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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。 S)g:+P  
    _Dd>e=v  
    成像示意图
    5x%Blkx  
    首先我们建立十字元件命名为Target cF 4,dnI  
    I?S t}Tl  
    创建方法: 4(s HUWT  
    Y/6>OD  
    面1 : lP*n%Pn)  
    面型:plane P3`$4p?  
    材料:Air B2oKvgw  
    孔径:X=1.5, Y=6,Z=0.075,形状选择Box ^D5Jqh)  
    (8aj`> y  
    #M{qMJHDo  
    辅助数据: VP>*J`'H  
    首先在第一行输入temperature :300K, ,cL;,YN  
    emissivity:0.1; )l$}plT4  
    (:qc[,m  
    =w}JAEE|(i  
    面2 : ,,BP}f+l$  
    面型:plane L-}J=n\  
    材料:Air J,:&U wkv  
    孔径:X=1.5, Y=6,Z=0.075,形状选择Box Bcarx<P-p  
    t[J=8rhER  
    En1LGi4#  
    位置坐标:绕Z轴旋转90度, |4g0@}nr+W  
    m0 As t<u  
    PWyf3  
    辅助数据: ! ig& 8:  
    aUzCKX%>C  
    首先在第一行输入temperature :300K,emissivity: 0.1; 4MS#`E7LrC  
    m)} 01N4  
    p09p/  
    Target 元件距离坐标原点-161mm; ghWWJx9  
    Qw:!Rw,x  
    >xabn*Kq  
    单透镜参数设定:F=100, bend=0, 位置位于坐标原点 r":anR( ;  
    +:uz=~m o`  
    MNWI%*0LO  
    探测器参数设定: 3q}j"x?  
    /$CTz xd1  
    在菜单栏中选择Create/Element Primitive /plane jtlRom}  
    jOVF+9M  
    ~<f[7dBv  
    l@Vv%w9H  
    '"fJA/O  
    V-}}?c1 F  
    元件半径为20mm*20,mm,距离坐标原点200mm。 IO)#O<  
    @]vY[O!&;  
    光源创建: -1,0hmn=+  
    1f}(=Hv{  
    光源类型选择为任意平面,光源半角设定为15度。 4_kN';a4Q  
    ,JE_aje7  
    `,-mXxTNT  
    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。 A vq+s.h  
    |g)C `k  
    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 <;S$4tux  
    #dj?^n g  
    ve ysW(z  
    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。 bu|.Jw"  
    +ODua@ULFB  
    创建分析面: Z-Qp9G'   
    [&n[p?  
    (MI>7| ';  
    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。 iyl i/3|  
    B= {_}f  
    &\N>N7/1  
    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。 & "&s,  
    W~/d2_|/  
    FRED在探测器上穿过多个像素点迭代来创建热图 JP5e=Z<  
    Lj3o-@\*j  
    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。 x/umwT,ov  
    将如下的代码放置在树形文件夹 Embedded Scripts, D#b*M)X"  
    \;)g<TwL  
    E7fQ9]  
    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。 a)JXxst  
    =Z  
    绿色字体为说明文字, fz=?QEG  
    W5 F\e[Ax5  
    '#Language "WWB-COM" z#GZb   
    'script for calculating thermal image map eo0-aHs  
    'edited rnp 4 november 2005 . ,^WCyvq  
    jr4xh {Z`  
    'declarations ^m w]u"5\  
    Dim op As T_OPERATION dT|f<E/P  
    Dim trm As T_TRIMVOLUME 4GRD- f[  
    Dim irrad(32,32) As Double 'make consistent with sampling ZwS:Te9-  
    Dim temp As Double Tu#;Y."T  
    Dim emiss As Double iYStl  
    Dim fname As String, fullfilepath As String -`~qmRpqY  
    %xg+UW }  
    'Option Explicit  2h   
    s1D<R,J|H  
    Sub Main etr-\Cp  
        'USER INPUTS jmID@37t  
        nx = 31 JXK\mah  
        ny = 31 y&zFS4"x  
        numRays = 1000 dH^6K0J  
        minWave = 7    'microns <?nIO  
        maxWave = 11   'microns VI2lw E3  
        sigma = 5.67e-14 'watts/mm^2/deg k^4 /I`TN5~  
        fname = "teapotimage.dat" $N=&D_Q  
    <kK>C8+  
        Print "" r(>S  
        Print "THERMAL IMAGE CALCULATION" =X4Fn^w"4O  
    Cs6`lX >  
        detnode = FindFullName( "Geometry.Detector.Surface" ) '找到探测器平面节点 %#x4wi  
    86r"hy~  
        Print "found detector array at node " & detnode G)Gp}4gV}  
    <b:%o^  
        srcnode = FindFullName( "Optical Sources.Source 1" ) '找到光源节点 q-JTGCFl  
    n%&L&G  
        Print "found differential detector area at node " & srcnode _!03;zrO  
    P}@AH02  
        GetTrimVolume detnode, trm X.fVbePxUU  
        detx = trm.xSemiApe kamQZzPe  
        dety = trm.ySemiApe GJ,&$@8)  
        area = 4 * detx * dety .EKlw##  
        Print "detector array semiaperture dimensions are " & detx & " by " & dety 0|P=S|%~  
        Print "sampling is " & nx & " by " & ny ,X?/FAcb  
    ?"x4u#x  
        'reset differential detector area dimensions to be consistent with sampling V?u#WJy/  
        pixelx = 2 * detx / nx QtW9!p7(  
        pixely = 2 * dety / ny D\Ak-$kJ^  
        SetSourcePosGridRandom srcnode, pixelx / 2, pixely / 2, numRays, False GcVQz[E  
        Print "resetting source dimensions to " & pixelx / 2 & " by " & pixely / 2 6 8tyWd}  
    d51lTGH7Z  
        'reset the source power y]j.PT`Cw  
        SetSourcePower( srcnode, Sin(DegToRad(15))^2 ) {"ST hTZ  
        Print "resetting the source power to " & GetSourcePower( srcnode ) & " units" I=0c\ U}  
    8Qg10Yjy  
        'zero out irradiance array 54_}9_g  
        For i = 0 To ny - 1 *7!MG  
            For j = 0 To nx - 1 5)#j}`6  
                irrad(i,j) = 0.0 cJ4My#w  
            Next j -zg*p&F  
        Next i ppAbG,7  
    h* S"]ye5  
        'main loop `n PdZ.  
        EnableTextPrinting( False ) is<:}z  
    #1<m\z7l  
        ypos =  dety + pixely / 2 N*Aw-\Bk  
        For i = 0 To ny - 1 WPNB!" E98  
            xpos = -detx - pixelx / 2 f;e#7_  
            ypos = ypos - pixely >tM4|w|  
    "DW~E\Y  
            EnableTextPrinting( True ) 51k}LH  
            Print i >XgoN\w  
            EnableTextPrinting( False ) u[GZ~L  
    ]rG=\>U3~  
    7hk)I`o65  
            For j = 0 To nx - 1 (p{X.X+  
    7 Lm9I  
                xpos = xpos + pixelx 8+'}`  
    'Ea3(OsuXn  
                'shift source ;8]HCC@:  
                LockOperationUpdates srcnode, True PL:(Se%  
                GetOperation srcnode, 1, op gT)(RS`_)  
                op.val1 = xpos B"43o7C  
                op.val2 = ypos {<-s&%/r  
                SetOperation srcnode, 1, op v$}^$8`  
                LockOperationUpdates srcnode, False , 'pYR]3  
    zIc6L3w$  
    raytrace 6r~9$IM  
                DeleteRays r^,_m,s'<  
                CreateSource srcnode K?l|1jez(#  
                TraceExisting 'draw ,HjJ jpE  
    /uw@o9`~2-  
                'radiometry $JFjR@j  
                For k = 0 To GetEntityCount()-1 Oc)n,D)0  
                    If IsSurface( k ) Then a ,mgM&yD  
                        temp = AuxDataGetData( k, "temperature" ) (PpY*jKR  
                        emiss = AuxDataGetData( k, "emissivity" )  Q6 *n'6  
                        If ( temp <> 0 And emiss <> 0 ) Then ().C  
                            ProjSolidAngleByPi = GetSurfIncidentPower( k ) Ab$E@H #  
                            frac = BlackBodyFractionalEnergy ( minWave, maxWave, temp ) c&D+=   
                            irrad(i,j) = irrad(i,j) + frac * emiss * sigma * temp^4 * ProjSolidAngleByPi Y9abRr K  
                        End If #(] D]f[@  
    IogLkhWX  
                    End If 1]} \h]*  
    |gk*{3~y  
                Next k AH,?B*zGj  
    DFr$2Y3H  
            Next j ?O 25k!7  
    UC&$8^  
        Next i D4$b-?y  
        EnableTextPrinting( True ) (Q{JI~P  
    HS=w9:,  
        'write out file /M5.Z~|/  
        fullfilepath = CurDir() & "\" & fname {V[xBL <  
        Open fullfilepath For Output As #1 B;bP~e>W  
        Print #1, "GRID " & nx & " " & ny  U#f*  
        Print #1, "1e+308" lg|6~=aQ  
        Print #1, pixelx & " " & pixely i3 js'?7E  
        Print #1, -detx+pixelx/2 & " " & -dety+pixely/2 z fUDo`V~  
    ei2?H;H;  
        maxRow = nx - 1 jnV#Q ;  
        maxCol = ny - 1 ca=MUm=B  
        For rowNum = 0 To maxRow                    ' begin loop over rows (constant X) Kj0)/Fjl+  
                row = "" }%KQrlbHJl  
            For colNum = maxCol To 0 Step -1            ' begin loop over columns (constant Y) &tOo[U?  
                row = row & irrad(colNum,rowNum) & " "     ' append column data to row string rbf5~sw&8+  
            Next colNum                     ' end loop over columns h x^@aI  
     ZPf&4#|  
                Print #1, row R5sEQ| E  
    ( %sf wv  
        Next rowNum                         ' end loop over rows 6UIS4 _   
        Close #1 jHq+/\  
    2K~v`c*4  
        Print "File written: " & fullfilepath $;g*s?F*  
        Print "All done!!" PCCE+wC6  
    End Sub y95  #t  
    Z@q1&}D!  
    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: xEG:KSH  
     !5 S#  
     5+GTK)D  
    找到Tools工具,点击Open plot files in 3D chart并找到该文件 0Cc3NNdz  
      
    []OS p&  
    S> Fb'rJ3  
    打开后,选择二维平面图: OBFM70K  
    R1*&rjB  
     
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