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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。 tQwbIX-7/  
    w#JF7;  
    成像示意图
    d628@~ Ekn  
    首先我们建立十字元件命名为Target 2etlR  
    FWD9!M K  
    创建方法: 9V"^F.>  
    +<3tv&"  
    面1 : 4Y-9W2s  
    面型:plane h\.UUC&<  
    材料:Air A:p0p^*  
    孔径:X=1.5, Y=6,Z=0.075,形状选择Box A\SbuRty  
    ZS}2(t   
    [{Y$]3?}  
    辅助数据: *b7v)d#  
    首先在第一行输入temperature :300K, Qh{=Z^r  
    emissivity:0.1; | C2k(  
    g5T~%t5lo  
    2b3*zB*@V  
    面2 : Y %<B,3  
    面型:plane C[x!Lf8'  
    材料:Air nQ/ha9v=n  
    孔径:X=1.5, Y=6,Z=0.075,形状选择Box y"){?  
    `NGCUGQ_7  
    k@wT,?kD  
    位置坐标:绕Z轴旋转90度, my04>6j0  
    YemOP9  
    J@R+t6$3O  
    辅助数据: @l@lE0  
    !\"C<*5  
    首先在第一行输入temperature :300K,emissivity: 0.1; *1elUI2Rg  
    [IHT)%>E8&  
    QDgOprha  
    Target 元件距离坐标原点-161mm; 63k8j[$  
    vn kktD'n  
    ?j $z[_K  
    单透镜参数设定:F=100, bend=0, 位置位于坐标原点 ^ qE4:|e  
    QU417EV'  
    y2<g96  
    探测器参数设定: #G]s.by('  
    }"3L>%Q5  
    在菜单栏中选择Create/Element Primitive /plane jh=:QP/  
    %n-LDn  
    }7&;YAt  
    ^ S%4R'  
    /,B"H@ J  
    bu$5gGWVf  
    元件半径为20mm*20,mm,距离坐标原点200mm。 uQ&xoDCB  
    !E$S&zVMQ  
    光源创建: ['sIR+c%'O  
    Bp4QHv9xqL  
    光源类型选择为任意平面,光源半角设定为15度。 `N|WCiBV.  
    xXHz)w  
    CBO8^M<K  
    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?em'=  
    s+ 0$_&xR  
    我们在位置选项又设定一行的目的是通过脚本自动控制光源在探测器平面不同划分区域内不同位置处追迹光线 S&]JY  
    c| p eRO.  
    `;i| %$TU  
    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。 mX"z$  
    "e(OO/EZS  
    创建分析面: wN*e6dOF  
    tfdP#1E  
    ,Q}/#/  
    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。 ~){*XJw6  
    h`5au<h<  
    Kj'm<]u  
    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。 a+J :1'  
    &<v# ^2S3  
    FRED在探测器上穿过多个像素点迭代来创建热图 X1A;MA@0Ro  
    -;Hd_ ~O>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。 G\Sd!'?p  
    将如下的代码放置在树形文件夹 Embedded Scripts, iv56zsR  
    ;2bG-v'4vO  
    U); ,Opr  
    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。 fHwh6|  
    "-I>  
    绿色字体为说明文字, xu_Tocvop  
    EJL45R>  
    '#Language "WWB-COM" 6!+"7r6  
    'script for calculating thermal image map N7Ne  
    'edited rnp 4 november 2005 *rW]HNz  
    -h.' ]^I  
    'declarations :*4yR46  
    Dim op As T_OPERATION Iy e  
    Dim trm As T_TRIMVOLUME ?(ks=rRK  
    Dim irrad(32,32) As Double 'make consistent with sampling lW7kBCsz#  
    Dim temp As Double 2Ie50U  
    Dim emiss As Double GO`X KE  
    Dim fname As String, fullfilepath As String 17nWrTxR$  
    d eTUfbd'  
    'Option Explicit c) 1m4SB@  
    Lmj?V1% V  
    Sub Main ~~k IA"U  
        'USER INPUTS %f, 9  
        nx = 31 KnU"49  
        ny = 31 ^hZwm8G  
        numRays = 1000 MR8-xO'w  
        minWave = 7    'microns ,g^Bu {?  
        maxWave = 11   'microns !Ng^k>*h  
        sigma = 5.67e-14 'watts/mm^2/deg k^4 s{A-K5S  
        fname = "teapotimage.dat" /$ L;m  
    J$'T2@H#  
        Print "" ]>:%:-d6  
        Print "THERMAL IMAGE CALCULATION" J!S3pS5j  
    0Z9jlwcQ  
        detnode = FindFullName( "Geometry.Detector.Surface" ) '找到探测器平面节点 pz-`Tp w  
    l`,`N+FG  
        Print "found detector array at node " & detnode 12cfqIo9  
    `&0?e-  
        srcnode = FindFullName( "Optical Sources.Source 1" ) '找到光源节点 )[zyvU. J3  
    2X6y^f';\  
        Print "found differential detector area at node " & srcnode ]4hXK!^Uu  
    iiRK3m  
        GetTrimVolume detnode, trm YM#XV*P0 q  
        detx = trm.xSemiApe )vPce  
        dety = trm.ySemiApe AV%Q5Mi}  
        area = 4 * detx * dety [IW@ mn>  
        Print "detector array semiaperture dimensions are " & detx & " by " & dety z.[L1AGa|s  
        Print "sampling is " & nx & " by " & ny E8IWHh_  
    =XoNk1  
        'reset differential detector area dimensions to be consistent with sampling t7-sCC0  
        pixelx = 2 * detx / nx U7:~@eYy  
        pixely = 2 * dety / ny @W^g(I(w  
        SetSourcePosGridRandom srcnode, pixelx / 2, pixely / 2, numRays, False '}XW  
        Print "resetting source dimensions to " & pixelx / 2 & " by " & pixely / 2 FeCQGT  
    3ON]c13  
        'reset the source power $H5PB' b  
        SetSourcePower( srcnode, Sin(DegToRad(15))^2 ) `cZG&R  
        Print "resetting the source power to " & GetSourcePower( srcnode ) & " units" SxQ|1:i%  
    :  l]>nF4  
        'zero out irradiance array >A1Yn]k  
        For i = 0 To ny - 1 s"a*S\a;b  
            For j = 0 To nx - 1 WqTW@-}ID  
                irrad(i,j) = 0.0 9:BGA/?  
            Next j #0^Q UOp  
        Next i HWe.|fH:  
    uj8]\MY  
        'main loop GWP"i77y0s  
        EnableTextPrinting( False ) _X@:- _  
    L8Z?B\  
        ypos =  dety + pixely / 2 dQizM^j  
        For i = 0 To ny - 1 f \4Qp  
            xpos = -detx - pixelx / 2 O;,k~  
            ypos = ypos - pixely \,(tP:o  
    u1<xt1K  
            EnableTextPrinting( True ) KY_qK)H  
            Print i 8q0f#/`v  
            EnableTextPrinting( False ) :0srFg?X  
    W>@+H"pZ  
    pp{%\td  
            For j = 0 To nx - 1 Sb{S^w\m0  
    t+?\4+!<  
                xpos = xpos + pixelx WUqAPN  
    huN(Q{fj  
                'shift source 1B WuFYB  
                LockOperationUpdates srcnode, True bNL E=#ro  
                GetOperation srcnode, 1, op W]y$6P  
                op.val1 = xpos {fX4  
                op.val2 = ypos [NKWudq  
                SetOperation srcnode, 1, op Rl S=^}>  
                LockOperationUpdates srcnode, False wOa_"  
    DO %YOv  
    raytrace &1Az`[zKGW  
                DeleteRays 1L$u8P^<  
                CreateSource srcnode `Cb$8;)z  
                TraceExisting 'draw JG4&eK$-  
    -7+Fb^"L  
                'radiometry -<<!eH  
                For k = 0 To GetEntityCount()-1 B3yn:=80  
                    If IsSurface( k ) Then :F<a~_k  
                        temp = AuxDataGetData( k, "temperature" ) C{>?~@z&5  
                        emiss = AuxDataGetData( k, "emissivity" ) Lnj5EY er  
                        If ( temp <> 0 And emiss <> 0 ) Then ME |"pJ  
                            ProjSolidAngleByPi = GetSurfIncidentPower( k ) ?2G^6>O `  
                            frac = BlackBodyFractionalEnergy ( minWave, maxWave, temp ) rre;HJGEL  
                            irrad(i,j) = irrad(i,j) + frac * emiss * sigma * temp^4 * ProjSolidAngleByPi Fx.uPY.a  
                        End If b,K1EEJ  
    7,O^c +  
                    End If r+Z+x{  
    Dd{{ d?;B  
                Next k {+`ep\.$&  
    w]%r]PwU+  
            Next j >|rL0  
    2C-RoZ~  
        Next i vJcvyz#%1  
        EnableTextPrinting( True ) gr-%9=Uq  
    h{TnvI/"  
        'write out file zd;xbH//)b  
        fullfilepath = CurDir() & "\" & fname &E9%8Q)r(  
        Open fullfilepath For Output As #1 1-JWqV(#?  
        Print #1, "GRID " & nx & " " & ny +oiPj3  
        Print #1, "1e+308" _wqFKj  
        Print #1, pixelx & " " & pixely wicg8[T=B  
        Print #1, -detx+pixelx/2 & " " & -dety+pixely/2  x'  
    ry U0x  
        maxRow = nx - 1 pYa<u,>pN  
        maxCol = ny - 1 979L]H#  
        For rowNum = 0 To maxRow                    ' begin loop over rows (constant X) \zoJr)  
                row = "" |0 Zj/1<$  
            For colNum = maxCol To 0 Step -1            ' begin loop over columns (constant Y) $[1 M2>[  
                row = row & irrad(colNum,rowNum) & " "     ' append column data to row string T&0tW"r?  
            Next colNum                     ' end loop over columns @{$SjR8Q $  
    ',CcLN  
                Print #1, row F 'h[g.\}  
    0umfC  
        Next rowNum                         ' end loop over rows h7Ma`w\-  
        Close #1 DSIa3! 0  
    Lv5AtZl}  
        Print "File written: " & fullfilepath v=L^jw  
        Print "All done!!" wDSU~\  
    End Sub *J$=UG,u  
    RnTPU`  
    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: !-7(.i-  
    t Y^:C[  
    RSkpf94`  
    找到Tools工具,点击Open plot files in 3D chart并找到该文件 -BjB>Vt  
      
    'uPqe.#?  
    j5RM S V  
    打开后,选择二维平面图: gReaFnm  
    V8N<%/ A=  
     
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