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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。 b*?="%eE(  
    pm3?  
    成像示意图
     "}Ya.  
    首先我们建立十字元件命名为Target ^XZm tB  
    /F/`?=1<$  
    创建方法: 9-}&znLZe  
    a&PoUwG  
    面1 : ?\ho9nyK  
    面型:plane sx*(JM}Be  
    材料:Air LB2 2doW  
    孔径:X=1.5, Y=6,Z=0.075,形状选择Box pX6OhwkTK  
    0r:8ni%cL  
    < 8WS YZ  
    辅助数据: >Mi A|N=  
    首先在第一行输入temperature :300K, *$(9,y\  
    emissivity:0.1; S\g8(\u  
    ?$=N!>P#  
    b$.N8W%  
    面2 : [dOPOA/d  
    面型:plane LT2mwJl  
    材料:Air X$PT-~!a  
    孔径:X=1.5, Y=6,Z=0.075,形状选择Box `,\WhJ?9  
    vV"TTzs!  
    gy9!T(z  
    位置坐标:绕Z轴旋转90度, NoDq4>   
    KWN0$*4  
    }ndH|,  
    辅助数据: :^J(%zy  
    \*d@_oQ$  
    首先在第一行输入temperature :300K,emissivity: 0.1; I?l*GO+pz  
    >{npg2  
    !Y`nKC(=z  
    Target 元件距离坐标原点-161mm; Y @pkfH  
    4/Ok/I  
    iK=H9j  
    单透镜参数设定:F=100, bend=0, 位置位于坐标原点 .+{nfmc,c  
    K6!`b( v#  
     ,ulTZV  
    探测器参数设定: %oC]Rpdu  
    z\fD}`^8  
    在菜单栏中选择Create/Element Primitive /plane fN8A'p[  
    Y:*mAv;&  
    H-7*)D  
    6Y\9h)1Jo  
    1cOp"!  
    %o+bO}/9  
    元件半径为20mm*20,mm,距离坐标原点200mm。 *"j_3vAx  
    o"QpV >x  
    光源创建: Q.M3rRh  
    .R biF  
    光源类型选择为任意平面,光源半角设定为15度。 &AOw(?2  
    P|_?{1eO2  
    Gash3}+  
    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。 |~v($c  
    J>XaQfzwU  
    我们在位置选项又设定一行的目的是通过脚本自动控制光源在探测器平面不同划分区域内不同位置处追迹光线 %#ms`"H  
    cGOE$nL  
    %>5Ht e<  
    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。 2/?pI/W  
    UxD1+\N6?  
    创建分析面: }u:^Mz  
    4ol=YGCI_  
    otX#}} +  
    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。 "Z}0A/y  
    BQ_\8Qt|  
    I%{^i d@  
    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。 ^D oJ='&  
    nGX~G^mZ  
    FRED在探测器上穿过多个像素点迭代来创建热图 {vA;#6B|  
    ]DC]=F.  
    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。 3]xnKb|W  
    将如下的代码放置在树形文件夹 Embedded Scripts, G9Azd^3  
    ?uQ|?rk  
    A(;J  
    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。 iWQBo>x  
    U|U/B  
    绿色字体为说明文字, #Yj0'bgK  
    Y k~ i.p  
    '#Language "WWB-COM" [>Q{70 c[  
    'script for calculating thermal image map },[S9I`p  
    'edited rnp 4 november 2005 % k$+t  
    i&.F}bEi  
    'declarations kFD-  
    Dim op As T_OPERATION >{Lfrc1  
    Dim trm As T_TRIMVOLUME <uv{/L b  
    Dim irrad(32,32) As Double 'make consistent with sampling 6@bGh|   
    Dim temp As Double 0FTiTrTn  
    Dim emiss As Double TSHp.ABf  
    Dim fname As String, fullfilepath As String p c-'+7Dh>  
    >2$Ehw:K^  
    'Option Explicit iF61J% 3-  
    |a\s}M1  
    Sub Main P]dDTh~e~  
        'USER INPUTS }1;Ie0l=_e  
        nx = 31 NSb< 7_L  
        ny = 31 b;!ilBc  
        numRays = 1000 sPc\xY  
        minWave = 7    'microns 0b*a2_|8k  
        maxWave = 11   'microns o#0NIn"GS/  
        sigma = 5.67e-14 'watts/mm^2/deg k^4 o~es> ;  
        fname = "teapotimage.dat" `yuD/-j  
    fjp>FVv3  
        Print "" r OB\u|Pg  
        Print "THERMAL IMAGE CALCULATION" C .YtjLQP$  
    Mh3zl  
        detnode = FindFullName( "Geometry.Detector.Surface" ) '找到探测器平面节点 T("Fh}  
    6LvUi|~"<  
        Print "found detector array at node " & detnode ]p0m6}B  
    ^T^U:Zdq  
        srcnode = FindFullName( "Optical Sources.Source 1" ) '找到光源节点 BLMcvK\9  
    8yztVdh  
        Print "found differential detector area at node " & srcnode S@_@hFV jd  
    5l(;+#3y/  
        GetTrimVolume detnode, trm |l)Oy#W  
        detx = trm.xSemiApe O8dDoP\F2  
        dety = trm.ySemiApe ;'J L$=  
        area = 4 * detx * dety <;U"D.'  
        Print "detector array semiaperture dimensions are " & detx & " by " & dety WNL3+  
        Print "sampling is " & nx & " by " & ny @}fnR(fS  
    $V5Ol6@ 2  
        'reset differential detector area dimensions to be consistent with sampling A9lqVMp64  
        pixelx = 2 * detx / nx ~@got  
        pixely = 2 * dety / ny uc7Y8iO  
        SetSourcePosGridRandom srcnode, pixelx / 2, pixely / 2, numRays, False Oa@X! \  
        Print "resetting source dimensions to " & pixelx / 2 & " by " & pixely / 2 Y6{p|F?&"  
    !L3Bvb;Q  
        'reset the source power Pu axS  
        SetSourcePower( srcnode, Sin(DegToRad(15))^2 ) cRU.   
        Print "resetting the source power to " & GetSourcePower( srcnode ) & " units" Zjo9c{\  
    bXC 0f:L  
        'zero out irradiance array {v]>sn;P1  
        For i = 0 To ny - 1 = b)q.2'#  
            For j = 0 To nx - 1 SB  \ptF  
                irrad(i,j) = 0.0 xsAF<:S\  
            Next j dc lJ  
        Next i aG=Y 6j G  
    (G$m}ng  
        'main loop SAo"+%  
        EnableTextPrinting( False ) K90Zf  
    < W&~tVv  
        ypos =  dety + pixely / 2 8q tNK> D  
        For i = 0 To ny - 1 "aa6W  
            xpos = -detx - pixelx / 2 wlKL|N  
            ypos = ypos - pixely Pv/P<i^  
    F ^E(AE  
            EnableTextPrinting( True ) 9"V27"s  
            Print i pl"|NZz 7;  
            EnableTextPrinting( False ) D=dY4WwG  
    }3?M0:  
    qw_qGgbl  
            For j = 0 To nx - 1 (Yw5X_|  
    z,] fR  
                xpos = xpos + pixelx 8Q6il-  
    5#2vSq!H  
                'shift source ;#Mq=Fr-SG  
                LockOperationUpdates srcnode, True MGmtA(  
                GetOperation srcnode, 1, op yY&(?6\{<<  
                op.val1 = xpos PfuYT_p4s  
                op.val2 = ypos /n"A%6S  
                SetOperation srcnode, 1, op IndNR:"g  
                LockOperationUpdates srcnode, False $6'xRUx X  
    .R-:vU880  
    raytrace =,0E3:X^  
                DeleteRays ^kXDEKm  
                CreateSource srcnode <&+l;z  
                TraceExisting 'draw OEAF.  
    sO(Kpo9jq  
                'radiometry {b#c0>.8-  
                For k = 0 To GetEntityCount()-1  /?_{DMt  
                    If IsSurface( k ) Then }xdI{E1 q)  
                        temp = AuxDataGetData( k, "temperature" ) H%%#^rb^  
                        emiss = AuxDataGetData( k, "emissivity" ) M#|TQa N  
                        If ( temp <> 0 And emiss <> 0 ) Then _<3:vyfdC  
                            ProjSolidAngleByPi = GetSurfIncidentPower( k ) kbMIMZC/G  
                            frac = BlackBodyFractionalEnergy ( minWave, maxWave, temp ) U7ajDw  
                            irrad(i,j) = irrad(i,j) + frac * emiss * sigma * temp^4 * ProjSolidAngleByPi <o]tW4\(R  
                        End If h hd n9n  
    ZE=~ re  
                    End If @Qx;J<{+g  
    b1 KiO2 E  
                Next k }RoM N$r  
    fqZ!Bi  
            Next j PD/~@OsxU  
    dmF<J>[  
        Next i H-rf?R2  
        EnableTextPrinting( True ) ' bT9AV%  
    m&$H ?yXW>  
        'write out file |"@E"Za^  
        fullfilepath = CurDir() & "\" & fname G! 87F/  
        Open fullfilepath For Output As #1 'wQ=b  
        Print #1, "GRID " & nx & " " & ny M(2[X/t  
        Print #1, "1e+308" v=`VDQWq  
        Print #1, pixelx & " " & pixely WrD20Q$9Q  
        Print #1, -detx+pixelx/2 & " " & -dety+pixely/2 ,-{j.  
    riBT5  
        maxRow = nx - 1 0[hl&7 Ab@  
        maxCol = ny - 1 3~ZtAgih%  
        For rowNum = 0 To maxRow                    ' begin loop over rows (constant X) 6l>G>)  
                row = "" }'Z(J)Bg  
            For colNum = maxCol To 0 Step -1            ' begin loop over columns (constant Y) gVI*`$  
                row = row & irrad(colNum,rowNum) & " "     ' append column data to row string qi)(\  
            Next colNum                     ' end loop over columns B\("08x  
    h]zx7zt-  
                Print #1, row IC{>q3  
    (JM4W "7'  
        Next rowNum                         ' end loop over rows i "-#1vy=  
        Close #1 Gpgi@ Uf  
    Lv_6Mf(  
        Print "File written: " & fullfilepath 10 p+e_@  
        Print "All done!!" OOv"h\,  
    End Sub {`3;Pd`  
    {?j|]j  
    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: ;pULJ}rDb  
    Ia(A&Za  
    ! 4s $ 93  
    找到Tools工具,点击Open plot files in 3D chart并找到该文件 p(U'Ydl~  
      
    =LT({8  
    ~q1s4^J  
    打开后,选择二维平面图: pw$I~3OFd  
    jV7q)\uu^  
     
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