  
        dety = trm.ySemiApe HB/ _O22  
        area = 4 * detx * dety PO=ZxG   
        Print "detector array semiaperture dimensions are " & detx & " by " & dety >#${.+y  
        Print "sampling is " & nx & " by " & ny sg!=Q+  
    B`RW-14g  
        'reset differential detector area dimensions to be consistent with sampling ^L*VW gi9  
        pixelx = 2 * detx / nx j8D$/  
        pixely = 2 * dety / ny 73! x@Duh  
        SetSourcePosGridRandom srcnode, pixelx / 2, pixely / 2, numRays, False pAPQi|CN  
        Print "resetting source dimensions to " & pixelx / 2 & " by " & pixely / 2 Nlf&]^4(0  
    0C9QAJa  
        'reset the source power 9hz7drhR;\  
        SetSourcePower( srcnode, Sin(DegToRad(15))^2 ) PuUon6bZ  
        Print "resetting the source power to " & GetSourcePower( srcnode ) & " units" K8Kz  
    (&N$W&  
        'zero out irradiance array iTKG,$G  
        For i = 0 To ny - 1 S`'uUvAA  
            For j = 0 To nx - 1 ,M+h9_&0?  
                irrad(i,j) = 0.0 EmBfiuX  
            Next j Oy?iAQ+  
        Next i :5q*46n  
    Z3u""oM/  
        'main loop *;\ K5  
        EnableTextPrinting( False ) X*p:&=o  
    sKE*AGFL d  
        ypos =  dety + pixely / 2 eAenkUBz6,  
        For i = 0 To ny - 1 Is,*qrl :  
            xpos = -detx - pixelx / 2 +Qb2LR  
            ypos = ypos - pixely 0SGczgg  
    c'wU O3S  
            EnableTextPrinting( True ) sDh6 Uk  
            Print i x""Mxn]gD  
            EnableTextPrinting( False ) *}Ae9  
    Z "+rg9/p  
    `OF ;>u*:  
            For j = 0 To nx - 1 ND99 g  
    ^/5E773  
                xpos = xpos + pixelx @Tj  6!v  
    H'0J1\ h  
                'shift source 01SFOPuR%(  
                LockOperationUpdates srcnode, True H$($l<G9C  
                GetOperation srcnode, 1, op bj* v'  
                op.val1 = xpos .Q6{$Y%l  
                op.val2 = ypos y(p:)Iv  
                SetOperation srcnode, 1, op ogh2kht  
                LockOperationUpdates srcnode, False \gPNHL*  
    { &JurZ  
    raytrace ,y{fqa4  
                DeleteRays @v:ILby4-  
                CreateSource srcnode D4x'  
                TraceExisting 'draw `A}{ I}xq  
    5SPl#*W  
                'radiometry 5xn0U5U  
                For k = 0 To GetEntityCount()-1 })=c:h &  
                    If IsSurface( k ) Then (}7o a9Q<  
                        temp = AuxDataGetData( k, "temperature" ) >5z`SZf  
                        emiss = AuxDataGetData( k, "emissivity" ) n6-!@RYr  
                        If ( temp <> 0 And emiss <> 0 ) Then &hM,b!R|  
                            ProjSolidAngleByPi = GetSurfIncidentPower( k ) $K>d\{@+7  
                            frac = BlackBodyFractionalEnergy ( minWave, maxWave, temp ) `&&6-/  
                            irrad(i,j) = irrad(i,j) + frac * emiss * sigma * temp^4 * ProjSolidAngleByPi b ffml  
                        End If *^$N $t/2  
    zj$Z%|@$  
                    End If Gm?"7R.  
    ^SL}wC x  
                Next k TY{?4  
    %L=h}U13  
            Next j o@V/37!  
    0a;F X0S&  
        Next i GmWQJYX\  
        EnableTextPrinting( True ) ~'YSVx& )  
    ? wiq 3f6  
        'write out file Dqo:X`<bT  
        fullfilepath = CurDir() & "\" & fname zYl+BM-j,6  
        Open fullfilepath For Output As #1 ,;- cz-,  
        Print #1, "GRID " & nx & " " & ny Sv]"Y/N  
        Print #1, "1e+308" 1PjX:]:  
        Print #1, pixelx & " " & pixely C @[9 LB  
        Print #1, -detx+pixelx/2 & " " & -dety+pixely/2 <k8rSx n{  
    nd9-3W  
        maxRow = nx - 1 UqQZ A0e  
        maxCol = ny - 1 <P)%Ms  
        For rowNum = 0 To maxRow                    ' begin loop over rows (constant X)  x+j/v5  
                row = "" |D_n4#X7u  
            For colNum = maxCol To 0 Step -1            ' begin loop over columns (constant Y) 7!d<>_oH  
                row = row & irrad(colNum,rowNum) & " "     ' append column data to row string ^L2Zo'y [  
            Next colNum                     ' end loop over columns Z-r0 D  
    !QzMeN;D  
                Print #1, row }t{^*(  
    ViC76aJ  
        Next rowNum                         ' end loop over rows :zk.^q  
        Close #1 6(;[ov1  
    Q0cf]  
        Print "File written: " & fullfilepath HrcnyQ`Q0  
        Print "All done!!" \VzQ1B>k  
    End Sub Sf8Xj |u  
    ,PtR^" Mf4  
    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: YH6 K-}  
    cyn]>1ZM  
    X!'Xx8  
    找到Tools工具,点击Open plot files in 3D chart并找到该文件 !{- 3:N7  
      
    6I'V XdeN  
    mi3q1npb7[  
    打开后,选择二维平面图: D}=i tu  
    TuPxyB  
     
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