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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。 {J_1.uN=  
    rof&O   
    成像示意图
    9ure:Dko(Y  
    首先我们建立十字元件命名为Target %Ot2bhK;  
    G's >0  
    创建方法: !nX}\lw  
    \1k(4MWd  
    面1 : ;%u'w;sgq  
    面型:plane r?^[o  
    材料:Air NI(fJ%U  
    孔径:X=1.5, Y=6,Z=0.075,形状选择Box O0|**Km\+  
    vAeh#V~#  
    rU^?Z  
    辅助数据: EvA{@g4>  
    首先在第一行输入temperature :300K, IP)?dnwG  
    emissivity:0.1; y]1:IJL2;  
    )TYrb:M'm  
    3_%lN4sz  
    面2 : EVovx7dr  
    面型:plane {z":hmt  
    材料:Air (wxdT6RVm\  
    孔径:X=1.5, Y=6,Z=0.075,形状选择Box j,7NLb9M  
    3Zy$NsY3  
    !rmXeN]-r  
    位置坐标:绕Z轴旋转90度, &.1F \/]k  
    V1aWVLltj  
    uU_0t;oR3  
    辅助数据: @y )'h]d  
    #g)$m}tv?  
    首先在第一行输入temperature :300K,emissivity: 0.1; < 0S+[7S"  
    )9(Mt _  
    #w2;n@7;X  
    Target 元件距离坐标原点-161mm; \>8r)xC  
    f T7Z6$  
    ym>>5(bni  
    单透镜参数设定:F=100, bend=0, 位置位于坐标原点 k]J!E-yI8  
    S4n ~wo  
    *k&yD3br-V  
    探测器参数设定: H l'za  
    i5oV,fiZo  
    在菜单栏中选择Create/Element Primitive /plane >Ln/)j  
    H@!\?5I  
    >U.)?>G/dt  
    x3X^\ Ig  
    *rs@6BSj  
    ROWb:tX}  
    元件半径为20mm*20,mm,距离坐标原点200mm。 v0~'`*|&  
    Y[oNg>Rz  
    光源创建: RR*eq.;  
    D{%l 4og  
    光源类型选择为任意平面,光源半角设定为15度。 fc}G6P;3{  
    D1Yc_  
    u}zCcWP|L  
    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。 +/">]QJ  
    ]_8bX}_n  
    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 :>@6\    
    $d<vPpJ3  
    0+a-l[!p  
    功率数值设定为:P=sin2(theta) theta为光源半角15度。我们为什么要这么设定,在第二部分会给出详细的公式推导。 7d44i  
    (k{rn3,  
    创建分析面: OxGS{zs  
    iL^bf*  
    qs96($  
    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。 ;S+UD~i[Bu  
    4Dd@&N  
    E?L^ L3s  
    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。 [| \Z"   
    03]   
    FRED在探测器上穿过多个像素点迭代来创建热图 T d7f  
    v#. %eF m  
    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。 `s0`kp  
    将如下的代码放置在树形文件夹 Embedded Scripts, H9@24NFb  
    }8H_^G8  
    yuTSzl25,/  
    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。 M Y2=lT  
    k0%*{IVPN  
    绿色字体为说明文字, `k^d)9  
    )# ^5$5  
    '#Language "WWB-COM" 0^5*@vt  
    'script for calculating thermal image map av}Giz  
    'edited rnp 4 november 2005 hJkP_( +J\  
    /7s^OkQ  
    'declarations +#|| w9p  
    Dim op As T_OPERATION v;S_7#  
    Dim trm As T_TRIMVOLUME OGDCC/  
    Dim irrad(32,32) As Double 'make consistent with sampling GFq,Ca~  
    Dim temp As Double L7\ rx w  
    Dim emiss As Double 3Pj#k|(f[0  
    Dim fname As String, fullfilepath As String 6c[&[L%  
    PRR]DEz  
    'Option Explicit \`FpBE_e)  
    2j9+ f{ l  
    Sub Main 4,nUCT  
        'USER INPUTS TSgfIE|  
        nx = 31 7GY3 _`  
        ny = 31 ?+Q?K30:  
        numRays = 1000 E< 57d,3l  
        minWave = 7    'microns OA_WjTwDs  
        maxWave = 11   'microns w1#1s|  
        sigma = 5.67e-14 'watts/mm^2/deg k^4 3lkz:]SsE  
        fname = "teapotimage.dat" Ng1{ NI+S  
    2{- };  
        Print "" PVNDvUce  
        Print "THERMAL IMAGE CALCULATION" 4#dS.UfI  
    l\Q--  
        detnode = FindFullName( "Geometry.Detector.Surface" ) '找到探测器平面节点 lk<}`#(g  
    G_5uO58  
        Print "found detector array at node " & detnode z 1~2w:  
    ^ UB*Q  
        srcnode = FindFullName( "Optical Sources.Source 1" ) '找到光源节点 bu}N{cW  
    ##_`)/t,  
        Print "found differential detector area at node " & srcnode ;,OZ8g)LH  
    =>y%Aj&4  
        GetTrimVolume detnode, trm Te\i;7;4u  
        detx = trm.xSemiApe kMCg fL  
        dety = trm.ySemiApe a 8(mU%  
        area = 4 * detx * dety ` oPUf!  
        Print "detector array semiaperture dimensions are " & detx & " by " & dety _J N$zZ{  
        Print "sampling is " & nx & " by " & ny +\Zr\fOe|%  
    Q5kf-~Jx+  
        'reset differential detector area dimensions to be consistent with sampling UWf@(8  
        pixelx = 2 * detx / nx <w9<G  
        pixely = 2 * dety / ny T@{ }!  
        SetSourcePosGridRandom srcnode, pixelx / 2, pixely / 2, numRays, False xE0'eC5n^  
        Print "resetting source dimensions to " & pixelx / 2 & " by " & pixely / 2 @xq jAcfg  
    `A\|qH5`W  
        'reset the source power (8XP7c]5  
        SetSourcePower( srcnode, Sin(DegToRad(15))^2 ) eHIsTL@Fp  
        Print "resetting the source power to " & GetSourcePower( srcnode ) & " units" gq:2`W&5  
    ^U5g7Emf  
        'zero out irradiance array  x%$as;  
        For i = 0 To ny - 1 @hz~9AII9  
            For j = 0 To nx - 1 [f8mh88 r  
                irrad(i,j) = 0.0 3-%F)@n  
            Next j +|iJQF  
        Next i $K'A_G^  
    YXFUZ9a#e  
        'main loop  1OwVb  
        EnableTextPrinting( False ) ws_/F  
    gf]k@-)  
        ypos =  dety + pixely / 2 Z~s"=kF,  
        For i = 0 To ny - 1 $+%eLx*  
            xpos = -detx - pixelx / 2 i*3*)ly  
            ypos = ypos - pixely m })EYs1  
    1dE |q{  
            EnableTextPrinting( True ) yE3l%<;q  
            Print i KhWt9=9  
            EnableTextPrinting( False ) ?T (@<T  
    U~nW>WJ+.  
    .!><qV g  
            For j = 0 To nx - 1 k2@|fe  
    :'+- %xUM  
                xpos = xpos + pixelx =0" Zse,  
    Y`tv"v2  
                'shift source 1P '_EJ]M  
                LockOperationUpdates srcnode, True Eg/=VBtc  
                GetOperation srcnode, 1, op `;\<Fr  
                op.val1 = xpos \0'0)@uziQ  
                op.val2 = ypos -Y:^<C^^&8  
                SetOperation srcnode, 1, op -h|YS/$f  
                LockOperationUpdates srcnode, False 4Ww.CkRG  
    ndB [f  
    raytrace FKVf_Ncf%  
                DeleteRays 4^>FN"Ve`B  
                CreateSource srcnode T=- $ok`G  
                TraceExisting 'draw c c^I9g~  
    >AUj4d  
                'radiometry 'U %L\v,  
                For k = 0 To GetEntityCount()-1 O.+02C_*  
                    If IsSurface( k ) Then :"utFBO  
                        temp = AuxDataGetData( k, "temperature" ) uLK4tQ  
                        emiss = AuxDataGetData( k, "emissivity" ) -$0w-M8'  
                        If ( temp <> 0 And emiss <> 0 ) Then 5j S8{d0  
                            ProjSolidAngleByPi = GetSurfIncidentPower( k ) -sqoE*K[8  
                            frac = BlackBodyFractionalEnergy ( minWave, maxWave, temp ) /OaW4 b$Tz  
                            irrad(i,j) = irrad(i,j) + frac * emiss * sigma * temp^4 * ProjSolidAngleByPi "A0J~YvYWJ  
                        End If ~6HaZlBB  
    `VzjXJw  
                    End If 7z@Jw  
    x[w!buV0\  
                Next k hZ;[}5T\<S  
    p0b2n a !  
            Next j XSDudL  
    DFUW^0N  
        Next i 99]&Xj  
        EnableTextPrinting( True ) +:#x!i;W8[  
    =4H"&Eu{  
        'write out file <T0+-]i  
        fullfilepath = CurDir() & "\" & fname YlP8fxS  
        Open fullfilepath For Output As #1 IBY(wx[5S  
        Print #1, "GRID " & nx & " " & ny k#Bq8d  
        Print #1, "1e+308" +_E\Omcw  
        Print #1, pixelx & " " & pixely kd3vlp  
        Print #1, -detx+pixelx/2 & " " & -dety+pixely/2 z:+fiJB_  
    JF%_8Ye5  
        maxRow = nx - 1 hCX_^%  
        maxCol = ny - 1 A['0~tOP  
        For rowNum = 0 To maxRow                    ' begin loop over rows (constant X) fkjo  
                row = "" $^XCI%DH  
            For colNum = maxCol To 0 Step -1            ' begin loop over columns (constant Y) ra[*E4P9L*  
                row = row & irrad(colNum,rowNum) & " "     ' append column data to row string qx+ .v2G  
            Next colNum                     ' end loop over columns 74u_YA<"  
    QT\=>,Fz _  
                Print #1, row X u+^41  
    JJ=%\j  
        Next rowNum                         ' end loop over rows E2Jmo5yJR  
        Close #1 ivb?B,Lz0  
    TTSyDl  
        Print "File written: " & fullfilepath 8U$(9X  
        Print "All done!!" "-U`E)]w*[  
    End Sub F=qG +T  
    zZ11J0UI  
    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: 8qi6>}A  
    m+ww  
    dQkp &.  
    找到Tools工具,点击Open plot files in 3D chart并找到该文件 wP: w8O  
      
    {"x>ewAf  
    rbEUq.Yk]~  
    打开后,选择二维平面图: /l)|B  
    ^ rB7&96C,  
     
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