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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。 qTA,rr#p0  
    U =G}@Y  
    成像示意图
    z5|m`$gy  
    首先我们建立十字元件命名为Target xeGl}q|  
    ]DO ~7p[  
    创建方法: 1>pFUf|cV  
    Wj}PtQ%lp/  
    面1 : 'WC> _ L  
    面型:plane b;O@|HK&~  
    材料:Air ayR;|S  
    孔径:X=1.5, Y=6,Z=0.075,形状选择Box 6~rO(  
    ,+Bp>=pvs  
    Bw`7ND}&  
    辅助数据: yltzf #%  
    首先在第一行输入temperature :300K, I/&uiC{l@  
    emissivity:0.1; 4L`<xX;:{  
    0Gr^#`  
    $}TK ,/W  
    面2 : `-J$7)d@  
    面型:plane )}[:.Zg,3/  
    材料:Air *Bj7\8cKC  
    孔径:X=1.5, Y=6,Z=0.075,形状选择Box {f12&t  
    5J1q]^  
    9wB}EDZ  
    位置坐标:绕Z轴旋转90度, S Y7'S#  
    XoZw8cY  
    2=[deQs  
    辅助数据: OZ9ud ]@\  
    J:  T  
    首先在第一行输入temperature :300K,emissivity: 0.1; j0eGg::  
    ee7{5  
    n1mqe*Mvs/  
    Target 元件距离坐标原点-161mm; Jy?#@/~  
    CB1AL]|3  
    TlA*~HG<Q  
    单透镜参数设定:F=100, bend=0, 位置位于坐标原点 M*xt9'Yd  
    t]QGyW A]  
    bTrQ(qp  
    探测器参数设定: ,]\:]Y&?  
    '(4#He?Gd  
    在菜单栏中选择Create/Element Primitive /plane M.loG4r!  
    V.f'Cw  
    }p <p(  
    -eA3o2'  
    >.fN@8[  
    ,O;+fhUJ(  
    元件半径为20mm*20,mm,距离坐标原点200mm。 m K);NvJ!  
    HfN:oww  
    光源创建: +1] xmnts  
    1,/L&_=_A  
    光源类型选择为任意平面,光源半角设定为15度。 r8uc.z2%  
    , id`=L=  
    Y >N`(  
    我们将光源设定在探测器位置上,具体的原理解释请见本章第二部分。 ,M)NC%0X  
    `Qc_]CWYH  
    我们在位置选项又设定一行的目的是通过脚本自动控制光源在探测器平面不同划分区域内不同位置处追迹光线 jl:dKL@  
    (ru9Ke%Dx  
    POouO/r$  
    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。 x,3oa_'E  
    bO:m^*  
    创建分析面: ^&|$&7  
    s)e'}y  
    N-+`[8@(P<  
    到这里元件参数设定完成,现在我们设定元件的光学属性,在前面我们分别对第一和第二面设定的温度和发射系数,散射属性我们设定为黑朗伯,4%的散射。并分别赋予到面一和面二。 #f 4"  
    N;.cZp2  
    BWz7m9 T  
    到此,所有的光学结构和属性设定完成,通过光线追迹我们可以查看光线是否可以穿过元件。 KT5"/fv  
     9kkYD  
    FRED在探测器上穿过多个像素点迭代来创建热图 wW1E 'Vy{  
    p(5'|eqBV  
    FRED具有一个内置的可编译的Basic脚本语言。从Visual Basic脚本语言里,几乎所有用户图形界面(GUI)命令是可用这里的。FRED同样具有自动的客户端和服务器能力,它可以被调用和并调用其他可启动程序,如Excel。因此可以在探测器像素点上定义多个离轴光源,及在FRED Basic脚本语言里的For Next loops语句沿着探测器像素点向上和向下扫描来反向追迹光线,这样可以使用三维图表查看器(Tools/Open plot files in 3D chart)调用和查看数据。 'aWzam>  
    将如下的代码放置在树形文件夹 Embedded Scripts, j(8I+||  
    b,7@)sZ*  
    SAa hkX  
    打开后清空里面的内容,此脚本为通用脚本适用于一切可热成像的应用。 wkp|V{k  
    l*l(QvN_  
    绿色字体为说明文字, ~TGk`cAM>  
    N8Mq0Ck{$  
    '#Language "WWB-COM" @Lj28&4:<  
    'script for calculating thermal image map 9bpY>ze  
    'edited rnp 4 november 2005  ?2g\y@  
    ` _+j+  
    'declarations zqq$PaH*  
    Dim op As T_OPERATION b ~Qd9 Nf  
    Dim trm As T_TRIMVOLUME ">? y\#O A  
    Dim irrad(32,32) As Double 'make consistent with sampling #\&jM -.-  
    Dim temp As Double )eFq0+6*)  
    Dim emiss As Double "ct_EPr`  
    Dim fname As String, fullfilepath As String D\:~G}M  
    TT(d CHft  
    'Option Explicit [y>;  
    ;tR,w   
    Sub Main 7@.UkBOx  
        'USER INPUTS ya9V+/i7T_  
        nx = 31 Tv;|K's'  
        ny = 31 hb>,\46}  
        numRays = 1000 xl(];&A3  
        minWave = 7    'microns =9oN#4mWK  
        maxWave = 11   'microns $=j}JX}z  
        sigma = 5.67e-14 'watts/mm^2/deg k^4 6m$,t-f0b  
        fname = "teapotimage.dat" T/V 5pYl  
    Xeg g2.Kk  
        Print "" #_tixg  
        Print "THERMAL IMAGE CALCULATION" CbJ ]}Z  
    h5bQ  
        detnode = FindFullName( "Geometry.Detector.Surface" ) '找到探测器平面节点 PZQb.QAn  
    \h%/Cp+p  
        Print "found detector array at node " & detnode ~CQYF,[Th  
    H1,;Xrm  
        srcnode = FindFullName( "Optical Sources.Source 1" ) '找到光源节点 :VPZGzK4  
    o0>z6Ya<  
        Print "found differential detector area at node " & srcnode r lalr+Rf  
    [Ng#/QXk{  
        GetTrimVolume detnode, trm [Hn4&PET  
        detx = trm.xSemiApe xQ `>\f  
        dety = trm.ySemiApe zkdyfl5  
        area = 4 * detx * dety F3\'WQh  
        Print "detector array semiaperture dimensions are " & detx & " by " & dety 6'e}!O  
        Print "sampling is " & nx & " by " & ny @l0#C5(:  
    C?bq7kD:H  
        'reset differential detector area dimensions to be consistent with sampling qbjLTE=  
        pixelx = 2 * detx / nx d#N<t`  
        pixely = 2 * dety / ny Tn+6:<OFdO  
        SetSourcePosGridRandom srcnode, pixelx / 2, pixely / 2, numRays, False BzqM$F( L,  
        Print "resetting source dimensions to " & pixelx / 2 & " by " & pixely / 2 ]@W.5!5H  
    AepAlnI@  
        'reset the source power /-wAy-W  
        SetSourcePower( srcnode, Sin(DegToRad(15))^2 ) a;Q6S  
        Print "resetting the source power to " & GetSourcePower( srcnode ) & " units" 2 $^n@<uZ@  
    A0SEzX({[  
        'zero out irradiance array M@rknq@  
        For i = 0 To ny - 1 \N\Jny  
            For j = 0 To nx - 1 nf5Ld"|%9  
                irrad(i,j) = 0.0 .17WF\1HC.  
            Next j :7t~p&J  
        Next i Kr!(<i  
    -X~VXeg  
        'main loop p/B&R@%  
        EnableTextPrinting( False ) \gRX:i#n  
    y K~;LV  
        ypos =  dety + pixely / 2 DFKU?#R  
        For i = 0 To ny - 1 m}] bP  
            xpos = -detx - pixelx / 2 K@P5]}'#  
            ypos = ypos - pixely $UMxO`F  
    }g:y!p k  
            EnableTextPrinting( True ) H/>86GG  
            Print i $srb!&~_>  
            EnableTextPrinting( False ) K.?~@5%  
    +(iM]L$Fw%  
    r5XG$:$8\  
            For j = 0 To nx - 1 agqB#,i  
    @Iz vObK  
                xpos = xpos + pixelx kAbRXID  
    <N11$t&_  
                'shift source 8B C F.y  
                LockOperationUpdates srcnode, True Yxye?R-:  
                GetOperation srcnode, 1, op u+eA>{  
                op.val1 = xpos ~9JU_R^%m  
                op.val2 = ypos GwHMXtj4  
                SetOperation srcnode, 1, op woJO0hHR  
                LockOperationUpdates srcnode, False s5T$>+ a  
    >s}b q#x  
    raytrace V3fd]rIP  
                DeleteRays !8^:19+  
                CreateSource srcnode N.OC _H&  
                TraceExisting 'draw 1>OfJc(K  
    77- Jx`C  
                'radiometry ?y82S*sb#  
                For k = 0 To GetEntityCount()-1 c Q~}qE>I  
                    If IsSurface( k ) Then +!IIt {u  
                        temp = AuxDataGetData( k, "temperature" ) %"~\Pu*>  
                        emiss = AuxDataGetData( k, "emissivity" ) U7d%*g  
                        If ( temp <> 0 And emiss <> 0 ) Then N"MuAUB:K  
                            ProjSolidAngleByPi = GetSurfIncidentPower( k ) 4:-h\%  
                            frac = BlackBodyFractionalEnergy ( minWave, maxWave, temp ) 5K13    
                            irrad(i,j) = irrad(i,j) + frac * emiss * sigma * temp^4 * ProjSolidAngleByPi uBI?nv,  
                        End If w*`5b!+/  
    >VnkgY  
                    End If euO!+9p  
    /w0l7N  
                Next k vdrV)^  
    Q#8}pBw  
            Next j /NCEZ@2BN,  
    0lR/6CB  
        Next i K2,oP )0.Y  
        EnableTextPrinting( True ) Mp*")N,  
    9E^IEwq'  
        'write out file #W,BUN}  
        fullfilepath = CurDir() & "\" & fname 57e'a&}e  
        Open fullfilepath For Output As #1 =s`\W7/;{-  
        Print #1, "GRID " & nx & " " & ny } 5i0R  
        Print #1, "1e+308" .a\b_[+W  
        Print #1, pixelx & " " & pixely %1fH-:c=C0  
        Print #1, -detx+pixelx/2 & " " & -dety+pixely/2 Mw2?U>h1  
    )tGeQXVhbJ  
        maxRow = nx - 1 cUssF%ud]  
        maxCol = ny - 1 }Z*@EWc>  
        For rowNum = 0 To maxRow                    ' begin loop over rows (constant X) >=-w2&  
                row = "" 4`5jq)  
            For colNum = maxCol To 0 Step -1            ' begin loop over columns (constant Y) /v"u4Ipj  
                row = row & irrad(colNum,rowNum) & " "     ' append column data to row string l-4T Tg  
            Next colNum                     ' end loop over columns I`kaAOe  
    I=X-e#HM?  
                Print #1, row /gh=+;{  
    `#B|l+baq  
        Next rowNum                         ' end loop over rows @0A7d $J(  
        Close #1 N*w/\|  
    u5^fiw]C  
        Print "File written: " & fullfilepath A\Rkt;:  
        Print "All done!!" mw)KyU#l,:  
    End Sub [<P(S~J  
    S'qEBz  
    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: h}fz`ti U  
    {#N](yUm  
    "1>I/CM  
    找到Tools工具,点击Open plot files in 3D chart并找到该文件 q y73  
      
    $6.CN#  
    IFNs)*  
    打开后,选择二维平面图: :5hKE(3Q  
    w1B!z  
     
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