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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。 Y\\&~g42R2  
    @r<w|x}  
    成像示意图
    \4 DH&gZ[  
    首先我们建立十字元件命名为Target }j QwP3eY  
    iD9GAe}x  
    创建方法: 3z#16*  
    >8c9-dTmf  
    面1 : ay2.C BF  
    面型:plane Ag-*DH0  
    材料:Air H"sey +-  
    孔径:X=1.5, Y=6,Z=0.075,形状选择Box _?8T'?-1  
    UaB!,vs3st  
    L))(g][;  
    辅助数据: on~rrSK  
    首先在第一行输入temperature :300K, is,_r(S  
    emissivity:0.1; Xg"=,j2  
    2X:n75()  
    5u8 YHv  
    面2 : rTcH~s D`  
    面型:plane n#iL[ &/Aw  
    材料:Air 3j6$!89'  
    孔径:X=1.5, Y=6,Z=0.075,形状选择Box )Fbkt(1  
    s;L7 _.hH@  
    SI\zW[IL  
    位置坐标:绕Z轴旋转90度, +'l@t bP  
    Ha<(~qf  
    #u>JCPz  
    辅助数据: \;~>AL*  
    7@:uVowQ  
    首先在第一行输入temperature :300K,emissivity: 0.1; w%htY.-  
    Gg/K  
    Oo,<zS=ICk  
    Target 元件距离坐标原点-161mm; i;cqK&P;]  
    Vki3D'.7N  
    Gg_i:4F  
    单透镜参数设定:F=100, bend=0, 位置位于坐标原点 '_2~8w  
    \JX8`]|&  
    ?>e-6*.  
    探测器参数设定: arnu|paw  
    (URWi caB  
    在菜单栏中选择Create/Element Primitive /plane KV Mm<]Z  
    >n#Pq{7aF  
    2$|WXYY  
    SJL?(S*  
    #P1k5!u  
    Av{1~%hU  
    元件半径为20mm*20,mm,距离坐标原点200mm。 B?k75G  
    6B&':N98  
    光源创建: P9gIKOOx#4  
    |]V0sgpoZ  
    光源类型选择为任意平面,光源半角设定为15度。 +~ HL"Vv  
    7 'N&jI   
    zXB.)4T  
    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。 uSH.c>  
    hH>t  
    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 ^+I{*0{/[  
    zbrDDkZ1  
    EP*"=_  
    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。 +as(m  
    W EZ)7H  
    创建分析面: Fq:BRgCE  
    @xR=bWY  
    I;9>$?t[  
    到这里元件参数设定完成,现在我们设定元件的光学属性,在前面我们分别对第一和第二面设定的温度和发射系数,散射属性我们设定为黑朗伯,4%的散射。并分别赋予到面一和面二。 b8(94t|;U  
    oJEind>8O  
    BTqY _9  
    到此,所有的光学结构和属性设定完成,通过光线追迹我们可以查看光线是否可以穿过元件。 Ahm*_E2E  
    rF'q\tJDz  
    FRED在探测器上穿过多个像素点迭代来创建热图 a(QYc?u  
    EHmw(%a|+  
    FRED具有一个内置的可编译的Basic脚本语言。从Visual Basic脚本语言里,几乎所有用户图形界面(GUI)命令是可用这里的。FRED同样具有自动的客户端和服务器能力,它可以被调用和并调用其他可启动程序,如Excel。因此可以在探测器像素点上定义多个离轴光源,及在FRED Basic脚本语言里的For Next loops语句沿着探测器像素点向上和向下扫描来反向追迹光线,这样可以使用三维图表查看器(Tools/Open plot files in 3D chart)调用和查看数据。 !A qSG-  
    将如下的代码放置在树形文件夹 Embedded Scripts, j8P=8w{  
    ~0eJ6i  
    *Mk5*_  
    打开后清空里面的内容,此脚本为通用脚本适用于一切可热成像的应用。 !{jDZ?z{h  
    7vZznN8e  
    绿色字体为说明文字, G[GSt`LVS`  
    4vC { G.  
    '#Language "WWB-COM" 0@k)C z[0;  
    'script for calculating thermal image map DHQavHqbZ  
    'edited rnp 4 november 2005 v25]}9/C  
    g m'8,ZL  
    'declarations )cxLpTr  
    Dim op As T_OPERATION ')zdI]@ M  
    Dim trm As T_TRIMVOLUME _NA[g:DZ&O  
    Dim irrad(32,32) As Double 'make consistent with sampling llN#4D9s  
    Dim temp As Double Y {a#2(xn  
    Dim emiss As Double EVX*YGxx6  
    Dim fname As String, fullfilepath As String 8Th{(J_  
    9l<f?OzAO  
    'Option Explicit Z jLuqo  
    bLuAe EA  
    Sub Main zT4SI'r?f  
        'USER INPUTS &?59{B. mD  
        nx = 31  UDl[  
        ny = 31 ,NB?_\$c  
        numRays = 1000 iEjUo, Y[  
        minWave = 7    'microns oK\{#<gCZ  
        maxWave = 11   'microns UaG })  
        sigma = 5.67e-14 'watts/mm^2/deg k^4 W!6&T [j>  
        fname = "teapotimage.dat" /r2*le (H  
    2"~|k_  
        Print "" VEFUj&t;xW  
        Print "THERMAL IMAGE CALCULATION" l1 Nr5PT  
    l7vU{Fd-h^  
        detnode = FindFullName( "Geometry.Detector.Surface" ) '找到探测器平面节点 |}$ZOwc  
    7 G37V"''  
        Print "found detector array at node " & detnode l<X8Ooan#{  
    d^pzMaCI  
        srcnode = FindFullName( "Optical Sources.Source 1" ) '找到光源节点 ?9W2wqN>o  
    HFlMx  
        Print "found differential detector area at node " & srcnode `?P)RS30  
    4}&$s  
        GetTrimVolume detnode, trm n3x< L:)  
        detx = trm.xSemiApe )a99@`L\P  
        dety = trm.ySemiApe .A%*AlX  
        area = 4 * detx * dety P~xP@? I%  
        Print "detector array semiaperture dimensions are " & detx & " by " & dety Ct@OS227x  
        Print "sampling is " & nx & " by " & ny ebv"`0K$  
    *UxN~?N|  
        'reset differential detector area dimensions to be consistent with sampling \+,%RN.  
        pixelx = 2 * detx / nx !N"Y  
        pixely = 2 * dety / ny Ynxzkm S  
        SetSourcePosGridRandom srcnode, pixelx / 2, pixely / 2, numRays, False J A!?vs  
        Print "resetting source dimensions to " & pixelx / 2 & " by " & pixely / 2 e:`d)GE  
    ;cpQ[+$nKp  
        'reset the source power 7:Cq[u fl  
        SetSourcePower( srcnode, Sin(DegToRad(15))^2 ) ^VL",Nt  
        Print "resetting the source power to " & GetSourcePower( srcnode ) & " units" ip)gI&kN`z  
    J)I|Xot  
        'zero out irradiance array L>@:Xo@  
        For i = 0 To ny - 1 jq_E{Dq1  
            For j = 0 To nx - 1 ']Z1nb  
                irrad(i,j) = 0.0 9lU"m_ QT4  
            Next j $-4 Zi  
        Next i y*oH"]D  
     iup "P  
        'main loop %Bxp !Bj  
        EnableTextPrinting( False ) 4arqlz lo  
    zb_nU7Eg  
        ypos =  dety + pixely / 2 4s_|6{ANS  
        For i = 0 To ny - 1 x%]5Q/|Ur  
            xpos = -detx - pixelx / 2 BK *Bw,KQ<  
            ypos = ypos - pixely md S`nhb  
    Thc"QIk&4  
            EnableTextPrinting( True ) )\3 RR.p  
            Print i .=`r?#0  
            EnableTextPrinting( False ) JbR;E`8  
    sQl`0|VH  
    _+=M)lPm  
            For j = 0 To nx - 1 9fhgCu]$  
    oEJYAKN  
                xpos = xpos + pixelx F<9S,  
    \A%s" O/  
                'shift source #0uD&95<  
                LockOperationUpdates srcnode, True Q |1-j  
                GetOperation srcnode, 1, op Z23*`yR  
                op.val1 = xpos SI"y&[iw  
                op.val2 = ypos }eLnTi{  
                SetOperation srcnode, 1, op j84g6;4Dv  
                LockOperationUpdates srcnode, False ^.?5!9U  
    \""sf{S9  
    raytrace ~tM+!  
                DeleteRays qZ=%r u  
                CreateSource srcnode Y;I>rC (  
                TraceExisting 'draw \:/~IZdzF  
    5&Vp(A[m[  
                'radiometry }K3!ujvR  
                For k = 0 To GetEntityCount()-1 4z*An}ol]  
                    If IsSurface( k ) Then I&Dp~aEM]  
                        temp = AuxDataGetData( k, "temperature" ) -ufO,tJRLL  
                        emiss = AuxDataGetData( k, "emissivity" ) ]>_Ie?L)<  
                        If ( temp <> 0 And emiss <> 0 ) Then @gM>Lxj  
                            ProjSolidAngleByPi = GetSurfIncidentPower( k ) 5vSJjhS  
                            frac = BlackBodyFractionalEnergy ( minWave, maxWave, temp ) \2U FJ  
                            irrad(i,j) = irrad(i,j) + frac * emiss * sigma * temp^4 * ProjSolidAngleByPi -1z<,IN+  
                        End If "j*{7FBqk  
    9vL n#_  
                    End If GYJ lX  
    Li2-G  
                Next k {37v.4d;  
    2leTEs5aK`  
            Next j *p  !F+"  
    vCe]iB  
        Next i p*ic@n*G  
        EnableTextPrinting( True ) yE{(Ebm  
    jMUN|(=Y  
        'write out file }#D+}Mo!,  
        fullfilepath = CurDir() & "\" & fname S#[w).7  
        Open fullfilepath For Output As #1 ]hHL[hoFC  
        Print #1, "GRID " & nx & " " & ny yd+.hg&J  
        Print #1, "1e+308" ")xd 'V  
        Print #1, pixelx & " " & pixely  O86[`,  
        Print #1, -detx+pixelx/2 & " " & -dety+pixely/2 s%OPoRE  
    PN"s ^]4  
        maxRow = nx - 1 fC<pCdsg  
        maxCol = ny - 1 z7$,m#tw  
        For rowNum = 0 To maxRow                    ' begin loop over rows (constant X) IMT]!j&Y,  
                row = "" </B<=tc  
            For colNum = maxCol To 0 Step -1            ' begin loop over columns (constant Y) q y\Z2k  
                row = row & irrad(colNum,rowNum) & " "     ' append column data to row string @SX-=Nr  
            Next colNum                     ' end loop over columns Xc H_Y  
    +J;T= p  
                Print #1, row Op>l~{{{  
    o1^Rx5  
        Next rowNum                         ' end loop over rows &4}Uaxt)  
        Close #1 /Y_)dz^@  
    1Ht&;V  
        Print "File written: " & fullfilepath g*-%.fNA  
        Print "All done!!" Xub<U>e;b  
    End Sub E,wOWs*  
    ?#]wx H,  
    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: tOT(!yz  
    7AouiL 2-W  
    NG\g_^.M  
    找到Tools工具,点击Open plot files in 3D chart并找到该文件 {I^@BW-  
      
    o >Faq+@  
    F!*tE&Se+  
    打开后,选择二维平面图: l1#F1q`^t  
    ziXZJ^(FI  
     
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