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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。 F'W{\4  
    RG[3LX/  
    成像示意图
    G5E03xvL  
    首先我们建立十字元件命名为Target gVsAz  
    cUaLv1:HI  
    创建方法: p-UACMN& c  
    Ttb @98  
    面1 : 1?`,h6d*=  
    面型:plane |:`f#H  
    材料:Air Zgt, 'T  
    孔径:X=1.5, Y=6,Z=0.075,形状选择Box HQK%Y2S  
    FD*`$.e3\  
    q/Ba#?sen  
    辅助数据: Y.3]vno?X  
    首先在第一行输入temperature :300K, ]<A|GY0q1  
    emissivity:0.1; 6DD^h:*>  
    lz EF^6I  
    wt[MzpRP  
    面2 : `&b 8wF  
    面型:plane 2J^6(vk  
    材料:Air 41mg:xW(J  
    孔径:X=1.5, Y=6,Z=0.075,形状选择Box ~K 8eRT  
    BbA>1#i5]  
    "2)<'4q5)  
    位置坐标:绕Z轴旋转90度, sAfSI<L_  
    #IA[erf:  
    uI@:\Rss  
    辅助数据: m'XzZmI  
    7m{ 'V`F  
    首先在第一行输入temperature :300K,emissivity: 0.1; nM34zVy  
    Z$kff-Y4  
    Xz4!#,z/  
    Target 元件距离坐标原点-161mm; 4Z"D F)+}  
    j?29_Az  
    mm'n#%\G  
    单透镜参数设定:F=100, bend=0, 位置位于坐标原点 u1/4WYJeJ  
    2)h i(  
    9XX&~GW/  
    探测器参数设定: \/la`D  
    oqB(l[%z2  
    在菜单栏中选择Create/Element Primitive /plane rV)mcfw:Z  
    gpVZZ:~  
    mEv<r6qDT  
    kih;'>H<  
    ZOK2BCoW  
    z 3fS+x:E{  
    元件半径为20mm*20,mm,距离坐标原点200mm。 {=PO`1H  
    X,:^})]  
    光源创建: ++-HdSHY  
    6A;V[3  
    光源类型选择为任意平面,光源半角设定为15度。 ;U<;R  
    @X?DHLM  
    hU3c;6]3  
    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。 >K1)XP  
    W~aVwO'(  
    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 g2JNa?z  
    <w` R ;  
    d^mw&F)S  
    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。 57*z0<  
    _d 76jmujJ  
    创建分析面: t,M _  
    x5YW6R.<t  
    bdZ[`uMD  
    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。 [-_3Zr  
    ynvU$}w ~'  
    iagl^(s  
    到此,所有的光学结构和属性设定完成,通过光线追迹我们可以查看光线是否可以穿过元件。 c [sydl  
    B\r2M`N5  
    FRED在探测器上穿过多个像素点迭代来创建热图 ~m8".Z"  
    Zy|B~.@<j  
    FRED具有一个内置的可编译的Basic脚本语言。从Visual Basic脚本语言里,几乎所有用户图形界面(GUI)命令是可用这里的。FRED同样具有自动的客户端和服务器能力,它可以被调用和并调用其他可启动程序,如Excel。因此可以在探测器像素点上定义多个离轴光源,及在FRED Basic脚本语言里的For Next loops语句沿着探测器像素点向上和向下扫描来反向追迹光线,这样可以使用三维图表查看器(Tools/Open plot files in 3D chart)调用和查看数据。 L3GA]TIf  
    将如下的代码放置在树形文件夹 Embedded Scripts, BCYTlxC'  
    x^Q:U1  
    aY}:9qBice  
    打开后清空里面的内容,此脚本为通用脚本适用于一切可热成像的应用。 F&%@p&  
    <qT[  
    绿色字体为说明文字, 1PpZ*YK3z  
    z0+LD  
    '#Language "WWB-COM" =e](eA;  
    'script for calculating thermal image map X0Zqx1  
    'edited rnp 4 november 2005 B(7oHj.i2  
    n/6#rj^$  
    'declarations i'OFun+-,  
    Dim op As T_OPERATION C-E~z{  
    Dim trm As T_TRIMVOLUME jj_z#6{  
    Dim irrad(32,32) As Double 'make consistent with sampling .A<G$ db ?  
    Dim temp As Double b3F)$UQ  
    Dim emiss As Double :7UC=GKQk  
    Dim fname As String, fullfilepath As String g"ha1<y<  
    AD K)p?  
    'Option Explicit `qnp   
    7aRtw:PQn  
    Sub Main S "'0l S   
        'USER INPUTS qmqWMLfC  
        nx = 31 rV84?75( Y  
        ny = 31 )12.W=p  
        numRays = 1000 /4/'&tY  
        minWave = 7    'microns H xs'VK*  
        maxWave = 11   'microns ]xC#XYE:dy  
        sigma = 5.67e-14 'watts/mm^2/deg k^4 WJWi'|C4  
        fname = "teapotimage.dat" \~ m\pf?  
    s|F}Abx,^  
        Print "" E@ J/_l;  
        Print "THERMAL IMAGE CALCULATION" R d'P\  
    "@^Pb$BLY  
        detnode = FindFullName( "Geometry.Detector.Surface" ) '找到探测器平面节点 ze2%#<  
    fh_+M"Y0`  
        Print "found detector array at node " & detnode Lh%z2 5t  
    EP,j+^RVf  
        srcnode = FindFullName( "Optical Sources.Source 1" ) '找到光源节点 xfoQx_]$Im  
    ]H| O  
        Print "found differential detector area at node " & srcnode c?5?TJpm  
    uN>JX/-  
        GetTrimVolume detnode, trm cq]JD6937  
        detx = trm.xSemiApe p3r("\Za,  
        dety = trm.ySemiApe aItQ(+y  
        area = 4 * detx * dety ' ` _TFTO  
        Print "detector array semiaperture dimensions are " & detx & " by " & dety GWFF.Mo^  
        Print "sampling is " & nx & " by " & ny V=^B7a.;>  
    F!7dGa$  
        'reset differential detector area dimensions to be consistent with sampling ezimQ  
        pixelx = 2 * detx / nx (P!r^87  
        pixely = 2 * dety / ny JLd-{}A""-  
        SetSourcePosGridRandom srcnode, pixelx / 2, pixely / 2, numRays, False "5<:Dj/W  
        Print "resetting source dimensions to " & pixelx / 2 & " by " & pixely / 2 @$}Ct  
    m)AF9#aT2  
        'reset the source power n*A?>NV  
        SetSourcePower( srcnode, Sin(DegToRad(15))^2 ) 0JFS%Yjw[  
        Print "resetting the source power to " & GetSourcePower( srcnode ) & " units" riR(CJ}Ff  
    ^h\(j*/#X  
        'zero out irradiance array 0N;~(Vt2  
        For i = 0 To ny - 1 hL4T7`  
            For j = 0 To nx - 1 mR["xDHD  
                irrad(i,j) = 0.0 /H4Z.|@  
            Next j e!W U  
        Next i cWtuI(.  
    [Ef6@  
        'main loop mR|L'[l  
        EnableTextPrinting( False ) I(<9e"1O  
    QPX&P{!g  
        ypos =  dety + pixely / 2 .;rE4B  
        For i = 0 To ny - 1 |d$4Fu(M~  
            xpos = -detx - pixelx / 2 RW{y.WhB  
            ypos = ypos - pixely (+yH   
    ziDvDu=  
            EnableTextPrinting( True ) b5Q|$E   
            Print i Mj&G5R~_  
            EnableTextPrinting( False ) uMx6:   
    xX f,j#`"  
    0=0,ix7?#  
            For j = 0 To nx - 1 8)lrQvZ  
    dGyrzuPJ  
                xpos = xpos + pixelx \sBXS.  
    XGuxd  
                'shift source 1rx, qfCq  
                LockOperationUpdates srcnode, True ;NOmI+t0w&  
                GetOperation srcnode, 1, op .k:heN2-x  
                op.val1 = xpos },n?  
                op.val2 = ypos qk~m\U8r  
                SetOperation srcnode, 1, op nb<e<>L  
                LockOperationUpdates srcnode, False rD+mI/_J`  
    h1t~hrq  
    raytrace wz'=  
                DeleteRays ({ O~O5k  
                CreateSource srcnode 7fI2b,~  
                TraceExisting 'draw 0G31Kou  
    NbC2N)L4  
                'radiometry )I#{\^  
                For k = 0 To GetEntityCount()-1 qnCjNN  
                    If IsSurface( k ) Then ~NZL~p  
                        temp = AuxDataGetData( k, "temperature" ) ?3lA ogB  
                        emiss = AuxDataGetData( k, "emissivity" ) !&xci})7a  
                        If ( temp <> 0 And emiss <> 0 ) Then Ngj&1Ta&[  
                            ProjSolidAngleByPi = GetSurfIncidentPower( k ) MyZVx|7 E  
                            frac = BlackBodyFractionalEnergy ( minWave, maxWave, temp ) X n8&&w"  
                            irrad(i,j) = irrad(i,j) + frac * emiss * sigma * temp^4 * ProjSolidAngleByPi t~7OtPF  
                        End If <UF0Xc&X'  
    (3Q$)0t  
                    End If qA;Gl"HF  
    ;4U"y8PVTh  
                Next k O\CnKNk,  
    2eHVl.C5  
            Next j "~=-Q#xO  
    ,z<1:st]<  
        Next i /IN#1I!K  
        EnableTextPrinting( True ) NVghkd  
    J5(0J7C  
        'write out file 76bMy4re  
        fullfilepath = CurDir() & "\" & fname dB6['z)2  
        Open fullfilepath For Output As #1 \-pqqSy  
        Print #1, "GRID " & nx & " " & ny /vq$/  
        Print #1, "1e+308" ,{mv6?_  
        Print #1, pixelx & " " & pixely x3g4r_  
        Print #1, -detx+pixelx/2 & " " & -dety+pixely/2 Vpne-PW  
    NT0n [o^  
        maxRow = nx - 1 re_nb)4g  
        maxCol = ny - 1 obE8iG@H  
        For rowNum = 0 To maxRow                    ' begin loop over rows (constant X)  =n5n  
                row = "" O/|))H?C  
            For colNum = maxCol To 0 Step -1            ' begin loop over columns (constant Y) AT)b/ycC  
                row = row & irrad(colNum,rowNum) & " "     ' append column data to row string jz`3xFy *]  
            Next colNum                     ' end loop over columns I?S t}Tl  
    k_{?{:X;y  
                Print #1, row 67hfve  
    0^R, d M  
        Next rowNum                         ' end loop over rows :_y!p  
        Close #1 T>]T=  
    =6qTz3t  
        Print "File written: " & fullfilepath ) [?xT  
        Print "All done!!" =Q{?!  
    End Sub Xp_m=QQsm  
    i(pHJP:a:  
    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: ]+46r!r|  
    x&*f5Y9hCi  
    /2zan}  
    找到Tools工具,点击Open plot files in 3D chart并找到该文件 Cdib{y<ji  
      
    0Dna+V/jI  
    $,2T~1tE  
    打开后,选择二维平面图: 5?F5xiW  
    t"Ci1"U  
     
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