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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。 exN#!& ;  
    eS%6 h U b  
    成像示意图
    `e;Sjf<  
    首先我们建立十字元件命名为Target [ Zqg"`  
    cZF;f{t  
    创建方法: ]x{H  
    &MLhCekY  
    面1 : lfhKZX  
    面型:plane H9m2Whq  
    材料:Air 8ewEdnE   
    孔径:X=1.5, Y=6,Z=0.075,形状选择Box GT}#iM  
    $[;eb,  
    %.gjBI=  
    辅助数据: s+G9L)b'  
    首先在第一行输入temperature :300K, @%85k/(  
    emissivity:0.1; 2Sd6b 2-  
    DQXx}%Px  
    _BaS\U%1(  
    面2 : XzFqQ- H  
    面型:plane z#67rh {  
    材料:Air aL6 5t\2  
    孔径:X=1.5, Y=6,Z=0.075,形状选择Box %ycT}Lu  
    05zdy-Fb  
    <.XoC?j  
    位置坐标:绕Z轴旋转90度, fBh|:2u  
    U.} =j'Us+  
    5fv6RQD  
    辅助数据: WZ-{K"56  
    A+ *(Pds  
    首先在第一行输入temperature :300K,emissivity: 0.1; bv"({:x  
    .tZ$a_O  
    !Bbwl-e`  
    Target 元件距离坐标原点-161mm; .y/?~+N^  
    jl29~^@}1i  
    itMc!bUQ  
    单透镜参数设定:F=100, bend=0, 位置位于坐标原点 !H.lVA  
    ;] o^u.PC  
    J=bOw//  
    探测器参数设定: td$Jx}'A  
    NT:>.~ah@&  
    在菜单栏中选择Create/Element Primitive /plane ozwqK oE  
    IUG .q8  
    5WG@ ;K%  
    0tyU%z{RV  
    AU\!5+RDB  
    } /FM#Xh  
    元件半径为20mm*20,mm,距离坐标原点200mm。 0kEq|k9  
    O/@[VPf  
    光源创建: @3D%i#2o&[  
    88U  
    光源类型选择为任意平面,光源半角设定为15度。 ]&BFV%kw  
    l8li@K  
    Ghe=hhZ  
    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。 2l%iXK[  
    SX8%F:<.  
    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 -^N '18:  
    Stx-(Kfn4  
    5lY9  
    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。 :/Zh[Q@EG  
    (P_+m#  
    创建分析面: yU`IyaazZ  
    -OAH6U9^  
    $o^}<)DW  
    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。 | mX8fRh  
    +fmZ&9hFNJ  
    o4795r,jz  
    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。 ThB2U(Wf  
    EaL+}/q&  
    FRED在探测器上穿过多个像素点迭代来创建热图 3<lDsb(}0A  
    ymqhI\>y#  
    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。 CjCnh7tm  
    将如下的代码放置在树形文件夹 Embedded Scripts, _en8hi@Z  
    IHfqW?  
    2/WXdo  
    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。 Rh^$0Q*2  
    T[J_/DE@  
    绿色字体为说明文字, XoOe=V?I )  
    0U~JSmj:2K  
    '#Language "WWB-COM" B5S1F4  
    'script for calculating thermal image map !b_IH0]U  
    'edited rnp 4 november 2005 C<ljBz`,t  
    )/w2]d/9  
    'declarations `WL*Jb  
    Dim op As T_OPERATION ,kI1"@Tu  
    Dim trm As T_TRIMVOLUME xCD+qP ^  
    Dim irrad(32,32) As Double 'make consistent with sampling g'@+#NMw  
    Dim temp As Double XO>Y*7rO  
    Dim emiss As Double 7Q&P4{hi0  
    Dim fname As String, fullfilepath As String ,.B8hr@H6-  
    s,= ^V/c  
    'Option Explicit 6w#v,RDEu  
    OYkd?LN  
    Sub Main ^ TS\x/P  
        'USER INPUTS fC[gu$f][  
        nx = 31 0rj*SC_  
        ny = 31 7 #`:m|$  
        numRays = 1000 &/" qOZAs  
        minWave = 7    'microns ~f:fOrLE#  
        maxWave = 11   'microns uq_SF.a'v  
        sigma = 5.67e-14 'watts/mm^2/deg k^4 `Hqu 2 '`  
        fname = "teapotimage.dat" c@P,  
    aJ ts  
        Print "" . j },  
        Print "THERMAL IMAGE CALCULATION" S3r\)5%;  
    qYs6PLC  
        detnode = FindFullName( "Geometry.Detector.Surface" ) '找到探测器平面节点 TfOZ>uR"g  
    !.A>)+AK  
        Print "found detector array at node " & detnode {z7{ta  
    8,Z0J  
        srcnode = FindFullName( "Optical Sources.Source 1" ) '找到光源节点 m[XN,IE#u  
    0ni5:tYy  
        Print "found differential detector area at node " & srcnode g o@}r<B$  
    {_JLmyaerZ  
        GetTrimVolume detnode, trm &DV'%h>i=  
        detx = trm.xSemiApe 4KKNw9L)  
        dety = trm.ySemiApe !E8JpE|z#  
        area = 4 * detx * dety +y2*[  
        Print "detector array semiaperture dimensions are " & detx & " by " & dety $n) w4p_  
        Print "sampling is " & nx & " by " & ny _<8y^ymo  
    okW3V}/x/z  
        'reset differential detector area dimensions to be consistent with sampling -MZ Eli g  
        pixelx = 2 * detx / nx bP[/  
        pixely = 2 * dety / ny l#Tm`br  
        SetSourcePosGridRandom srcnode, pixelx / 2, pixely / 2, numRays, False KRQ/wuv  
        Print "resetting source dimensions to " & pixelx / 2 & " by " & pixely / 2 )8_0d)  
    ,DjZDw  
        'reset the source power 0WFZx Ad"  
        SetSourcePower( srcnode, Sin(DegToRad(15))^2 ) UkC\[$-"\  
        Print "resetting the source power to " & GetSourcePower( srcnode ) & " units" hH\(> 4l  
    A, os rv  
        'zero out irradiance array N=kACEo  
        For i = 0 To ny - 1 BBDOjhik  
            For j = 0 To nx - 1 5D#*lMSP"'  
                irrad(i,j) = 0.0 >3JOQ;:d8  
            Next j pGC`HTo|  
        Next i Kr<O7t0X  
    cGD A0#r  
        'main loop W*)>Tr)o  
        EnableTextPrinting( False ) ;J:YNup  
    OCd[P1Y]  
        ypos =  dety + pixely / 2 9/{g%40B^  
        For i = 0 To ny - 1 <:p&P  
            xpos = -detx - pixelx / 2 gm8H)y,  
            ypos = ypos - pixely tnsYY  
    )gR&Ms4  
            EnableTextPrinting( True ) >TE&myZ?*  
            Print i 2a G<^3  
            EnableTextPrinting( False ) q&+GpR  
    wNPZ[V:  
    ecb[m2z  
            For j = 0 To nx - 1 |^=`ln!  
    </fnbyGR  
                xpos = xpos + pixelx Yv{AoL~  
    {Hb _o)S  
                'shift source Vq*p?cF .  
                LockOperationUpdates srcnode, True YC$pT  
                GetOperation srcnode, 1, op @cx!m   
                op.val1 = xpos b~|B(lL6Xm  
                op.val2 = ypos -*WD.|k  
                SetOperation srcnode, 1, op 6};Sn/ 8  
                LockOperationUpdates srcnode, False h'bxgIl'`  
    `@ObM[0p(  
    raytrace T57S!CJ^$5  
                DeleteRays W&"FejD  
                CreateSource srcnode rnW i<Se  
                TraceExisting 'draw 7S Qu  
    wiutUb Y  
                'radiometry OTRTa{TB  
                For k = 0 To GetEntityCount()-1 h_cZ&P|  
                    If IsSurface( k ) Then )a.U|[:y[+  
                        temp = AuxDataGetData( k, "temperature" ) jQc0_F\  
                        emiss = AuxDataGetData( k, "emissivity" ) +n0y/0Au  
                        If ( temp <> 0 And emiss <> 0 ) Then 5%Q!R%  
                            ProjSolidAngleByPi = GetSurfIncidentPower( k ) y.>r>o"0  
                            frac = BlackBodyFractionalEnergy ( minWave, maxWave, temp ) ^Ab|\ 5^3  
                            irrad(i,j) = irrad(i,j) + frac * emiss * sigma * temp^4 * ProjSolidAngleByPi "];19]x6q  
                        End If |OC6yN *P)  
    Gf"/fpeQx  
                    End If ?e BN_a,r6  
    / og'W j  
                Next k ICGBU>Db  
    +pE-Yn`YS  
            Next j 8\[6z0+;  
    s^ 6S{XJ  
        Next i ON$u581 y  
        EnableTextPrinting( True ) rod{77  
    S]<Hx_[}  
        'write out file I|p(8 R!  
        fullfilepath = CurDir() & "\" & fname /JvNJ f  
        Open fullfilepath For Output As #1 [1s B  
        Print #1, "GRID " & nx & " " & ny 0iwx$u 7[  
        Print #1, "1e+308" 5VISP4a  
        Print #1, pixelx & " " & pixely kefQH\<X  
        Print #1, -detx+pixelx/2 & " " & -dety+pixely/2 l9-(ofY*J  
    nY6^DE2f  
        maxRow = nx - 1 fFsA[@5tul  
        maxCol = ny - 1 zW\&q!`IRP  
        For rowNum = 0 To maxRow                    ' begin loop over rows (constant X) (_d^i Zyf  
                row = "" KF-n_:Bd+  
            For colNum = maxCol To 0 Step -1            ' begin loop over columns (constant Y) nlJxF5/  
                row = row & irrad(colNum,rowNum) & " "     ' append column data to row string +4)Kc9S#  
            Next colNum                     ' end loop over columns VG)kPKoi  
    &'R\yX<J)  
                Print #1, row dfk=%lZYd9  
    pwm ]2}+  
        Next rowNum                         ' end loop over rows 65g\WB+/  
        Close #1 z0c_&@uj*  
    `,xKK+~YG-  
        Print "File written: " & fullfilepath 3]V" 9+  
        Print "All done!!" './s'!Lj  
    End Sub n&&X{Rl  
    ~ZT(@w  
    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: )y._]is)b  
    kvKbl;<&#  
    @<l7"y;\  
    找到Tools工具,点击Open plot files in 3D chart并找到该文件 $+-2/=>Xk  
      
    *;Sj&O  
    u>d,6 !  
    打开后,选择二维平面图: lLl^2[4k5  
    ]M#_o]  
     
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