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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。 Q~(Qh_Ff  
    nl}LT/N  
    成像示意图
    4L,wBce;,t  
    首先我们建立十字元件命名为Target 8 SU0q9X.  
    VWzQXo  
    创建方法: R ?s;L r  
    X'b3CS4  
    面1 : PESvx>:  
    面型:plane Z-lhJ<0/Pa  
    材料:Air K&&T:'=/  
    孔径:X=1.5, Y=6,Z=0.075,形状选择Box v)np.j0V7  
    \FfqIc9;  
    Aa_@&e  
    辅助数据: 6~sU[thGW  
    首先在第一行输入temperature :300K, |$ ^3 5F  
    emissivity:0.1; ]2l}[ w71|  
    c3GBY@m  
    Tv1oy%dK  
    面2 : o@N[O^Q V  
    面型:plane j_d}?jh  
    材料:Air a& 0g0n6  
    孔径:X=1.5, Y=6,Z=0.075,形状选择Box /RJ]MQ\*O  
    c/ImK`:)4a  
    ~ S<aIk0l  
    位置坐标:绕Z轴旋转90度, A{4,ih"5  
    :[+8(~| za  
    &[{sA;  
    辅助数据: $}vzBuWHwN  
    sCw>J#@2>  
    首先在第一行输入temperature :300K,emissivity: 0.1; x*:VE57,z  
    TrzAgNt  
    ^[.}DNR95(  
    Target 元件距离坐标原点-161mm; S`YT"|~  
    qpFxl  
    3 1c*^ZE.  
    单透镜参数设定:F=100, bend=0, 位置位于坐标原点 F?tWx+N<{  
    aV7VbC  
    }F0<8L6%  
    探测器参数设定: ;o'r@4^&$R  
    ]VQd *~ -  
    在菜单栏中选择Create/Element Primitive /plane I5E =Ujc_  
    59{X;  
    ECi;o1hda  
    3#$X  
    *Sdx:G~gp  
    N$e mS  
    元件半径为20mm*20,mm,距离坐标原点200mm。 ]B;`Jf  
    w>cqsTq  
    光源创建: #8M?y*<I  
    hDTC~~J/  
    光源类型选择为任意平面,光源半角设定为15度。 x#3*C|A  
    #<==7X#  
    -5  
    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。 UFT JobU  
    RtR@wZ2\s  
    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 T5|kO:CbHq  
    , @UOj=  
    RHBQgD$  
    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。 O'IU1sU  
    mST8+R@S  
    创建分析面:  s&pnB  
    }\S'oC\[  
    y>w;'QR&a  
    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。 \~A qA!)6  
    rxX4Cw]\"y  
    ;PC!  
    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。 ssLswb  
    vVSDPlN;  
    FRED在探测器上穿过多个像素点迭代来创建热图 Lfi6b%/z  
    1xEOYM)  
    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。 MhCU; !  
    将如下的代码放置在树形文件夹 Embedded Scripts, mj$Ucql  
    /;(ji?wN  
    C`t @tgT  
    打开后清空里面的内容,此脚本为通用脚本适用于一切可热成像的应用。 (eU4{X7  
    'I/_vqp@  
    绿色字体为说明文字, }NyQ<,+mq&  
    h_#=f(.'j  
    '#Language "WWB-COM" WtZI1`\qe  
    'script for calculating thermal image map p&RC#wYu  
    'edited rnp 4 november 2005 B%uY/Mwz$  
    -O\i^?lD;  
    'declarations Kw`CN  
    Dim op As T_OPERATION F^bY]\-5  
    Dim trm As T_TRIMVOLUME % Q6 za'25  
    Dim irrad(32,32) As Double 'make consistent with sampling B2j1G JEO  
    Dim temp As Double Q*T 'tkp  
    Dim emiss As Double @~$"&B  
    Dim fname As String, fullfilepath As String O%kUj&h^  
    Gqd|F>  
    'Option Explicit RV  V`  
    KWY_eY_|  
    Sub Main =W3 K6w  
        'USER INPUTS <9ucpV  
        nx = 31 <$e|'}>A  
        ny = 31 r~)fAb?  
        numRays = 1000 :K^J bQ  
        minWave = 7    'microns T#-;>@a}  
        maxWave = 11   'microns u|t l@_  
        sigma = 5.67e-14 'watts/mm^2/deg k^4 =XR6rR8  
        fname = "teapotimage.dat" A811VL^  
    op9dYjG7  
        Print "" K2 M=)B  
        Print "THERMAL IMAGE CALCULATION" ~i;{+j6Ho!  
    Su,:f_If,  
        detnode = FindFullName( "Geometry.Detector.Surface" ) '找到探测器平面节点 PX|@D_%Y=  
    ?yS1|CF%&y  
        Print "found detector array at node " & detnode GA gTy  
    K#Ck,Y"  
        srcnode = FindFullName( "Optical Sources.Source 1" ) '找到光源节点 #gV n7wq  
    jj[6oNKE1  
        Print "found differential detector area at node " & srcnode `?Q p>t  
    d:';s~  
        GetTrimVolume detnode, trm h[]9F.[  
        detx = trm.xSemiApe EWD^=VITL  
        dety = trm.ySemiApe @Iz]:@\cJ  
        area = 4 * detx * dety 4`#Q  
        Print "detector array semiaperture dimensions are " & detx & " by " & dety 7v%c.  
        Print "sampling is " & nx & " by " & ny acl<dY6  
    -Ty~lZ)TDT  
        'reset differential detector area dimensions to be consistent with sampling v,ssv{gU  
        pixelx = 2 * detx / nx |2q3spd  
        pixely = 2 * dety / ny 'vBZh1`p  
        SetSourcePosGridRandom srcnode, pixelx / 2, pixely / 2, numRays, False 2HFn\kjj.s  
        Print "resetting source dimensions to " & pixelx / 2 & " by " & pixely / 2 (*$bTI/~  
    Y}c/wF7o  
        'reset the source power +\Vm t[v  
        SetSourcePower( srcnode, Sin(DegToRad(15))^2 ) \A[l(aB  
        Print "resetting the source power to " & GetSourcePower( srcnode ) & " units" v3-' G gM  
    b4_0XmL  
        'zero out irradiance array &+2l#3}  
        For i = 0 To ny - 1 3^y(@XFt  
            For j = 0 To nx - 1 "O jAhKfG  
                irrad(i,j) = 0.0 !B3TLe h  
            Next j )SmnLvL  
        Next i <:&vAX L  
    27eG8  
        'main loop SQ>i:D;  
        EnableTextPrinting( False ) |Ghk8 WA  
    +Dy^4p?o  
        ypos =  dety + pixely / 2 O{LCHtN  
        For i = 0 To ny - 1 Ki;SONSV~|  
            xpos = -detx - pixelx / 2 E]`7_dG+T  
            ypos = ypos - pixely }S/i3$F0~  
    dDPQDIx  
            EnableTextPrinting( True ) G>V6{g2Q  
            Print i lxhb)]c ^>  
            EnableTextPrinting( False ) Z4VFfGCTL  
    jn2=)KBa_  
    *1dDs^D#|  
            For j = 0 To nx - 1 KG'i#(u[  
    !K>iSF<  
                xpos = xpos + pixelx A;TP~xq\  
    B?VTIq>  
                'shift source LCHMh6  
                LockOperationUpdates srcnode, True j<<d A[X  
                GetOperation srcnode, 1, op ;/K2h_=3z  
                op.val1 = xpos /}?7Eni  
                op.val2 = ypos 5}#wp4U  
                SetOperation srcnode, 1, op nYyhQX~]B  
                LockOperationUpdates srcnode, False 9-ozrw8t  
    dVQ[@u1,  
    raytrace L^+rsxR  
                DeleteRays 1^\w7Rew 2  
                CreateSource srcnode .9jKD*U|  
                TraceExisting 'draw m^_=^z+  
    PXb$]HV  
                'radiometry M5^Y W#e  
                For k = 0 To GetEntityCount()-1  z:,PwLU  
                    If IsSurface( k ) Then Lzq/^&sc(  
                        temp = AuxDataGetData( k, "temperature" ) 3'4+3Xo  
                        emiss = AuxDataGetData( k, "emissivity" ) ^po@U"  
                        If ( temp <> 0 And emiss <> 0 ) Then OR <+y~Rv  
                            ProjSolidAngleByPi = GetSurfIncidentPower( k ) 4yl{:!la  
                            frac = BlackBodyFractionalEnergy ( minWave, maxWave, temp ) ffrIi',@  
                            irrad(i,j) = irrad(i,j) + frac * emiss * sigma * temp^4 * ProjSolidAngleByPi _[2@2q0  
                        End If ]\78(_o.zz  
    _Iy\,<  
                    End If YlHP:ZW-cu  
    ]O@$}B];)  
                Next k iM+` 7L'  
    J Wn26,  
            Next j I%[e6qX@  
    qlO}=b/  
        Next i un{ZysmtB6  
        EnableTextPrinting( True ) 4%(Ji  
    [?!I*=*b  
        'write out file 1+x" 5<(W  
        fullfilepath = CurDir() & "\" & fname q-F K=r 5  
        Open fullfilepath For Output As #1 pO` KtagL  
        Print #1, "GRID " & nx & " " & ny 8|a./%gixs  
        Print #1, "1e+308" (`tRJWbdz  
        Print #1, pixelx & " " & pixely ScPVjqG2{  
        Print #1, -detx+pixelx/2 & " " & -dety+pixely/2 #oUNF0L@6  
    2{OR#v~  
        maxRow = nx - 1 % Y^J''  
        maxCol = ny - 1 [{x}# oRSE  
        For rowNum = 0 To maxRow                    ' begin loop over rows (constant X) AYts &+  
                row = "" J +6zV m  
            For colNum = maxCol To 0 Step -1            ' begin loop over columns (constant Y) Rr )+M3'  
                row = row & irrad(colNum,rowNum) & " "     ' append column data to row string *3GV9'-P  
            Next colNum                     ' end loop over columns 4U}qrN~=  
    yeo&Qz2vU  
                Print #1, row =6%oW2E\  
    '%NglC[J  
        Next rowNum                         ' end loop over rows 2QfN.<[-  
        Close #1 G=zWhqieh  
    {Cx5m   
        Print "File written: " & fullfilepath tdy2ZPVtTV  
        Print "All done!!" M+/xw8}a  
    End Sub #~u0R>=  
    8K 3dwoT  
    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: aB9!}3@  
    NTg@UT <  
    n<I{x^!  
    找到Tools工具,点击Open plot files in 3D chart并找到该文件 UtZ,q!sg  
      
    zZ5:)YiW-  
    ZO0 Ee1/  
    打开后,选择二维平面图: WyL+HB}  
    [|}IS@  
     
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