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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。 fUkqhqe  
    &Mk!qE<:N  
    成像示意图
    eZa*WI=  
    首先我们建立十字元件命名为Target J8alqs7  
    heCM+ =#~  
    创建方法: }q.D)'g_  
    @@Ybg6.+*  
    面1 : *9EwZwE_K  
    面型:plane q>.7VN[ vE  
    材料:Air # dWz,e3   
    孔径:X=1.5, Y=6,Z=0.075,形状选择Box tF`L]1r>  
    \Y)HSJR;e  
    pT]hPuC  
    辅助数据: UhDQl%&He  
    首先在第一行输入temperature :300K, W^tD6H;  
    emissivity:0.1; *#mmk1`  
    #&}- q RA  
    vn^O m-\  
    面2 : })/P[^  
    面型:plane 8(% F{&<;  
    材料:Air S{+t>en  
    孔径:X=1.5, Y=6,Z=0.075,形状选择Box iWf+wC|  
    _-_iw&F  
    A*y4<'}<  
    位置坐标:绕Z轴旋转90度, V#7,vas  
    x|~8?i$%  
    .KA-=$~J1  
    辅助数据: 3U@jw,K!{A  
    )[Tm[o?Y.  
    首先在第一行输入temperature :300K,emissivity: 0.1; Dt: Q$  
    s|Mo3_>  
    F] c\Qt  
    Target 元件距离坐标原点-161mm; "`49m7q1H  
    xpR`fq  
    ,TQec:B  
    单透镜参数设定:F=100, bend=0, 位置位于坐标原点 .dlsiBh  
    OTXZdAv  
    &j F'2D^_  
    探测器参数设定: yW|J`\`^T  
    3x+lf4"  
    在菜单栏中选择Create/Element Primitive /plane !<p,G`r  
    HoGYgye=  
    ,>a!CnK=  
    loVg{N :  
    wXQxZuk[  
    kK[4uQQ  
    元件半径为20mm*20,mm,距离坐标原点200mm。 N#T'}>ty  
    J\@6YU[A  
    光源创建: Ou_H&R  
    4Hj)Av <O(  
    光源类型选择为任意平面,光源半角设定为15度。 z{rV|vQ  
    QoZV 6  
    X0;u7g2Yz  
    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。 =NF0E8O  
    BDI|z/~&  
    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 /+Z*)q+SbT  
    k H.dtg_  
    {=Zy;Er  
    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。 Z =+Z96  
    ^K?-+  
    创建分析面: :wC\IwG~CE  
    }=-0 DSLVj  
    PK[mf\G\  
    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。 su%(!XJQpg  
    B0@ Tz39=  
    >w S'z]T9  
    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。 }>@\I^Xm,  
    p) 8S]p]  
    FRED在探测器上穿过多个像素点迭代来创建热图 (7Z+De?  
    !D??Y^6bI  
    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。  <mn[-  
    将如下的代码放置在树形文件夹 Embedded Scripts, _,J+b R+b  
    /hl'T'RG  
    P.]h`4  
    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。 A=N$5ZJ  
    <s9{o uZ  
    绿色字体为说明文字, U^dfNi@q  
    h:aa^a~y i  
    '#Language "WWB-COM" sW]_Ky.]  
    'script for calculating thermal image map LikcW#  
    'edited rnp 4 november 2005 m!<HZvq?vf  
    mku@n;Hl_  
    'declarations xKUL}>8  
    Dim op As T_OPERATION mLhM_=  
    Dim trm As T_TRIMVOLUME K[z)ts-  
    Dim irrad(32,32) As Double 'make consistent with sampling PgkU~68`  
    Dim temp As Double j"qND=15  
    Dim emiss As Double ? :H+j6+f  
    Dim fname As String, fullfilepath As String eAy,T<#  
    &QHJ%c  
    'Option Explicit ~5KcbGD~  
    'UlVc2%{  
    Sub Main  2v{WX  
        'USER INPUTS meX2Y;  
        nx = 31 QG5WsuT  
        ny = 31 U{2xgN J  
        numRays = 1000 e*:K79 y  
        minWave = 7    'microns LF7- ?? '  
        maxWave = 11   'microns (]]hSkE  
        sigma = 5.67e-14 'watts/mm^2/deg k^4 c*IrZm  
        fname = "teapotimage.dat" *[si!e%  
    Z [!"x&H]h  
        Print "" 0m_yW$w  
        Print "THERMAL IMAGE CALCULATION" J"r?F0  
    BSm"]!D8*  
        detnode = FindFullName( "Geometry.Detector.Surface" ) '找到探测器平面节点 +z;*r8d<X  
    H>TO8;5(  
        Print "found detector array at node " & detnode !Z$d<~Mq q  
    c -+NWC  
        srcnode = FindFullName( "Optical Sources.Source 1" ) '找到光源节点 .+:iAnf  
    9j 2t|D4uT  
        Print "found differential detector area at node " & srcnode v=llg ^  
    t13V>9to  
        GetTrimVolume detnode, trm 1:-'euA"  
        detx = trm.xSemiApe s$M(-"mg  
        dety = trm.ySemiApe !ho^:}m  
        area = 4 * detx * dety ] ?DU8  
        Print "detector array semiaperture dimensions are " & detx & " by " & dety B>2R-pa4~  
        Print "sampling is " & nx & " by " & ny '<Zm>L&  
    VF?H0}YSHb  
        'reset differential detector area dimensions to be consistent with sampling b| L;*<KU  
        pixelx = 2 * detx / nx $)M3fZ$#  
        pixely = 2 * dety / ny C~En0G1  
        SetSourcePosGridRandom srcnode, pixelx / 2, pixely / 2, numRays, False 0*{(R#  
        Print "resetting source dimensions to " & pixelx / 2 & " by " & pixely / 2 9X*N k~}Y  
    F[ E'R.:  
        'reset the source power tMl y*E  
        SetSourcePower( srcnode, Sin(DegToRad(15))^2 )  Vl_6nY;  
        Print "resetting the source power to " & GetSourcePower( srcnode ) & " units" :>&q?xvA  
    tq L(H25z  
        'zero out irradiance array GHv6UIe&  
        For i = 0 To ny - 1 *6}M.`.-  
            For j = 0 To nx - 1 MLDzWZ~}ef  
                irrad(i,j) = 0.0 `O\>vn  
            Next j jq~`rE h9  
        Next i @|Pm%K`1  
    3%POTAw%  
        'main loop !5*VBE\  
        EnableTextPrinting( False ) dseI~}  
    j yHa}OT  
        ypos =  dety + pixely / 2 f{9+,z   
        For i = 0 To ny - 1 ^to*ET{0  
            xpos = -detx - pixelx / 2 o5Oig  
            ypos = ypos - pixely Rpn<"LIoB:  
    x1gS^9MqCB  
            EnableTextPrinting( True ) J9T2 p\5  
            Print i $?GggP d  
            EnableTextPrinting( False ) tc~gn!"  
    B}"R@;N  
    j97+'AKX  
            For j = 0 To nx - 1 yY$^ R|t  
    /zIG5RK>  
                xpos = xpos + pixelx zhJeTctRz  
    T~UDD3  
                'shift source DGFSD Py[  
                LockOperationUpdates srcnode, True D6ZHvY8R  
                GetOperation srcnode, 1, op ZKi&f,:  
                op.val1 = xpos hW*o;o7u  
                op.val2 = ypos !U`4  
                SetOperation srcnode, 1, op x;vfmgty  
                LockOperationUpdates srcnode, False w{tA{{  
    Fs]N9],=I  
    raytrace |V34;}\4  
                DeleteRays A'EI1_3{  
                CreateSource srcnode I0 t#{i  
                TraceExisting 'draw Jh+;+"  
    MHwfJ{"zo  
                'radiometry <#0i*PM_  
                For k = 0 To GetEntityCount()-1 dS1HA>c)O  
                    If IsSurface( k ) Then 7C|AiSH  
                        temp = AuxDataGetData( k, "temperature" ) P& 1$SWNyW  
                        emiss = AuxDataGetData( k, "emissivity" ) - (s0f  
                        If ( temp <> 0 And emiss <> 0 ) Then ;@; a eu  
                            ProjSolidAngleByPi = GetSurfIncidentPower( k ) 2Bt/co-~4  
                            frac = BlackBodyFractionalEnergy ( minWave, maxWave, temp ) 2IYzc3Z{9  
                            irrad(i,j) = irrad(i,j) + frac * emiss * sigma * temp^4 * ProjSolidAngleByPi )G48,. "  
                        End If Yc#Uu8f-  
    ;lmg0dtJ  
                    End If Fo3*PcUv  
    U5"u h} 3  
                Next k t jM9EP  
    Zfs-M)  
            Next j TQB) A9  
    8~!E.u9w  
        Next i `}Y)l:G*g  
        EnableTextPrinting( True ) 0H_Ai=G  
    #IH9S5B [  
        'write out file !Yc:yF  
        fullfilepath = CurDir() & "\" & fname (MXy\b<  
        Open fullfilepath For Output As #1 xOkduk]  
        Print #1, "GRID " & nx & " " & ny Y1cL dQn  
        Print #1, "1e+308" ]t<=a6 <P  
        Print #1, pixelx & " " & pixely IJf%OA>v  
        Print #1, -detx+pixelx/2 & " " & -dety+pixely/2 >33=0<  
    ;Tbo \Wp9  
        maxRow = nx - 1 4 QQt 0u0  
        maxCol = ny - 1 ij]UAJ}t  
        For rowNum = 0 To maxRow                    ' begin loop over rows (constant X) 'bbw0aB4  
                row = "" 45biy(qa  
            For colNum = maxCol To 0 Step -1            ' begin loop over columns (constant Y) aQoB1 qd8  
                row = row & irrad(colNum,rowNum) & " "     ' append column data to row string @Z/jaAjUC  
            Next colNum                     ' end loop over columns 8cO?VH,nk  
    '6zZ`Ll9  
                Print #1, row NLZ5 5yo$  
    _sy{rnaqvb  
        Next rowNum                         ' end loop over rows "e-z 2G@z  
        Close #1 LB@<Q.b,U  
    M[I=N  
        Print "File written: " & fullfilepath 3?E7\\/R  
        Print "All done!!" wai3g-`  
    End Sub 3nBZ+n4z  
    #GGa,@O  
    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: rQzdHA  
    {)Wf[2zJ  
    |2'WSAWG  
    找到Tools工具,点击Open plot files in 3D chart并找到该文件 jA "}\^%3  
      
    B-g uz  
    !=S?*E +j)  
    打开后,选择二维平面图: 7bYwh8  
    6EC',=)6R  
     
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