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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。 X^H)2G>e  
    iB5Se  
    成像示意图
    =6TD3k6(2  
    首先我们建立十字元件命名为Target !}^ {W)h[  
    m>6,{g)  
    创建方法: ^1S(6'a#  
    JQ8wL _C>  
    面1 : BS;_l"?  
    面型:plane eg-,;X#  
    材料:Air Bn/ {J  
    孔径:X=1.5, Y=6,Z=0.075,形状选择Box DO$jX 4  
    LEkO#F(  
    @D rMaTr  
    辅助数据: ;p#)z/zZ  
    首先在第一行输入temperature :300K, b^\u P  
    emissivity:0.1; DxT8;`I%  
    2, ` =i  
    >T4.mB7+>  
    面2 : snV,rZ  
    面型:plane yla&/K;|*  
    材料:Air Xb=9~7&,$  
    孔径:X=1.5, Y=6,Z=0.075,形状选择Box P-VK=Y1q  
    W9?Vh{w  
    [(Pm\o  
    位置坐标:绕Z轴旋转90度, w7 ]@QTC  
    0t1WvW  
    5/Q^p"  
    辅助数据: Qsc%qt-l  
    5 d S5,  
    首先在第一行输入temperature :300K,emissivity: 0.1; R$=UJ}>  
    2*5Z| 3aX  
    [|\~-6"7N|  
    Target 元件距离坐标原点-161mm; 41WnKz9c  
    -1~bWRYq  
    iU\WV  
    单透镜参数设定:F=100, bend=0, 位置位于坐标原点 9Bl_t}0  
    E3y"  
    m0W5Ogk  
    探测器参数设定: 7%9Sz5z  
    w9h\J#f  
    在菜单栏中选择Create/Element Primitive /plane w3c[t~R8  
    ` IiAtS  
    =)(o(bfSKr  
    h84}lxT^]  
    )W~w72j-  
    ?C6iJnm  
    元件半径为20mm*20,mm,距离坐标原点200mm。 e7ixi^Q  
    =m=`|Bn  
    光源创建: Pm6/sO  
    Aq}]{gfQ1  
    光源类型选择为任意平面,光源半角设定为15度。 o-B9r+N  
    67Z|=B !7  
    ;$ =`BI)  
    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。 EUU9JnQhBJ  
    7E4=\vM  
    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 `(<XdlOj  
    V4}9f5FR  
    Funep[rA  
    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。 1"009/|   
    nM1U=Du  
    创建分析面: ? r=cLC  
    s"<k) Xi  
    Y(ly0U}  
    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。 xXM`f0s@+]  
    C".&m  
    <P7f\$o~  
    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。 0Np }O=>  
    0ejx; Mum  
    FRED在探测器上穿过多个像素点迭代来创建热图 !-%i" a  
    V=BF"S;-'  
    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。 qdrk.~_  
    将如下的代码放置在树形文件夹 Embedded Scripts, ^)conSm  
    |j$&W;yC  
    f@+[-yF  
    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。 P*XLm  
    a;D{P`%n  
    绿色字体为说明文字, R4u=.  
    wj9CL1Gx  
    '#Language "WWB-COM" ={-\)j  
    'script for calculating thermal image map 2f16 /0J@  
    'edited rnp 4 november 2005 \zw0*;&U  
    /Ou`$2H87  
    'declarations E8u :Fg s  
    Dim op As T_OPERATION C 2Fklp6  
    Dim trm As T_TRIMVOLUME #.UooFk+Y  
    Dim irrad(32,32) As Double 'make consistent with sampling Xy:'f".M~\  
    Dim temp As Double  8Br*  
    Dim emiss As Double K?,eIZ{.S  
    Dim fname As String, fullfilepath As String NduvfA4  
    sH(4.36+  
    'Option Explicit ttuQ ,SD  
    "]Wrir?l  
    Sub Main KlDW'R $  
        'USER INPUTS c_<m8b{AEF  
        nx = 31 gEbe6!; q3  
        ny = 31 DcE)6z#  
        numRays = 1000 |X k'd@<  
        minWave = 7    'microns fGHYs  
        maxWave = 11   'microns O&Q_ vY  
        sigma = 5.67e-14 'watts/mm^2/deg k^4 S)of.Nq.;  
        fname = "teapotimage.dat" d76k1-m\o  
    O7 %<(  
        Print "" ;3OQgKI  
        Print "THERMAL IMAGE CALCULATION" hC?:XVt  
    W'u6F-$2  
        detnode = FindFullName( "Geometry.Detector.Surface" ) '找到探测器平面节点 P7O$*  
    xV[X#.3  
        Print "found detector array at node " & detnode P?  VGY  
    #\[h.4i  
        srcnode = FindFullName( "Optical Sources.Source 1" ) '找到光源节点 ~q4KQ&.!  
    wv>*g:El'  
        Print "found differential detector area at node " & srcnode [ X]yj  
    t=o0 #jo  
        GetTrimVolume detnode, trm 0B#9CxU%  
        detx = trm.xSemiApe e3,TY.,Ay  
        dety = trm.ySemiApe wl1i @&9  
        area = 4 * detx * dety 56t9h/y  
        Print "detector array semiaperture dimensions are " & detx & " by " & dety L|.q19b*  
        Print "sampling is " & nx & " by " & ny A(G%9'T  
    b<>GF-`w  
        'reset differential detector area dimensions to be consistent with sampling `&2~\o/  
        pixelx = 2 * detx / nx 'g.9 goQ  
        pixely = 2 * dety / ny U>?q|(u  
        SetSourcePosGridRandom srcnode, pixelx / 2, pixely / 2, numRays, False g*?)o!_*  
        Print "resetting source dimensions to " & pixelx / 2 & " by " & pixely / 2 :so2 {.t-  
    )Kkw$aQI"d  
        'reset the source power (? j $n?p  
        SetSourcePower( srcnode, Sin(DegToRad(15))^2 ) g"aWt% P  
        Print "resetting the source power to " & GetSourcePower( srcnode ) & " units" {q f gvu  
    a3D''Ra  
        'zero out irradiance array !D6   
        For i = 0 To ny - 1 _L 5<  
            For j = 0 To nx - 1 |C}n]{*|  
                irrad(i,j) = 0.0 2(M^8Bl  
            Next j |^9+c2   
        Next i b5K6F:D22  
    P"d7Af  
        'main loop IlQNo 1  
        EnableTextPrinting( False ) X^;[X~g  
    ^'>kZ^w0  
        ypos =  dety + pixely / 2 6Y?%G>$6  
        For i = 0 To ny - 1 l3kYfq{";"  
            xpos = -detx - pixelx / 2 :j_OO5b!  
            ypos = ypos - pixely -5;Kyio  
    9D@ $Y54  
            EnableTextPrinting( True ) )c|S)iJ7=z  
            Print i -(*<2Hy4  
            EnableTextPrinting( False ) ${I$@qq83  
    7OuzQzhcK  
    `q =e<$  
            For j = 0 To nx - 1 XRoMD6qf;  
    lO=+V 6  
                xpos = xpos + pixelx + / s2;G  
    K5l#dl_T  
                'shift source pkTg.70wU  
                LockOperationUpdates srcnode, True YDh6XD<Z  
                GetOperation srcnode, 1, op OSP#FjH  
                op.val1 = xpos 4HX qRFUD  
                op.val2 = ypos E.~;  
                SetOperation srcnode, 1, op :eIPPh|\  
                LockOperationUpdates srcnode, False 'lmZ{a6  
    fzcPi9+  
    raytrace ~{69&T}9  
                DeleteRays "s-e)svB  
                CreateSource srcnode >6 p <n  
                TraceExisting 'draw Qa*?iD  
    MV8Lk/zd?A  
                'radiometry ;/tZsE{  
                For k = 0 To GetEntityCount()-1 "V/|RC  
                    If IsSurface( k ) Then b-Fv vA  
                        temp = AuxDataGetData( k, "temperature" ) IX/FKSuq  
                        emiss = AuxDataGetData( k, "emissivity" ) :CH*~o  
                        If ( temp <> 0 And emiss <> 0 ) Then 'p0|wM_  
                            ProjSolidAngleByPi = GetSurfIncidentPower( k ) $xx5+A%,  
                            frac = BlackBodyFractionalEnergy ( minWave, maxWave, temp ) z3F ^OU   
                            irrad(i,j) = irrad(i,j) + frac * emiss * sigma * temp^4 * ProjSolidAngleByPi 9iMQq40  
                        End If ;VQFz&Q$u  
    Z)iRc$;  
                    End If >| d^  
    Cjvgf .>$  
                Next k ;=rMIi  
    a2:Tu  
            Next j lo}[o0X  
    'Na \9b(  
        Next i XD1 x*#  
        EnableTextPrinting( True ) /t "p^9!^  
    6 yIl)5/=  
        'write out file *~p~IX{  
        fullfilepath = CurDir() & "\" & fname !83x,*O  
        Open fullfilepath For Output As #1 ?(8z O"  
        Print #1, "GRID " & nx & " " & ny >z=_V|^$  
        Print #1, "1e+308" `i{k^Q  
        Print #1, pixelx & " " & pixely d<*4)MRN  
        Print #1, -detx+pixelx/2 & " " & -dety+pixely/2 ,H{ /@|RW  
     eiLtZQ  
        maxRow = nx - 1 V<} ^n  
        maxCol = ny - 1 $Cu/!GA4.>  
        For rowNum = 0 To maxRow                    ' begin loop over rows (constant X) [\9WqHs  
                row = "" 6r"PtHr  
            For colNum = maxCol To 0 Step -1            ' begin loop over columns (constant Y) ,+p&ZpH  
                row = row & irrad(colNum,rowNum) & " "     ' append column data to row string mwuFXu/  
            Next colNum                     ' end loop over columns  8ad!.  
    E)(`Z0  
                Print #1, row MSEBv Z-  
    nMU#g])y)  
        Next rowNum                         ' end loop over rows JOj\#!\>k0  
        Close #1 q.(p.uD  
    +uPN+CgQ@  
        Print "File written: " & fullfilepath E(G=~>P  
        Print "All done!!" \!UNa le  
    End Sub tVx.J'"Y  
    `1%SXP1  
    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: {Y5h*BD>  
    uo1G   
    ':,6s  
    找到Tools工具,点击Open plot files in 3D chart并找到该文件 l<<G". ?  
      
    2|k*rv}l  
    c$f|a$$b   
    打开后,选择二维平面图: i '!M<>7  
    V:42\b7x  
     
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