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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。 ;(cq aB  
    'eNcQJh  
    成像示意图
    50 :gk*hy  
    首先我们建立十字元件命名为Target 3cuVyf<v  
    [FHSFr E,5  
    创建方法: ~_SoP  
    VCzmTnD  
    面1 : _lrCf  
    面型:plane f%Y'7~9bA  
    材料:Air iXp*G52  
    孔径:X=1.5, Y=6,Z=0.075,形状选择Box P8l x\DA  
    VKcO]_W1  
    &,pL3Qos  
    辅助数据: Sm6hyZFy  
    首先在第一行输入temperature :300K, K !&{k94  
    emissivity:0.1; KZFnp=i  
    <!ewb=[_$  
    #7!P3j  
    面2 : }@ Nurs)%_  
    面型:plane Tw|cgB  
    材料:Air T %   
    孔径:X=1.5, Y=6,Z=0.075,形状选择Box cO9aT  
    0_d,sC?V  
    !"w1Pv,  
    位置坐标:绕Z轴旋转90度, "PM!03rb  
    s8,{8k  
    ku=o$I8K  
    辅助数据: vs3px1Xe#  
    0^l|W|.Z  
    首先在第一行输入temperature :300K,emissivity: 0.1; fA HK<G4  
    A=LyN$ %  
    zKycd*X  
    Target 元件距离坐标原点-161mm; *=OU~68)C  
    AS;EO[Vn  
    DA)mkp  
    单透镜参数设定:F=100, bend=0, 位置位于坐标原点 a1lF8;[  
    9[<,49  
    S GAu.8Js  
    探测器参数设定: vYT%e:8)q  
    E'|@hL-jn  
    在菜单栏中选择Create/Element Primitive /plane %y( oY  
    q9GSUkb  
    ig Mm.1>  
    mK!73<p_  
    O>Y Xvu  
    wYxnKm~f  
    元件半径为20mm*20,mm,距离坐标原点200mm。 o)_;cCr)q  
    ( Z-~Eh  
    光源创建: >"^H"K/T  
    K8,fw-S%  
    光源类型选择为任意平面,光源半角设定为15度。 oLJP@J  
    U#=Q`  
    i #5rk(^t  
    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。 3B }Oy$p  
    ES~ykE  
    我们在位置选项又设定一行的目的是通过脚本自动控制光源在探测器平面不同划分区域内不同位置处追迹光线 C]22 [v4  
     2=X\G~a  
    YQU #aOl  
    功率数值设定为:P=sin2(theta) theta为光源半角15度。我们为什么要这么设定,在第二部分会给出详细的公式推导。 {1H3VSYq  
    2rS|V|d  
    创建分析面: Q+d9D1b  
    mlolSD;7  
    dW3q  
    到这里元件参数设定完成,现在我们设定元件的光学属性,在前面我们分别对第一和第二面设定的温度和发射系数,散射属性我们设定为黑朗伯,4%的散射。并分别赋予到面一和面二。 wYTF:Ou^5~  
    J1,\Q<  
    sq6|J])GgU  
    到此,所有的光学结构和属性设定完成,通过光线追迹我们可以查看光线是否可以穿过元件。 .Rq|F  
    [cSoo+Mlx  
    FRED在探测器上穿过多个像素点迭代来创建热图 2Z3c`/k  
    }@-4*5P3  
    FRED具有一个内置的可编译的Basic脚本语言。从Visual Basic脚本语言里,几乎所有用户图形界面(GUI)命令是可用这里的。FRED同样具有自动的客户端和服务器能力,它可以被调用和并调用其他可启动程序,如Excel。因此可以在探测器像素点上定义多个离轴光源,及在FRED Basic脚本语言里的For Next loops语句沿着探测器像素点向上和向下扫描来反向追迹光线,这样可以使用三维图表查看器(Tools/Open plot files in 3D chart)调用和查看数据。 aE0yO#=   
    将如下的代码放置在树形文件夹 Embedded Scripts, fD8A+aA  
    FKU$HQw*  
    -J?i6BHb  
    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。 -5 -X[`cF  
    S|U/m m  
    绿色字体为说明文字, $_N<! h*\  
    BdHLow  
    '#Language "WWB-COM" MjIp~?*  
    'script for calculating thermal image map bAIo5lr  
    'edited rnp 4 november 2005 VH&6Tm1  
    Vj^<V|=  
    'declarations 9p ;)s  
    Dim op As T_OPERATION K 2J DG.<  
    Dim trm As T_TRIMVOLUME mz\d>0F U.  
    Dim irrad(32,32) As Double 'make consistent with sampling :-x F=Y(;  
    Dim temp As Double Go>_4)jy  
    Dim emiss As Double VH3 j  
    Dim fname As String, fullfilepath As String :'-FaGy  
    U0}]3a0  
    'Option Explicit we6']iaV  
    ]V!q"|  
    Sub Main s'yA^ VPf  
        'USER INPUTS H]a;<V9[  
        nx = 31 <&3qFK*9r  
        ny = 31 wy3{>A Z(  
        numRays = 1000 1n7tmRl  
        minWave = 7    'microns Xz`?b4i  
        maxWave = 11   'microns qp>V\h\  
        sigma = 5.67e-14 'watts/mm^2/deg k^4 g%1FTl  
        fname = "teapotimage.dat" <<>?`7N  
    MqXN,n+`k  
        Print "" ;74hOHDS  
        Print "THERMAL IMAGE CALCULATION" :( A5 ,$  
    {b4+ Yc  
        detnode = FindFullName( "Geometry.Detector.Surface" ) '找到探测器平面节点 {5}UP@h  
    eup#.#J  
        Print "found detector array at node " & detnode .@{W6 /I  
    N~H9|CX  
        srcnode = FindFullName( "Optical Sources.Source 1" ) '找到光源节点 $N[-ks2 {@  
    RH+3x7 l  
        Print "found differential detector area at node " & srcnode KL]@y!QU  
    lxTW1kr  
        GetTrimVolume detnode, trm |sWH!:]49  
        detx = trm.xSemiApe B6tp,Np5,  
        dety = trm.ySemiApe Q>s>@hw  
        area = 4 * detx * dety <'H^}gQow  
        Print "detector array semiaperture dimensions are " & detx & " by " & dety .%>UA|[~:  
        Print "sampling is " & nx & " by " & ny B42.;4"T  
    w]w>yD>$  
        'reset differential detector area dimensions to be consistent with sampling 3{o5AsVv  
        pixelx = 2 * detx / nx *RKYdwnb  
        pixely = 2 * dety / ny pNFL;k+p}  
        SetSourcePosGridRandom srcnode, pixelx / 2, pixely / 2, numRays, False @A(*&PU>j  
        Print "resetting source dimensions to " & pixelx / 2 & " by " & pixely / 2 j*"V! d  
    wkm;yCF+  
        'reset the source power Nq>74q]}n8  
        SetSourcePower( srcnode, Sin(DegToRad(15))^2 ) ; 2K_u  
        Print "resetting the source power to " & GetSourcePower( srcnode ) & " units" ;j]0GD,c$  
    E )D*~2o/  
        'zero out irradiance array VZNMom,Wr  
        For i = 0 To ny - 1 _uL{@(  
            For j = 0 To nx - 1 wPTXRq%  
                irrad(i,j) = 0.0 )&[S*g  
            Next j -~Kw~RX<(  
        Next i ES72yh]  
    1MI/:vy-  
        'main loop H3T4v1o6  
        EnableTextPrinting( False ) ^]}UyrOn  
    "#x<>a )O\  
        ypos =  dety + pixely / 2 \ 4y7!   
        For i = 0 To ny - 1 3A2X1V"  
            xpos = -detx - pixelx / 2 d *ch.((-  
            ypos = ypos - pixely L2Ynv4llm  
    der'<Q.U:k  
            EnableTextPrinting( True ) "\bbe@  
            Print i `Y `Ujr\6  
            EnableTextPrinting( False ) 9:N@+;|T  
    h32QEz-+  
    (i4=}Kn2  
            For j = 0 To nx - 1 g+h)s!$sB  
    3# G;uWN-  
                xpos = xpos + pixelx ML?%s`   
    Wi_5.=  
                'shift source q h;ahX~  
                LockOperationUpdates srcnode, True {Lu-!}\NP  
                GetOperation srcnode, 1, op JgXP2|Y!  
                op.val1 = xpos -MZ LkSU  
                op.val2 = ypos GEU:xn  
                SetOperation srcnode, 1, op ] fz0E:x  
                LockOperationUpdates srcnode, False Fi.gf?d  
    v[VUX69  
    raytrace rnWU[U8%  
                DeleteRays :X-Z|Pv8  
                CreateSource srcnode JFe %W?}.D  
                TraceExisting 'draw T-x1jC!B'  
     ?CKINN  
                'radiometry 7g1" s1~or  
                For k = 0 To GetEntityCount()-1 F/z$jj)  
                    If IsSurface( k ) Then [|PVq#(  
                        temp = AuxDataGetData( k, "temperature" ) /Y:1zLs%  
                        emiss = AuxDataGetData( k, "emissivity" ) v2R41*z,  
                        If ( temp <> 0 And emiss <> 0 ) Then HlEp Dph%  
                            ProjSolidAngleByPi = GetSurfIncidentPower( k ) &kh7|:{j  
                            frac = BlackBodyFractionalEnergy ( minWave, maxWave, temp ) a-\\A[E  
                            irrad(i,j) = irrad(i,j) + frac * emiss * sigma * temp^4 * ProjSolidAngleByPi BH _y0[y  
                        End If 8%OS ,Z  
    |r*btyOJk  
                    End If vq yR aaMf  
    5&]|p'"W\  
                Next k J9J[.6k8  
    | _/D-m*  
            Next j (as'(+B  
    VP^Yph 8R  
        Next i a86m?)-c  
        EnableTextPrinting( True ) t]1j4S"pm  
    N\XZ=t^h(  
        'write out file  hM   
        fullfilepath = CurDir() & "\" & fname g _fvbVX  
        Open fullfilepath For Output As #1 .`4N#EjP  
        Print #1, "GRID " & nx & " " & ny <1#v}epD#  
        Print #1, "1e+308" v#u]cmI  
        Print #1, pixelx & " " & pixely QF:">G  
        Print #1, -detx+pixelx/2 & " " & -dety+pixely/2 %Hdg,NH  
    MIo5Y`T  
        maxRow = nx - 1 @ @$=MSN  
        maxCol = ny - 1 g`~c|bx  
        For rowNum = 0 To maxRow                    ' begin loop over rows (constant X) |eT?XT<=o  
                row = "" yU"lW{H@  
            For colNum = maxCol To 0 Step -1            ' begin loop over columns (constant Y) p-n_ ">7  
                row = row & irrad(colNum,rowNum) & " "     ' append column data to row string 8`E9a  
            Next colNum                     ' end loop over columns c`~aiC`l  
     R~u0!  
                Print #1, row 5fi6>>  
    >o #^r;  
        Next rowNum                         ' end loop over rows Ep-{Ew{T_=  
        Close #1 ;} ),6R  
    pjr,X+6o  
        Print "File written: " & fullfilepath UEmNT9V  
        Print "All done!!" pnin;;D*  
    End Sub ^L}fj$  
    }Y\Ayl  
    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: aH<BqD[#  
    U1(<1eTyu  
    (9q61z A  
    找到Tools工具,点击Open plot files in 3D chart并找到该文件 I=)Hb?q T~  
      
    T-|SBNFw;  
    b}'XDw   
    打开后,选择二维平面图: #UGtYD}"  
    .zr2!}lB  
     
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