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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。 n 7i5A:  
    %g:'6%26  
    成像示意图
    J;NIa[a  
    首先我们建立十字元件命名为Target  =   
    5+11J[~{  
    创建方法: yuy\T(7BN  
    ]\KVA)\  
    面1 : V'e%%&g~N  
    面型:plane sQ340!  
    材料:Air mZ2CG O R  
    孔径:X=1.5, Y=6,Z=0.075,形状选择Box @!=Ds'MJC  
    l;KrFJ6  
    >I0;MNX  
    辅助数据: p:TE##  
    首先在第一行输入temperature :300K, \c<;!vkZ04  
    emissivity:0.1; $K!Jm7O\  
    $cIaLq  
    o5p{ O>D[z  
    面2 : 1&! i:F#  
    面型:plane R;!@ xy  
    材料:Air CV\^gTPmx  
    孔径:X=1.5, Y=6,Z=0.075,形状选择Box AwXzI;F^  
    .n1&Jsey  
    ;  ?f+  
    位置坐标:绕Z轴旋转90度, 5\# F5s}  
    pHmqwB~|  
    t$(#$Z,RS  
    辅助数据: 4/|x^Ky>G  
    kBhjqI*  
    首先在第一行输入temperature :300K,emissivity: 0.1; COsmVQ.  
    #lrwKHZ+  
    L~- /'+  
    Target 元件距离坐标原点-161mm; 9c[X[ Qc  
    Bkd$'7UT  
    uUg;v/:  
    单透镜参数设定:F=100, bend=0, 位置位于坐标原点 wv\K  
    =X?fA,  
    iq*im$9 J  
    探测器参数设定:  s[{[pIH  
    ,eBC]4)B6  
    在菜单栏中选择Create/Element Primitive /plane kW)3naUf<  
    o3dqsQE%  
    #Z1-+X8P  
    j{OA%G(I  
    zawu(3?~)5  
    jcJ 4?  
    元件半径为20mm*20,mm,距离坐标原点200mm。 D#L(ZlD4  
    $ uHQl#!;  
    光源创建: GZ~Tl0U  
    A|8"}Hm  
    光源类型选择为任意平面,光源半角设定为15度。 JY2<ECO  
    ySr,HXz  
    p /-du^:2  
    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。 EjLq&QR.  
    n#g_)\  
    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 R>O_2`c  
    V?j,$LixY  
    yuZLsH  
    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。 UqI #F  
    (M$0'BV0  
    创建分析面: OW@%H;b  
    _# sy  
    \1!Q.V  
    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。 4j=3'Z|  
    FuiR\"Ww  
    7A\`  
    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。 = g{I`u  
    bI &<L O  
    FRED在探测器上穿过多个像素点迭代来创建热图 OP1` !P y  
    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。 p qz~9y~  
    将如下的代码放置在树形文件夹 Embedded Scripts, p75o1RU  
    -5b|nQuY  
    ri{*\LV*@  
    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。 W_2;j)i  
    9VxM1-8Gs  
    绿色字体为说明文字, h.X4x2(.  
    :EV.nD7  
    '#Language "WWB-COM" 9,'m,2%W  
    'script for calculating thermal image map pq{`WgA^  
    'edited rnp 4 november 2005 $(9QnH1KY  
    K5qCPt`'  
    'declarations 6Cj7 =|L7  
    Dim op As T_OPERATION X(ph$,[  
    Dim trm As T_TRIMVOLUME ^xa, r#N:V  
    Dim irrad(32,32) As Double 'make consistent with sampling b]]8Vs)'  
    Dim temp As Double W<)P@_+-  
    Dim emiss As Double 0(7 IsG=t  
    Dim fname As String, fullfilepath As String '(5GR I<  
    49; 'K  
    'Option Explicit op}!1y$9P  
    :/T\E\Qr  
    Sub Main zL yI|%KH  
        'USER INPUTS XYo,5-  
        nx = 31 TN0KS]^A3  
        ny = 31 eB5>uKa  
        numRays = 1000 p/<DR |  
        minWave = 7    'microns n4k q=Z%  
        maxWave = 11   'microns M- ^I!C  
        sigma = 5.67e-14 'watts/mm^2/deg k^4 &'z_:Wm  
        fname = "teapotimage.dat" zTg\\z;  
    AT"gRCU$4  
        Print "" +yP!7]  
        Print "THERMAL IMAGE CALCULATION" BD C DQ  
    f)*"X[)o  
        detnode = FindFullName( "Geometry.Detector.Surface" ) '找到探测器平面节点 t neTOj  
    jo:Z  
        Print "found detector array at node " & detnode efQ8jO  
    DC8#b`j  
        srcnode = FindFullName( "Optical Sources.Source 1" ) '找到光源节点 8zx]/ >  
    sC-o'13  
        Print "found differential detector area at node " & srcnode N1~bp?$1  
    OMLU ;,4  
        GetTrimVolume detnode, trm Cb;6yE)!Z  
        detx = trm.xSemiApe z)3TB&;  
        dety = trm.ySemiApe !2|Lb'O  
        area = 4 * detx * dety << >+z5D+  
        Print "detector array semiaperture dimensions are " & detx & " by " & dety fa/S!%}fO  
        Print "sampling is " & nx & " by " & ny Ooz ,?wU6  
    E'LI0fr  
        'reset differential detector area dimensions to be consistent with sampling aS [[ AL  
        pixelx = 2 * detx / nx +Ryj82;59z  
        pixely = 2 * dety / ny fUjo',<s  
        SetSourcePosGridRandom srcnode, pixelx / 2, pixely / 2, numRays, False LIID(s!bX  
        Print "resetting source dimensions to " & pixelx / 2 & " by " & pixely / 2 cLZ D\1Mt  
    |o5eG><  
        'reset the source power =d{6=2Pt  
        SetSourcePower( srcnode, Sin(DegToRad(15))^2 ) z&%i"IY  
        Print "resetting the source power to " & GetSourcePower( srcnode ) & " units" T)mQ+&|  
    xWG@<}H  
        'zero out irradiance array ,R{&x7  
        For i = 0 To ny - 1 &O' W+4FAc  
            For j = 0 To nx - 1 A%8 Q}s$<s  
                irrad(i,j) = 0.0 XJ<"S p  
            Next j z0}j7ns]  
        Next i ='m$ O  
    SxRJ{m~  
        'main loop & BPYlfB1  
        EnableTextPrinting( False ) VIp|U{  
    g Q\.|'%  
        ypos =  dety + pixely / 2 A^OwT#  
        For i = 0 To ny - 1 |}G"^r  
            xpos = -detx - pixelx / 2 KR?;7*qF  
            ypos = ypos - pixely eGEwXza 4  
    W3.[d->X  
            EnableTextPrinting( True ) =!\Nh,\eQ  
            Print i +VUkV-kP  
            EnableTextPrinting( False ) y[ dB mTY  
    p'h'Cz  
    X?_rD'3  
            For j = 0 To nx - 1  ew1L+  
    [K4cxqlfk  
                xpos = xpos + pixelx hV7EjQp  
    e@h{Ns.1-  
                'shift source ^?lpY{aa  
                LockOperationUpdates srcnode, True &hWELZe0vv  
                GetOperation srcnode, 1, op *u$aItx  
                op.val1 = xpos ,l>w9?0Z  
                op.val2 = ypos ]KFh 1  
                SetOperation srcnode, 1, op CF;Gy L1M  
                LockOperationUpdates srcnode, False x@  =p  
    v<1@"9EH  
    raytrace Z[@ i/. I  
                DeleteRays 5=TgOS]R  
                CreateSource srcnode !4p{ b f  
                TraceExisting 'draw ;?Pz0,{h  
    9 /H~hEVK  
                'radiometry l+Wux$6U  
                For k = 0 To GetEntityCount()-1 8>C4w 5kF  
                    If IsSurface( k ) Then ,Q"'q0hM=  
                        temp = AuxDataGetData( k, "temperature" ) 0fqcPi  
                        emiss = AuxDataGetData( k, "emissivity" ) c^W;p2^  
                        If ( temp <> 0 And emiss <> 0 ) Then ]t 0o%w  
                            ProjSolidAngleByPi = GetSurfIncidentPower( k ) u#ya 8  
                            frac = BlackBodyFractionalEnergy ( minWave, maxWave, temp ) 8-G )lyfj  
                            irrad(i,j) = irrad(i,j) + frac * emiss * sigma * temp^4 * ProjSolidAngleByPi =zn'0g, J4  
                        End If {7e(0QK  
    !td!">r46e  
                    End If 0ca0-vY  
    I$"Z\c8;  
                Next k H>+/k-n-  
    C@qWour  
            Next j 6m&GN4Ca  
    Vg$d|m${  
        Next i E3wpC#[Q1  
        EnableTextPrinting( True ) >v,X:B?+FL  
    m'2F#{  
        'write out file 8O^x~[sQ  
        fullfilepath = CurDir() & "\" & fname |Y"XxM9  
        Open fullfilepath For Output As #1 ?c8~VQaQ  
        Print #1, "GRID " & nx & " " & ny | lLe^FM  
        Print #1, "1e+308" IgbuMEfL  
        Print #1, pixelx & " " & pixely 9':Ipf&x  
        Print #1, -detx+pixelx/2 & " " & -dety+pixely/2 7#)k-S!B  
    le5@WG/x  
        maxRow = nx - 1 $j- Fm:ZIA  
        maxCol = ny - 1 x;[)#>.'  
        For rowNum = 0 To maxRow                    ' begin loop over rows (constant X) T.#_v# oM  
                row = "" >"/TiQt  
            For colNum = maxCol To 0 Step -1            ' begin loop over columns (constant Y) 0s`6d;  
                row = row & irrad(colNum,rowNum) & " "     ' append column data to row string k)knyEUi  
            Next colNum                     ' end loop over columns t3$cX_  
    S*Ea" vBA  
                Print #1, row OXLB{|hH80  
    /[6wm1?!  
        Next rowNum                         ' end loop over rows xiW}P% bf  
        Close #1 @6ckB (  
    %ZRv+}z  
        Print "File written: " & fullfilepath }e7/F[c.U  
        Print "All done!!" 0-p^o A  
    End Sub 3JD62wtx  
    /,I?"&FWc  
    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: VY/r2o#  
    ,q*|R O  
    (U5XB [r_P  
    找到Tools工具,点击Open plot files in 3D chart并找到该文件 }'<Z&NW6  
      
    $idToOkw  
    ;FlDRDZ%  
    打开后,选择二维平面图: *effDNE!  
    OC5oxL2HTe  
     
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