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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。 EH;w <LvT  
    _)4YxmK%  
    成像示意图
    YuO-a$BP  
    首先我们建立十字元件命名为Target 7nh,j <~;2  
    +.i?UHNB  
    创建方法: L\@SX?j  
    q%HT)^F9oO  
    面1 : <8yv(  
    面型:plane zbL!q_wO  
    材料:Air !ueyVE$1  
    孔径:X=1.5, Y=6,Z=0.075,形状选择Box d',OQ,~{  
    !L3M\Q0  
    &_Py{Cv@Dw  
    辅助数据: Nr.maucny  
    首先在第一行输入temperature :300K, '\[o>n2  
    emissivity:0.1; 2{t i])  
    <|= UrG  
    2i+'?.P  
    面2 : eT??F  
    面型:plane qMD!No  
    材料:Air 4z~ fn9g  
    孔径:X=1.5, Y=6,Z=0.075,形状选择Box #&+0hS  
    l#8SlRji  
    FU-YI"  
    位置坐标:绕Z轴旋转90度, H ]BH  
    u!in>]^  
    oObm5e*Z  
    辅助数据: vfG4PJ 6  
    XW!a?aLNX  
    首先在第一行输入temperature :300K,emissivity: 0.1; & i,on6  
    xA;o3Or  
    OoKzPePWji  
    Target 元件距离坐标原点-161mm; m>4jRr6sF  
    np|3 os  
    :[#g_*G@p  
    单透镜参数设定:F=100, bend=0, 位置位于坐标原点 p7 b`Z>}  
    K\5'pp1  
    t#s?:  
    探测器参数设定: q'kZ3 G   
    _= RA-qZ"  
    在菜单栏中选择Create/Element Primitive /plane x\qS|q\N  
    nZ?BC O  
    M{Ss?G4H  
    ( yk^%  
    # 4E@y<l$  
    Ux_tHyc/  
    元件半径为20mm*20,mm,距离坐标原点200mm。 19od# d3+  
    neW_mu;~Z  
    光源创建: e(/~;"r{  
    G #.(% ,  
    光源类型选择为任意平面,光源半角设定为15度。 0T,Qn{  
    ZM oV!lu  
    rM6^pzxe  
    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。 /s.O3x._'  
    ..yuEA  
    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 *@'4 A :A  
    S4]}/Imn)  
    @DgJxY|  
    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。 /E'c y  
    X+;F5b9z  
    创建分析面: f$a%&X6"-  
    td^2gjr^5  
    Q+/:5Z C  
    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。 jbQ2G|:Q  
    reml|!F-)  
    2kV[A92s  
    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 -j<O&h~C  
    .5+*,+-  
    FRED在探测器上穿过多个像素点迭代来创建热图 <VD^f  
    Hl"rGA>  
    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。 j.MpQ^eJ7  
    将如下的代码放置在树形文件夹 Embedded Scripts, -L>\58`  
    `{fqnNJE  
    $M\|zUQu.  
    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。 Z&W|O>QTl  
    =G9%Hz5~:  
    绿色字体为说明文字, bX#IE[Yp}  
    |fdr\t#'~  
    '#Language "WWB-COM" zHi+I 7  
    'script for calculating thermal image map =jvM$  
    'edited rnp 4 november 2005 ) |`eCzCB  
    CC 1\0$ /  
    'declarations fr S1<+  
    Dim op As T_OPERATION IVD1 mk  
    Dim trm As T_TRIMVOLUME 6zs&DOB  
    Dim irrad(32,32) As Double 'make consistent with sampling Q g=k@  
    Dim temp As Double kYBTmz} z  
    Dim emiss As Double 'Im7^!-d  
    Dim fname As String, fullfilepath As String zmkqqiDp_  
    g|*2O}<  
    'Option Explicit c^P8)g Pf  
    ^.Cfa  
    Sub Main 2SU G/-P#  
        'USER INPUTS pq[RH-{  
        nx = 31 xB{0lI  
        ny = 31 YK*2  
        numRays = 1000 Z!Sv/ 5xx  
        minWave = 7    'microns vQ=W<>1   
        maxWave = 11   'microns 2V(ye9  
        sigma = 5.67e-14 'watts/mm^2/deg k^4 Kx9Cx 5B  
        fname = "teapotimage.dat" ul~>eZ  
    |M|'S~z  
        Print "" MfUG@  
        Print "THERMAL IMAGE CALCULATION" N#{d_v^H?d  
    /km^IH  
        detnode = FindFullName( "Geometry.Detector.Surface" ) '找到探测器平面节点 b Jt397  
    ]c{Zh?0  
        Print "found detector array at node " & detnode a9z|ef  
    h.c<A{[I6c  
        srcnode = FindFullName( "Optical Sources.Source 1" ) '找到光源节点 ]k Ls2? \  
    quc?]rb  
        Print "found differential detector area at node " & srcnode k$kq|  
    NL&(/72V  
        GetTrimVolume detnode, trm #M*h)/d[A  
        detx = trm.xSemiApe f9H;e(D9]  
        dety = trm.ySemiApe ,p\^n`A32  
        area = 4 * detx * dety %? +A.0]E  
        Print "detector array semiaperture dimensions are " & detx & " by " & dety [7B:{sH  
        Print "sampling is " & nx & " by " & ny Mt)~:V+:  
    #(3w6 l2  
        'reset differential detector area dimensions to be consistent with sampling /b,M492  
        pixelx = 2 * detx / nx %cG6=`vR  
        pixely = 2 * dety / ny A<^IG+Q,B7  
        SetSourcePosGridRandom srcnode, pixelx / 2, pixely / 2, numRays, False |Hg)!5EJ  
        Print "resetting source dimensions to " & pixelx / 2 & " by " & pixely / 2 d{&+xl^ll  
    %)*!(%\S*3  
        'reset the source power M $#zvcp  
        SetSourcePower( srcnode, Sin(DegToRad(15))^2 ) x{<WJ|'B  
        Print "resetting the source power to " & GetSourcePower( srcnode ) & " units" ug[|'tR8  
    {55{ YDqx  
        'zero out irradiance array /_v5B>  
        For i = 0 To ny - 1 %lz\w{  
            For j = 0 To nx - 1 9Q- /Yh  
                irrad(i,j) = 0.0  =IV_yor  
            Next j |$Dt6{h  
        Next i ]O',Ei^  
    @B5@3zYs  
        'main loop `kIzT!HX  
        EnableTextPrinting( False ) yXS ~PG  
    .:Bjs*  
        ypos =  dety + pixely / 2 Zoj.F  
        For i = 0 To ny - 1 {g\Yy(r  
            xpos = -detx - pixelx / 2 CyO2Z  
            ypos = ypos - pixely vn3<LQ]  
    =[(1u|H 9  
            EnableTextPrinting( True ) `x$d8(1J`#  
            Print i &0SGAJlec  
            EnableTextPrinting( False ) _z\oDd`'  
    aq~hl7MTj  
    :s+AIo6  
            For j = 0 To nx - 1 n )YNt  
    )v;>6(  
                xpos = xpos + pixelx EHkb{Q8  
    _1hc^j  
                'shift source F6h3M~uR  
                LockOperationUpdates srcnode, True .Br2^F  
                GetOperation srcnode, 1, op ~1wAk0G`n  
                op.val1 = xpos ,0NVb7F;k  
                op.val2 = ypos 2H;&E1:  
                SetOperation srcnode, 1, op dsX{  5  
                LockOperationUpdates srcnode, False [VIdw 92  
    meu\jg  
    raytrace QE84l  
                DeleteRays ^M6v;8EU  
                CreateSource srcnode (~xFd^W9o  
                TraceExisting 'draw ^ $Q',  
    [J\5DctX;c  
                'radiometry N}nU\e6 Y  
                For k = 0 To GetEntityCount()-1 sY7:Lzs.,  
                    If IsSurface( k ) Then >T;"bc b  
                        temp = AuxDataGetData( k, "temperature" ) H`]nY`HYg  
                        emiss = AuxDataGetData( k, "emissivity" ) ^i_mGeu  
                        If ( temp <> 0 And emiss <> 0 ) Then j]rE0Og  
                            ProjSolidAngleByPi = GetSurfIncidentPower( k ) }Xyu" P  
                            frac = BlackBodyFractionalEnergy ( minWave, maxWave, temp ) |TF,Aj   
                            irrad(i,j) = irrad(i,j) + frac * emiss * sigma * temp^4 * ProjSolidAngleByPi 6:>4}WOP  
                        End If 9vCn^G%B  
    ~[Mk QJxe  
                    End If #9EpQc[4  
    ~cy/\/oO  
                Next k kLMg|48fdI  
    -en:81a#  
            Next j ;j=/2vU~@  
    'e02rqip{  
        Next i mA(K`"Bfh  
        EnableTextPrinting( True ) Y oNg3  
    u 9 1;GBY  
        'write out file "p.MJxH  
        fullfilepath = CurDir() & "\" & fname ZJsc?*@  
        Open fullfilepath For Output As #1 <i^Bq=E<rJ  
        Print #1, "GRID " & nx & " " & ny XD{U5.z>y  
        Print #1, "1e+308" K8Gc5#OF  
        Print #1, pixelx & " " & pixely |4YDvDEJi  
        Print #1, -detx+pixelx/2 & " " & -dety+pixely/2 /u!I2DF  
    '[I_Iu#,  
        maxRow = nx - 1 P[n` X  
        maxCol = ny - 1 sI/Hcm  
        For rowNum = 0 To maxRow                    ' begin loop over rows (constant X) 7A8jnq7m/  
                row = "" =#^%; 66z  
            For colNum = maxCol To 0 Step -1            ' begin loop over columns (constant Y) t9&)9,my  
                row = row & irrad(colNum,rowNum) & " "     ' append column data to row string !EF~I8d\]  
            Next colNum                     ' end loop over columns + htTrHjt  
    *6e`km  
                Print #1, row oaHg6PT!  
    jU)r~QhN  
        Next rowNum                         ' end loop over rows TU$/3fp*  
        Close #1 &zlwV"W  
    tq}sXt  
        Print "File written: " & fullfilepath ;TF(opW:  
        Print "All done!!" 24Z7;'  
    End Sub ylLQKdcL  
    9bl&\Ykt.  
    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: '{\VO U  
    #R"9(Q&  
    %CfJ.;BDNE  
    找到Tools工具,点击Open plot files in 3D chart并找到该文件 ,G e7 9(  
      
    apa~Is1  
    bsC~ 2S\o  
    打开后,选择二维平面图: A1{P"p!  
    bWt>tEnf  
     
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