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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。 8e)k5[\m  
    ^CI.F.#X|  
    成像示意图
    MX6*waQ-<  
    首先我们建立十字元件命名为Target jfZ(5Qu3.H  
    EnA) Rz  
    创建方法: 7J./SBhB  
    PTIC2  
    面1 : h=YY> x  
    面型:plane Hkg^  
    材料:Air %Nd|VAe  
    孔径:X=1.5, Y=6,Z=0.075,形状选择Box _ZIaEJjH/  
    )y'`C@ijI  
    *aS|4M-  
    辅助数据: xeo;4c#S5  
    首先在第一行输入temperature :300K, 9c8zH{T_{  
    emissivity:0.1; |uV1S^ !A  
    uNl<= 1  
    8^&)A b  
    面2 : f!e8xDfA  
    面型:plane p 9XHYf72  
    材料:Air -r]s #$  
    孔径:X=1.5, Y=6,Z=0.075,形状选择Box << LmO-92  
    +|r;t  
    ?tE}89c  
    位置坐标:绕Z轴旋转90度, Hs~M!eK  
    .\X/o!xC  
    7<x0LW  
    辅助数据: 4O9HoX#-?  
    Q#urx^aw  
    首先在第一行输入temperature :300K,emissivity: 0.1; 5|x&Z/hL  
    t #MU2b  
    |^C?~g  
    Target 元件距离坐标原点-161mm; r-'\<d(J$  
    ?RiW:TQ*  
    je9[S_Z:Y  
    单透镜参数设定:F=100, bend=0, 位置位于坐标原点 I/jMe'Kp  
    8|{:N>7  
    1%^U=[#2`  
    探测器参数设定: lg&"=VXx51  
    ?0hk~8c  
    在菜单栏中选择Create/Element Primitive /plane 7 ;|jq39  
    %Ub"V\1  
    5dT-{c%w4  
    d"Y9go"Z  
    ].pz  
    n7 4?W  
    元件半径为20mm*20,mm,距离坐标原点200mm。 B RG1/f d  
     S&]+r<  
    光源创建: y7wy9+>l  
    y1c Aw   
    光源类型选择为任意平面,光源半角设定为15度。 wWY6DQQB  
    e%`gD*8  
    _D1bR7  
    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。 g?A4C`l6iy  
    o B_c6]K  
    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 "'94E,W  
    mV@.JFXKP  
    -5>K pgXo\  
    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。 )K -@{v^|  
    eg~$WB;1  
    创建分析面: jbpnCUzi  
    8II-'%S6q  
    i cQsA  
    到这里元件参数设定完成,现在我们设定元件的光学属性,在前面我们分别对第一和第二面设定的温度和发射系数,散射属性我们设定为黑朗伯,4%的散射。并分别赋予到面一和面二。 vUS$DU F  
    8?W\kf$  
    1m|Oi%i4  
    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。 TmH#  
    LDBxw  
    FRED在探测器上穿过多个像素点迭代来创建热图 $.R$I&U  
    j +@1frp  
    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。 ?CAP8_  
    将如下的代码放置在树形文件夹 Embedded Scripts, 3*CF!Y%  
    @{@x2'-A  
    x@m"[u  
    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。 <4^ _dJ9=  
    D}HW7Hnu^  
    绿色字体为说明文字, %N|7<n<S  
    SY`NZJK  
    '#Language "WWB-COM" _Z#yI/5r  
    'script for calculating thermal image map E+dr\Xhv  
    'edited rnp 4 november 2005 zc'!a"  
    *oY59Yf  
    'declarations 2[[ pd&MJZ  
    Dim op As T_OPERATION Z7JI4"  
    Dim trm As T_TRIMVOLUME MkC25  
    Dim irrad(32,32) As Double 'make consistent with sampling tB&D~M6[  
    Dim temp As Double 6NZ3(   
    Dim emiss As Double RxAWX?9Z  
    Dim fname As String, fullfilepath As String ]d9;YVAU  
    JiDX|Q<c  
    'Option Explicit p!AQ  
    |08tQ  
    Sub Main AQ32rJT8c`  
        'USER INPUTS Axk p  
        nx = 31 {b<p~3%+Hc  
        ny = 31 r5(OH3  
        numRays = 1000 N1\u~%AT"  
        minWave = 7    'microns g 4=}].  
        maxWave = 11   'microns >9esZA^';  
        sigma = 5.67e-14 'watts/mm^2/deg k^4 uWG'AmK_#E  
        fname = "teapotimage.dat"  kej@,8  
    *P$5k1  
        Print "" 6G/)q8'G  
        Print "THERMAL IMAGE CALCULATION" 8niQG']  
    W ;,Uh E  
        detnode = FindFullName( "Geometry.Detector.Surface" ) '找到探测器平面节点 "#rlL^9v  
    1mJBxg}(  
        Print "found detector array at node " & detnode Xleoh2&M  
    Cl\Vk  
        srcnode = FindFullName( "Optical Sources.Source 1" ) '找到光源节点 GTYGm  
    RA+Y./*h  
        Print "found differential detector area at node " & srcnode j Z3N+_J1  
    xRv1zHZ  
        GetTrimVolume detnode, trm g/lv>*+gS  
        detx = trm.xSemiApe \$VtwVQ,b  
        dety = trm.ySemiApe bNFX+GA/  
        area = 4 * detx * dety d{9rEB?  
        Print "detector array semiaperture dimensions are " & detx & " by " & dety lR{eO~'~V  
        Print "sampling is " & nx & " by " & ny 3`n5[RV  
    TcpD*%wW  
        'reset differential detector area dimensions to be consistent with sampling f>\?\!  
        pixelx = 2 * detx / nx ah"2^x  
        pixely = 2 * dety / ny .o:Pe2C  
        SetSourcePosGridRandom srcnode, pixelx / 2, pixely / 2, numRays, False 6y%BJU.I  
        Print "resetting source dimensions to " & pixelx / 2 & " by " & pixely / 2 gpHI)1i'H  
    6.EfM^[  
        'reset the source power  >pv~$  
        SetSourcePower( srcnode, Sin(DegToRad(15))^2 ) j &,vju  
        Print "resetting the source power to " & GetSourcePower( srcnode ) & " units" VMad ]bEf  
    &hB~Z(zS!  
        'zero out irradiance array za<Ja=f9X  
        For i = 0 To ny - 1 V*5:Vt7N  
            For j = 0 To nx - 1 w{F8]N>0<  
                irrad(i,j) = 0.0 W5 fO1F  
            Next j , y{o!w  
        Next i n2Dnpe:  
    >P>.j+o/  
        'main loop cw/g1,p  
        EnableTextPrinting( False ) P;MS%32  
    f3y_&I+zl  
        ypos =  dety + pixely / 2 m1]rLeeEt  
        For i = 0 To ny - 1 l"IBt:  
            xpos = -detx - pixelx / 2 WT'P[RU2  
            ypos = ypos - pixely ,BW ^j.7  
    +SrE  
            EnableTextPrinting( True ) Gd%6lab  
            Print i }UXj|SY  
            EnableTextPrinting( False ) #n{wK+lz  
    15iCJ p  
    OJ@';ZyT=  
            For j = 0 To nx - 1 e~'y%|D  
    ItYG9a  
                xpos = xpos + pixelx 9w11kut-!  
    W E|L{  
                'shift source q jDW A'  
                LockOperationUpdates srcnode, True 1 YMaUyL 1  
                GetOperation srcnode, 1, op 6M"J3\ x  
                op.val1 = xpos j:) (`  
                op.val2 = ypos z|+L>O-8  
                SetOperation srcnode, 1, op 'bY^=9&|  
                LockOperationUpdates srcnode, False ujmW {()  
    kQ.atr`?e  
    raytrace u-OwL1S+  
                DeleteRays Te$/[`<U  
                CreateSource srcnode mgG0uV  
                TraceExisting 'draw r$k *:A$%  
    W$:;MY>0f  
                'radiometry *S~. KW[  
                For k = 0 To GetEntityCount()-1 ~UK) p;|  
                    If IsSurface( k ) Then ~M(K{6R  
                        temp = AuxDataGetData( k, "temperature" ) bt%k;Z]  
                        emiss = AuxDataGetData( k, "emissivity" ) MukPY2[Am  
                        If ( temp <> 0 And emiss <> 0 ) Then ;NLL?6~  
                            ProjSolidAngleByPi = GetSurfIncidentPower( k ) UQ'D-eK  
                            frac = BlackBodyFractionalEnergy ( minWave, maxWave, temp ) 87~. |nu  
                            irrad(i,j) = irrad(i,j) + frac * emiss * sigma * temp^4 * ProjSolidAngleByPi C([;JO 11[  
                        End If .X_k[l9  
    3c@Cb`w@  
                    End If D*vrQ9&# 8  
    {(D$ Xb  
                Next k Tud[VS?99  
    "h$A.S  
            Next j TQE3/IL  
    T*k K-@.i  
        Next i 0J@)?,V-.  
        EnableTextPrinting( True ) yHr/i) c  
    U g]6i+rp  
        'write out file k/?+jb  
        fullfilepath = CurDir() & "\" & fname *Z|!%C  
        Open fullfilepath For Output As #1 KNIYar*3  
        Print #1, "GRID " & nx & " " & ny ;o%r{:lng  
        Print #1, "1e+308" `u%//m_(  
        Print #1, pixelx & " " & pixely {n$9o  
        Print #1, -detx+pixelx/2 & " " & -dety+pixely/2 "E/F{6NH  
    ecA0z c~  
        maxRow = nx - 1 +c}fDrr)  
        maxCol = ny - 1 4xtbP\=   
        For rowNum = 0 To maxRow                    ' begin loop over rows (constant X) -M%n<,XN0  
                row = "" qZKU=HM  
            For colNum = maxCol To 0 Step -1            ' begin loop over columns (constant Y) uO,90g[C/R  
                row = row & irrad(colNum,rowNum) & " "     ' append column data to row string qa`bR%eH  
            Next colNum                     ' end loop over columns FK@rZP  
    bi#o1jR  
                Print #1, row :#d$[:r#  
    6dC!&leNi  
        Next rowNum                         ' end loop over rows ^tc@bsUF  
        Close #1 OR1XQij  
    sKn>K/4JZ  
        Print "File written: " & fullfilepath p*#SSR9<  
        Print "All done!!" yK"U:X  
    End Sub -a&wOn-W  
    dfc-#I p?  
    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: Ug3PZ7lK  
    _P,fJ`w   
    H'?Bx>X  
    找到Tools工具,点击Open plot files in 3D chart并找到该文件  EvTdwX.H  
      
     fJc,KZy  
    s67$tlV  
    打开后,选择二维平面图: .LnXKRd{  
    q Z`@Ro  
     
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