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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。 2st3  
    tX~w{|k  
    成像示意图
    V|R,!UND  
    首先我们建立十字元件命名为Target 1=v*O.XW`  
    #[[ en  
    创建方法: 1{.9uw"2S  
    DVeE1Q  
    面1 : .fs3>@T"#  
    面型:plane 9A#i_#[R  
    材料:Air !bP@n  
    孔径:X=1.5, Y=6,Z=0.075,形状选择Box zKK9r~ M  
    )O6>*wq  
    )LCHy^'  
    辅助数据: ez[Vm:2K  
    首先在第一行输入temperature :300K, .jK4?}]  
    emissivity:0.1; ?&uu[y  
    8xMX  
    dQG=G%W  
    面2 : qxJ\ye+'*  
    面型:plane rS Ni@;   
    材料:Air >.D4co>  
    孔径:X=1.5, Y=6,Z=0.075,形状选择Box  _','9|  
    [<TrS/,)>  
    #s9aI_  
    位置坐标:绕Z轴旋转90度, f,Ghb~y  
    _WbxH  
    iJ|uvPCE  
    辅助数据: MfkN]\Jyw  
    8l">cVo]T  
    首先在第一行输入temperature :300K,emissivity: 0.1; bs1Rvx1:J%  
    rW#T vUn  
    'O-"\J\  
    Target 元件距离坐标原点-161mm; M'l ;:  
    nT)vNWT=  
    ll?X@S  
    单透镜参数设定:F=100, bend=0, 位置位于坐标原点 &>}5jC.I  
    +W+|%qM,\  
    U`s{Jm  
    探测器参数设定: =?`c=z3~i$  
    >KKMcTOYY  
    在菜单栏中选择Create/Element Primitive /plane JjS?  
    |gY^)9ei  
    E<*xx#p  
    Vf1^4 t  
    Q=dy<kg']  
    J|rq*XD}q  
    元件半径为20mm*20,mm,距离坐标原点200mm。 8Cv?Z.x5  
    {(?4!rh  
    光源创建: -H-~;EzU  
    7cMv/g^ h@  
    光源类型选择为任意平面,光源半角设定为15度。 |sZHUf_  
    BfiD9ka-z  
    '/%H3A#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。 Yu`~U,m  
    FXU8[j0P_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 pI<f) r  
    _h1mF<\ X^  
    ygl0k \  
    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。 , 9 a  
    U,1-A=Og{o  
    创建分析面: 11;zNjD|  
    MnW+25=N  
    Y\'}a+:@Ph  
    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。 Y`wSv NU  
    Jj%K=sw  
    Ilm^G}GB  
    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。 UJ6v(:z <  
    C+&l< fM&  
    FRED在探测器上穿过多个像素点迭代来创建热图 B4 }bVjs  
    "@8li^  
    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。 {H'Y `+  
    将如下的代码放置在树形文件夹 Embedded Scripts, lU8Hd|@-  
    7"D.L-H  
    cj5+N M"  
    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。 kylVH! @l  
    |#N&akC  
    绿色字体为说明文字, a C)!T  
    SMK_6?MZ  
    '#Language "WWB-COM" @"H >niG  
    'script for calculating thermal image map hP&B t  
    'edited rnp 4 november 2005 }*"p?L^p{  
    j"Pv0tehw  
    'declarations '1/i"yoW  
    Dim op As T_OPERATION 7. ;3e@s  
    Dim trm As T_TRIMVOLUME D. XvG_  
    Dim irrad(32,32) As Double 'make consistent with sampling @Do= k  
    Dim temp As Double \dQNLLg/  
    Dim emiss As Double +=8VTC n?  
    Dim fname As String, fullfilepath As String ,s;Uf F  
    k"w"hg&e  
    'Option Explicit iOO)Q\  
    Owk|@6!  
    Sub Main *-p}z@8  
        'USER INPUTS .kfI i^z  
        nx = 31 _:27]K:  
        ny = 31 h9W^[6  
        numRays = 1000 '2^Q1{ :\  
        minWave = 7    'microns tIgN$BHR>  
        maxWave = 11   'microns @F*%9LPv  
        sigma = 5.67e-14 'watts/mm^2/deg k^4 $E.I84UfX  
        fname = "teapotimage.dat" VP]%Hni]  
    HyWCMK6b  
        Print "" *;*r 8[U}q  
        Print "THERMAL IMAGE CALCULATION" h'F=YF$o  
    Tnm.A?  
        detnode = FindFullName( "Geometry.Detector.Surface" ) '找到探测器平面节点 83q6Sv  
    #;nYg?d=  
        Print "found detector array at node " & detnode yz8jw:d^-  
    u.Dz~$T  
        srcnode = FindFullName( "Optical Sources.Source 1" ) '找到光源节点 JaGtsi9%.  
    G'A R`"F  
        Print "found differential detector area at node " & srcnode wAW5 Z0D  
    kZ3ThIk%  
        GetTrimVolume detnode, trm w`zTR0`  
        detx = trm.xSemiApe D}X\Ca"h  
        dety = trm.ySemiApe Dm<A ^u8  
        area = 4 * detx * dety  kPLxEwl  
        Print "detector array semiaperture dimensions are " & detx & " by " & dety /I0%Z+`=  
        Print "sampling is " & nx & " by " & ny Ek]'km!  
    p.?rey<%  
        'reset differential detector area dimensions to be consistent with sampling 3/n5#&c\4  
        pixelx = 2 * detx / nx N<injx  
        pixely = 2 * dety / ny 3'u-'  
        SetSourcePosGridRandom srcnode, pixelx / 2, pixely / 2, numRays, False omBoo5e  
        Print "resetting source dimensions to " & pixelx / 2 & " by " & pixely / 2 &KRX[2  
    Y/zj[>  
        'reset the source power j8lb~0JD  
        SetSourcePower( srcnode, Sin(DegToRad(15))^2 ) <GaS36ZW  
        Print "resetting the source power to " & GetSourcePower( srcnode ) & " units" :Fvrs( x  
    SI-Ops~e  
        'zero out irradiance array >I&5j/&}+  
        For i = 0 To ny - 1 I9hK} D  
            For j = 0 To nx - 1 JnM["Q=`  
                irrad(i,j) = 0.0 V33T+P~j  
            Next j j#q-^h3H  
        Next i @2 fg~2M1  
    q5)O%l!  
        'main loop 5]Y?m'  
        EnableTextPrinting( False ) W|63Ir67  
    x+@rg];m  
        ypos =  dety + pixely / 2 ,1o FPa{?  
        For i = 0 To ny - 1 W v+?TEP  
            xpos = -detx - pixelx / 2 v #j$;  
            ypos = ypos - pixely JrRH\+4K  
    wEvVL  
            EnableTextPrinting( True ) 0^K">  
            Print i a HR"n|7{  
            EnableTextPrinting( False ) :^B1~p(?sK  
    RdR p.pb8  
    *wB1,U{  
            For j = 0 To nx - 1 .5ha}=z  
    l)l^[2  
                xpos = xpos + pixelx ExL0?FemWV  
    Cd}<a?m,  
                'shift source 'kO!^6=4M  
                LockOperationUpdates srcnode, True &Ys<@M7E:  
                GetOperation srcnode, 1, op IKilr'  
                op.val1 = xpos P:MT*ra*,  
                op.val2 = ypos ={@6{-tl  
                SetOperation srcnode, 1, op [j/9neaye  
                LockOperationUpdates srcnode, False hy"\RW  
    9Y_HyOZ*GX  
    raytrace pYmk1!]/  
                DeleteRays :(*V?WI  
                CreateSource srcnode *d4 eK+U$5  
                TraceExisting 'draw Wf>R&o6tr  
    :emiQ  
                'radiometry h^(* Tv-!  
                For k = 0 To GetEntityCount()-1 5(Q%XQV*P  
                    If IsSurface( k ) Then 5IjGm  
                        temp = AuxDataGetData( k, "temperature" ) '$]97b7G  
                        emiss = AuxDataGetData( k, "emissivity" ) 0rs"o-s<  
                        If ( temp <> 0 And emiss <> 0 ) Then l L@XM2"  
                            ProjSolidAngleByPi = GetSurfIncidentPower( k ) C 7ScS"~  
                            frac = BlackBodyFractionalEnergy ( minWave, maxWave, temp ) scz&h#0V  
                            irrad(i,j) = irrad(i,j) + frac * emiss * sigma * temp^4 * ProjSolidAngleByPi 9w"4K.  
                        End If  < !C)x  
    m'=Crei  
                    End If wIaony  
    !@*7e:l  
                Next k h_,i&d@(  
    wc^tgE  
            Next j '/p/8V.O.  
    ~H<6gN<j(.  
        Next i tGE$z]1c@  
        EnableTextPrinting( True ) a P@N)"  
    9x9T<cx  
        'write out file 2*l/3VW  
        fullfilepath = CurDir() & "\" & fname h_3E)jc  
        Open fullfilepath For Output As #1 U,{eHe ?>T  
        Print #1, "GRID " & nx & " " & ny J$w<$5UY  
        Print #1, "1e+308" `MN4uC  
        Print #1, pixelx & " " & pixely V1 `o%;j  
        Print #1, -detx+pixelx/2 & " " & -dety+pixely/2 u?<%q!  
    '"/=f\)u  
        maxRow = nx - 1 &>W$6>@  
        maxCol = ny - 1 sW'AjI  
        For rowNum = 0 To maxRow                    ' begin loop over rows (constant X) bSi%2Onj  
                row = "" cj|80$cSA  
            For colNum = maxCol To 0 Step -1            ' begin loop over columns (constant Y) Ma']?Rb`  
                row = row & irrad(colNum,rowNum) & " "     ' append column data to row string g63(E,;;J  
            Next colNum                     ' end loop over columns a;qryUyG  
    ~#[yJNYQ  
                Print #1, row -[9JJ/7y  
    Q}K"24`=  
        Next rowNum                         ' end loop over rows G3vxjD<DMW  
        Close #1 P90yI  
    'ud{m[|  
        Print "File written: " & fullfilepath li'YDtMKCY  
        Print "All done!!" J~ zUp(>K  
    End Sub dI@(<R  
    :W.(S6O(  
    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: {{D)YldtA  
    r|fL&dtr  
    GxI!{oi2  
    找到Tools工具,点击Open plot files in 3D chart并找到该文件 l \!fj#  
      
    #64-~NVL_  
    CR`Q#Yi  
    打开后,选择二维平面图: ):68%,  
    ~IfJwBn-i  
     
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