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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。 SV0h'd(b  
    2Ub!wee  
    成像示意图
    Gm2q`ki  
    首先我们建立十字元件命名为Target oF0BBs$  
    V*1hoC#  
    创建方法: DYFfq  
    .P^&sl*J  
    面1 : B LI 9(@  
    面型:plane YZyV   
    材料:Air Yy 3g7!K5E  
    孔径:X=1.5, Y=6,Z=0.075,形状选择Box Ri mz~}+  
    5:sk&0:@U  
    jZ\a:K?  
    辅助数据: M6o"|\  
    首先在第一行输入temperature :300K, E +!A0!1  
    emissivity:0.1; 70BLd(?  
    n3Q Rn^  
    nA?Ks!9T  
    面2 : nWz7$O  
    面型:plane &K.js  
    材料:Air vlS+UFH0  
    孔径:X=1.5, Y=6,Z=0.075,形状选择Box zIT)Hs5  
    A5[iFT>  
    /_l$h_{DH  
    位置坐标:绕Z轴旋转90度, L.tW]43K  
    F2:nL`]b[  
    Cl>{vS N  
    辅助数据: ]w;!x7bU(  
    P")1_!  
    首先在第一行输入temperature :300K,emissivity: 0.1; +l)[A{  
    'BO MFp7c  
    1HS43!  
    Target 元件距离坐标原点-161mm; o;5ns  
    \\UOpl  
    gql^Inx<  
    单透镜参数设定:F=100, bend=0, 位置位于坐标原点 h1AZ+9  
    ly~tB LH}  
    x=%wP VJ  
    探测器参数设定: O.Xhi+  
    VkJBqRzBOa  
    在菜单栏中选择Create/Element Primitive /plane J,Rp&tavt:  
    xh`4s  
    cy @",z  
    +ko-oZ7V  
    ,?/AIL]_  
    .TpM3b#r  
    元件半径为20mm*20,mm,距离坐标原点200mm。 o<8SiVC2  
    3 =-XA2zJ  
    光源创建: yYN_]& ag  
    iwx*mC{|A  
    光源类型选择为任意平面,光源半角设定为15度。 ~lH_d[  
    mP[ZlS~"  
    6h9Hf$'  
    我们将光源设定在探测器位置上,具体的原理解释请见本章第二部分。 ;&i4QAo-  
    jWNF3\  
    我们在位置选项又设定一行的目的是通过脚本自动控制光源在探测器平面不同划分区域内不同位置处追迹光线 w6&p4Jw/H?  
    k!)Pl,nJ  
    %s* F~E  
    功率数值设定为:P=sin2(theta) theta为光源半角15度。我们为什么要这么设定,在第二部分会给出详细的公式推导。 (F=q/lK$  
    "l[ c/q[  
    创建分析面: -ztgirU  
    XkRPD  
    YG K7b6  
    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。 h"ZR`?h  
    bBg=X}9  
    B6J <  
    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。 bSgdVP-  
    He)vl.  
    FRED在探测器上穿过多个像素点迭代来创建热图 'Hv=\p4$1  
    AXT(D@sI=  
    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。 O0RV>Ml'&  
    将如下的代码放置在树形文件夹 Embedded Scripts, "rU 2g  
    n =qu?xu  
    ni~1)"U.  
    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。 >e M> Y@8=  
    4#Cm5xAt6  
    绿色字体为说明文字, Cc&SHG*R  
    ,,+iPGa<  
    '#Language "WWB-COM" *iiyU}x  
    'script for calculating thermal image map K.r "KxCm|  
    'edited rnp 4 november 2005 v\3$$T)  
    x=YV*  
    'declarations \#7@"~<  
    Dim op As T_OPERATION G3${\'<  
    Dim trm As T_TRIMVOLUME [oD u3Qn  
    Dim irrad(32,32) As Double 'make consistent with sampling }UX0 eI4  
    Dim temp As Double /vNHb _-  
    Dim emiss As Double 8Os: SC@Q  
    Dim fname As String, fullfilepath As String Gy6PS{yY6t  
    t .-%@,s  
    'Option Explicit 5fY7[{ 2  
    :R1F\FT*  
    Sub Main yt[*4gF4  
        'USER INPUTS cH6<'W{*  
        nx = 31 8fWk C<f}  
        ny = 31 > JP}OS  
        numRays = 1000 1+v!)Y>Z&  
        minWave = 7    'microns *IQQsfL)  
        maxWave = 11   'microns U#g ,XJ  
        sigma = 5.67e-14 'watts/mm^2/deg k^4 Jk} Dj0o  
        fname = "teapotimage.dat" |3P dlIbO  
    ]=vRjw  
        Print "" TxP8&!d  
        Print "THERMAL IMAGE CALCULATION" 4_W*LG~2s  
    jg\FD51$  
        detnode = FindFullName( "Geometry.Detector.Surface" ) '找到探测器平面节点 /pQUu(~h_  
    _fjHa6S  
        Print "found detector array at node " & detnode |32uC3?o  
    b*TQKYT  
        srcnode = FindFullName( "Optical Sources.Source 1" ) '找到光源节点 ('1]f?:M  
    Ci$?Hm9n  
        Print "found differential detector area at node " & srcnode l]~mB~  
    bx:j`5Uj`  
        GetTrimVolume detnode, trm ,w%hD*  
        detx = trm.xSemiApe su0q 2.  
        dety = trm.ySemiApe M$Ow*!DfP  
        area = 4 * detx * dety q!y!=hI  
        Print "detector array semiaperture dimensions are " & detx & " by " & dety *('Vyd!n  
        Print "sampling is " & nx & " by " & ny S<81r2LT  
    tJII-\3"  
        'reset differential detector area dimensions to be consistent with sampling :0'vzM  
        pixelx = 2 * detx / nx G'{*guYU  
        pixely = 2 * dety / ny )QW p[bV  
        SetSourcePosGridRandom srcnode, pixelx / 2, pixely / 2, numRays, False {y`n _  
        Print "resetting source dimensions to " & pixelx / 2 & " by " & pixely / 2 guk{3<d:Jy  
    !`0 El',gY  
        'reset the source power ,pIaYU{D  
        SetSourcePower( srcnode, Sin(DegToRad(15))^2 ) h ;1D T  
        Print "resetting the source power to " & GetSourcePower( srcnode ) & " units" >~*}9y0$  
    dmPAPCm%y  
        'zero out irradiance array #n.XOet<\  
        For i = 0 To ny - 1 GQ6~Si2  
            For j = 0 To nx - 1 $Gs|Z$(  
                irrad(i,j) = 0.0 +wGFJLHJ  
            Next j 5 51p* B2  
        Next i NeR1}W  
    @y8) "m"  
        'main loop ~; vt{pk  
        EnableTextPrinting( False ) kE854Ej  
    1s-=zs  
        ypos =  dety + pixely / 2 u?SxaGEa  
        For i = 0 To ny - 1 u9j1>QU  
            xpos = -detx - pixelx / 2 ]iry'eljy  
            ypos = ypos - pixely ^_t7{z%sA[  
    O{Y*a )"  
            EnableTextPrinting( True ) OZ4%6/  
            Print i 2#X>^LH  
            EnableTextPrinting( False ) @me ( pnD  
    .#LvvAeh  
    4VP$, |a  
            For j = 0 To nx - 1 7_`_iymR  
    C:p`  
                xpos = xpos + pixelx ]SUW"5L-  
    s&M#]8x;x  
                'shift source juB/?'$~  
                LockOperationUpdates srcnode, True _-z;  
                GetOperation srcnode, 1, op "c*#ZP  
                op.val1 = xpos 5`)[FCQ  
                op.val2 = ypos T/ P   
                SetOperation srcnode, 1, op R'$1,ie  
                LockOperationUpdates srcnode, False z6Zd/mt~x  
    /X;! F>  
    raytrace Ygc.0VKMR  
                DeleteRays ne# %Gr  
                CreateSource srcnode Q|7;Zsd:  
                TraceExisting 'draw ; ! B>b)%  
    <G#Q f|&  
                'radiometry Id{Ix(O  
                For k = 0 To GetEntityCount()-1 uOJso2Mx  
                    If IsSurface( k ) Then 3u oIYY  
                        temp = AuxDataGetData( k, "temperature" ) T1c& 3  
                        emiss = AuxDataGetData( k, "emissivity" ) Q&vU|y  
                        If ( temp <> 0 And emiss <> 0 ) Then V3$zlzSm,  
                            ProjSolidAngleByPi = GetSurfIncidentPower( k ) ~vKDB$2  
                            frac = BlackBodyFractionalEnergy ( minWave, maxWave, temp ) |`O210B@  
                            irrad(i,j) = irrad(i,j) + frac * emiss * sigma * temp^4 * ProjSolidAngleByPi eKe[]/}e9  
                        End If gH/(4h  
    0}- MWbG  
                    End If $.O(K4S  
    OQ+kOE&  
                Next k oT- Y  
    f<v Z4 IU  
            Next j +oiuulA  
    PDb7h  
        Next i 6OZ n7:)Y  
        EnableTextPrinting( True ) 4R& pb1eF  
    mV|Z5= f  
        'write out file M<ba+Qn$  
        fullfilepath = CurDir() & "\" & fname sPRs;to-  
        Open fullfilepath For Output As #1 +K48c,gt?  
        Print #1, "GRID " & nx & " " & ny 3-_`x9u*  
        Print #1, "1e+308" t]+h.  
        Print #1, pixelx & " " & pixely v(l:N@L  
        Print #1, -detx+pixelx/2 & " " & -dety+pixely/2 v K!vA-7  
    }VqCyJu&{  
        maxRow = nx - 1 vY]7oX+  
        maxCol = ny - 1 E2Ec`o  
        For rowNum = 0 To maxRow                    ' begin loop over rows (constant X) rhC x&L  
                row = "" B1va]=([)W  
            For colNum = maxCol To 0 Step -1            ' begin loop over columns (constant Y) rGQY  
                row = row & irrad(colNum,rowNum) & " "     ' append column data to row string G3gEL)b*  
            Next colNum                     ' end loop over columns h! w d/jR  
    a>#]d  
                Print #1, row ^F87gow%`B  
    ~\u?Nf~L  
        Next rowNum                         ' end loop over rows ( #rhD}  
        Close #1 Iy@6cd,)S  
    sK7b4gmK  
        Print "File written: " & fullfilepath <h*$bx]9 +  
        Print "All done!!" v|:TYpku3  
    End Sub R@2*Lgxz~  
    :</KgR0I  
    在输出报告中,我们会看到脚本对光源的孔径和功率做了修改,并最终经过31次迭代,将所有的热成像数据以dat的格式放置于: x*wr8$@J  
    S{UEV7d:n0  
    RH "EO4  
    找到Tools工具,点击Open plot files in 3D chart并找到该文件 "BvDLe':  
      
    yAu .=Eo7  
    U)D}J_Zi(  
    打开后,选择二维平面图: ML7qrc;Rx  
    66HxwY3a  
     
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