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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。 BGX@n#:  
    $ZS9CkN  
    成像示意图
    0U>Q<I}  
    首先我们建立十字元件命名为Target %\l,X{X  
    aW"!bAdx`,  
    创建方法: 'T[zh#v>S  
    mw[4<vfB0a  
    面1 : mV,R0olF  
    面型:plane o(P:f)B  
    材料:Air 9^u?v`!  
    孔径:X=1.5, Y=6,Z=0.075,形状选择Box h 6*`V  
    j;)6uia*A  
    >|?T|  
    辅助数据: {n]sRz  
    首先在第一行输入temperature :300K, IMza 2  
    emissivity:0.1; 2?QJh2  
    .jp]S4~  
    9#<Og>t2y  
    面2 : F :S,{&jB  
    面型:plane NJ>p8P`_k  
    材料:Air %K"%Qm=Tl  
    孔径:X=1.5, Y=6,Z=0.075,形状选择Box c~xo@[NaS  
    %7msAvbk  
    s{e(- 7'  
    位置坐标:绕Z轴旋转90度, l,.?-|Poa  
    4MJzx9#  
    !dY:S';~  
    辅助数据: 1v&Fo2ML  
    FRFAWK<  
    首先在第一行输入temperature :300K,emissivity: 0.1; cO,V8#H  
    'c&@~O;^d  
    C8EC?fSQ  
    Target 元件距离坐标原点-161mm; f_ztnRw  
    }4SSo)Uv/  
    G%!\ p:w  
    单透镜参数设定:F=100, bend=0, 位置位于坐标原点 8%<`$`FyU  
    |*KS<iHr%  
    / w M  
    探测器参数设定: DYlvxF`  
    NRisr  
    在菜单栏中选择Create/Element Primitive /plane ulf/C%t,R  
    >&QH{!(  
    t i^v%+r1  
    *W12Rb2  
    U5!f++  
    1~DD9z  
    元件半径为20mm*20,mm,距离坐标原点200mm。 hF"g 91P  
    b$O_L4CP  
    光源创建: UMuuf6  
    eJw="  
    光源类型选择为任意平面,光源半角设定为15度。 uxyTu2L7  
    liqR#<  
    Ia`JIc^e  
    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。 *xg`Kwl5Kl  
    K;p<f{PE  
    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 Pzp+I}  
    neh;`7~5@K  
    ~59`S#ax/l  
    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。 *fi;ZUPW3  
    l(#ke  
    创建分析面: VtO;UN  
    2l@"p!ar=  
    ZQ~myqx,+L  
    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。 0sDwTb"  
    ,LW+7yD  
    c~UAr k S  
    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。 6WN(22Io  
    ^8NLe9~p3?  
    FRED在探测器上穿过多个像素点迭代来创建热图 s!ZW'`4!z  
    j;20JA/b  
    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。 wD ],{y  
    将如下的代码放置在树形文件夹 Embedded Scripts, f{Fe+iPc  
    D!}K)T1~R  
    7~"(+f  
    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。 Y^6[[vaj2  
    5m^Hi} S _  
    绿色字体为说明文字, U2V^T'Y[  
    &.Latx  
    '#Language "WWB-COM" 58&{5YpS  
    'script for calculating thermal image map d"I28PIS"  
    'edited rnp 4 november 2005 3XwU6M$5g  
    *el(+ib%  
    'declarations ~#"7,rQp  
    Dim op As T_OPERATION ')5L_$  
    Dim trm As T_TRIMVOLUME R+E_#lP_$  
    Dim irrad(32,32) As Double 'make consistent with sampling 'sRg4?PT  
    Dim temp As Double YxEbg(Y  
    Dim emiss As Double LMFK3Gd[  
    Dim fname As String, fullfilepath As String G7Z vfLR{:  
    1a&/Zlr  
    'Option Explicit HX3D*2v":  
    drENkS=,  
    Sub Main VJN/#   
        'USER INPUTS 0AK?{y U  
        nx = 31 ,$h(fM8GC  
        ny = 31 1Sg|3T8bGT  
        numRays = 1000 N )zPxQ  
        minWave = 7    'microns ]eYd8s+  
        maxWave = 11   'microns K[uY+!'1  
        sigma = 5.67e-14 'watts/mm^2/deg k^4 gT(th9'+z  
        fname = "teapotimage.dat" m']9Q3-  
    3cOY0Z#T  
        Print "" &_9YLXtMi;  
        Print "THERMAL IMAGE CALCULATION" 0{?: FQ#  
    Cs:+93w  
        detnode = FindFullName( "Geometry.Detector.Surface" ) '找到探测器平面节点 K/vxzHSl  
    ZT) !8  
        Print "found detector array at node " & detnode Y^R?Q'  
    ZD5I5  
        srcnode = FindFullName( "Optical Sources.Source 1" ) '找到光源节点 d"B@c;dD  
    3s`V)aXP  
        Print "found differential detector area at node " & srcnode }+Rgx@XZ\  
    |*^8~u3J"  
        GetTrimVolume detnode, trm ?}'N_n ys  
        detx = trm.xSemiApe /"""z=q  
        dety = trm.ySemiApe &|Lh38s@$#  
        area = 4 * detx * dety m$fQ`XzU  
        Print "detector array semiaperture dimensions are " & detx & " by " & dety t_jyyHxoZ:  
        Print "sampling is " & nx & " by " & ny +"cRhVR  
    UrO=!Gk  
        'reset differential detector area dimensions to be consistent with sampling _urG_~q  
        pixelx = 2 * detx / nx *8$>Whr  
        pixely = 2 * dety / ny 3ty4D2y  
        SetSourcePosGridRandom srcnode, pixelx / 2, pixely / 2, numRays, False (U|)xA]y!  
        Print "resetting source dimensions to " & pixelx / 2 & " by " & pixely / 2 1.'(nKoq  
    MV:W@)rg  
        'reset the source power 6xH;: B)d  
        SetSourcePower( srcnode, Sin(DegToRad(15))^2 ) j4;Du>obQ  
        Print "resetting the source power to " & GetSourcePower( srcnode ) & " units" 2E^"r jLm  
    fL!V$]HNt  
        'zero out irradiance array EjWgaV  
        For i = 0 To ny - 1 zlH28V  
            For j = 0 To nx - 1 tNK^z7Dm  
                irrad(i,j) = 0.0 "\}b!gl$8  
            Next j ~Fy`>*  
        Next i 8y$5oD6g9  
    %'N$l F"]  
        'main loop bb|}'  
        EnableTextPrinting( False ) JC=dYP}  
    60"5?=D  
        ypos =  dety + pixely / 2 D=$4/D:;  
        For i = 0 To ny - 1 ;0IvF#SJ(.  
            xpos = -detx - pixelx / 2 9%sFJ  
            ypos = ypos - pixely ?-e7e %  
    '%R<"  
            EnableTextPrinting( True ) Pp ,Um(  
            Print i :^ n*V6.4  
            EnableTextPrinting( False ) & =G)NeT_  
    tKwn~T  
    rwy+~  
            For j = 0 To nx - 1 Qh*)pt]n  
    (~h7rAEc  
                xpos = xpos + pixelx dUIqDl  
    !X-9Ms}(d  
                'shift source $; ?c?n+  
                LockOperationUpdates srcnode, True  KyTuF   
                GetOperation srcnode, 1, op ".gNeY6)x  
                op.val1 = xpos KYp[Gs  
                op.val2 = ypos nE_Cuc>K\  
                SetOperation srcnode, 1, op Hb+X}7c$  
                LockOperationUpdates srcnode, False u t$c)_  
    e,(a6X  
    raytrace ymYBm: "  
                DeleteRays GQb i$kl  
                CreateSource srcnode FH.f- ZU  
                TraceExisting 'draw I_ONbJ9]  
    c&E]E(  
                'radiometry /jM_mrpz  
                For k = 0 To GetEntityCount()-1 _BbvhWN&+  
                    If IsSurface( k ) Then 9TC) w|  
                        temp = AuxDataGetData( k, "temperature" ) q]CeD   
                        emiss = AuxDataGetData( k, "emissivity" ) +~N!9eMc  
                        If ( temp <> 0 And emiss <> 0 ) Then uQnT[\k?  
                            ProjSolidAngleByPi = GetSurfIncidentPower( k ) C0QM#"[  
                            frac = BlackBodyFractionalEnergy ( minWave, maxWave, temp ) HmMO*k<6@  
                            irrad(i,j) = irrad(i,j) + frac * emiss * sigma * temp^4 * ProjSolidAngleByPi V@[rf<,  
                        End If + ~ "5!  
    u"`*DFjo*  
                    End If V^WU8x  
    9YD\~v;x  
                Next k ow/U   
    8f|98T"  
            Next j 'S*k_vuN  
    Us]=Y}(  
        Next i V4|uas{0I:  
        EnableTextPrinting( True ) Lkn4<'un  
    *$S#o#5  
        'write out file Tg0CE60"  
        fullfilepath = CurDir() & "\" & fname O#)jr-vXdV  
        Open fullfilepath For Output As #1 A (okv  
        Print #1, "GRID " & nx & " " & ny 8#w)X/  
        Print #1, "1e+308" iPvuz7j=h  
        Print #1, pixelx & " " & pixely  S(  
        Print #1, -detx+pixelx/2 & " " & -dety+pixely/2 zyFUl%  
    /,2rjJ#b  
        maxRow = nx - 1 lj4o#^lC  
        maxCol = ny - 1 1'JD=  
        For rowNum = 0 To maxRow                    ' begin loop over rows (constant X) Xh F _]  
                row = "" ! \sMR  
            For colNum = maxCol To 0 Step -1            ' begin loop over columns (constant Y) zU&L.+   
                row = row & irrad(colNum,rowNum) & " "     ' append column data to row string "u492^  
            Next colNum                     ' end loop over columns | &7S8Q  
    BRzfic :e  
                Print #1, row Z+4D.bA  
    o:~LF6A-  
        Next rowNum                         ' end loop over rows 2%]Z Kd  
        Close #1 Z.1> kZ  
    LHkQ'O0  
        Print "File written: " & fullfilepath /&^W#U$4  
        Print "All done!!" s2REt$.q  
    End Sub y t5H oy  
    .UQE{.?  
    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: 0^3+P%(o@  
    v-Qmx-N  
    e2cP *J  
    找到Tools工具,点击Open plot files in 3D chart并找到该文件 T^:fn-S}=  
      
    E=$p^s  
    3I  $>uR  
    打开后,选择二维平面图: <%P2qgz5  
    -1u9t4+`  
     
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