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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。 /(aKhUjhb  
    rm-6Az V  
    成像示意图
    ;w^-3 U7:  
    首先我们建立十字元件命名为Target Kn#3^>D  
    7c:5 Ey  
    创建方法: L5"|RI}  
    =<_ei|ME  
    面1 : 33R_JM{  
    面型:plane G)I lkA@  
    材料:Air <2\4eusk  
    孔径:X=1.5, Y=6,Z=0.075,形状选择Box |;L%hIR[  
    'O\me  
    G(4*e! aZ0  
    辅助数据: vd4}b>  
    首先在第一行输入temperature :300K, g{`rWKj  
    emissivity:0.1; `kx+Kc  
    jh3LD6|s}  
    `=]I -5#.W  
    面2 : &"90pBGK  
    面型:plane C ?^si  
    材料:Air ,oW8im   
    孔径:X=1.5, Y=6,Z=0.075,形状选择Box uq}>5  
    \Z +O9T%  
    9$9Pv%F:j  
    位置坐标:绕Z轴旋转90度, =Yxu {]G  
    -&#H@Gyw  
    QU&b5!;&  
    辅助数据: Jy,Dcl  
    Wcgy:4K3  
    首先在第一行输入temperature :300K,emissivity: 0.1; H:~41f[  
    (IbT5  
    V9v80e {n4  
    Target 元件距离坐标原点-161mm; Eua\N<!aai  
    }tH$/-qnJE  
    {y{& tz Z  
    单透镜参数设定:F=100, bend=0, 位置位于坐标原点 I|6wPV?  
    p'2ZDd =v  
    ]LvpYRU$P  
    探测器参数设定: ]M"l-A  
    qlT'gUt=H  
    在菜单栏中选择Create/Element Primitive /plane ; rSpM  
    N Fc@Kz<H  
    Min^EAG@  
    0 ]v:Ix  
    t"0Z=`Wi  
    *):xK;o  
    元件半径为20mm*20,mm,距离坐标原点200mm。 {9 >jWNx  
    5WR(jl+M  
    光源创建: Pkr0| bs*  
    ^ fo2sN"   
    光源类型选择为任意平面,光源半角设定为15度。 GEg8\  
    Kn]c4h}@b5  
    p^G:h6|+|  
    我们将光源设定在探测器位置上,具体的原理解释请见本章第二部分。 kf3yJP/  
    p,y(Fc~]g'  
    我们在位置选项又设定一行的目的是通过脚本自动控制光源在探测器平面不同划分区域内不同位置处追迹光线 9zj^\-FA_l  
    bDLPA27  
    0|0<[:(hc  
    功率数值设定为:P=sin2(theta) theta为光源半角15度。我们为什么要这么设定,在第二部分会给出详细的公式推导。 ! H)D@,@&  
    4v+4qyMyE  
    创建分析面: >Q0HqOq  
    l \=M'D  
    v{ F/Bifo  
    到这里元件参数设定完成,现在我们设定元件的光学属性,在前面我们分别对第一和第二面设定的温度和发射系数,散射属性我们设定为黑朗伯,4%的散射。并分别赋予到面一和面二。 #,dE)  
    Pg3O )D9  
    PvzB, 2":  
    到此,所有的光学结构和属性设定完成,通过光线追迹我们可以查看光线是否可以穿过元件。 J$)lYSNE  
    6Xjr0 C+  
    FRED在探测器上穿过多个像素点迭代来创建热图 & j@i>(7  
    SwESDo)  
    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。 qDqgU  
    将如下的代码放置在树形文件夹 Embedded Scripts, M1Jnn4w*d  
    q%u;+/|l  
    iJg3`1@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。 tUXq!r<'dT  
    ^O cM)Z6h  
    绿色字体为说明文字, `I.Uw$,P  
    W/PZD (  
    '#Language "WWB-COM" anj*a<C<  
    'script for calculating thermal image map ,B>Rc#  
    'edited rnp 4 november 2005 l\W[WQP h  
    K!q:A+]  
    'declarations dm60O8  
    Dim op As T_OPERATION ~eH+*U|\|M  
    Dim trm As T_TRIMVOLUME Re <G#*^  
    Dim irrad(32,32) As Double 'make consistent with sampling zWxKp;.  
    Dim temp As Double 1uTbN  
    Dim emiss As Double ?XVJ$nzW  
    Dim fname As String, fullfilepath As String ;Ry )^5Q  
    ~ #Gu:  
    'Option Explicit h' OLj#H  
    YadY?o./  
    Sub Main wL]7d3t  
        'USER INPUTS vb{+yEa  
        nx = 31 @P:  
        ny = 31 75`*aAZ3  
        numRays = 1000 u 89u#gCAC  
        minWave = 7    'microns 2nOoG/6 E  
        maxWave = 11   'microns 3AWNoXh  
        sigma = 5.67e-14 'watts/mm^2/deg k^4 P7n+@ L$  
        fname = "teapotimage.dat" K[ZgT$zZ  
    _DChNX   
        Print "" .'Vjs2 2  
        Print "THERMAL IMAGE CALCULATION" `;L0ax  
    jV^Dj  
        detnode = FindFullName( "Geometry.Detector.Surface" ) '找到探测器平面节点 8$!/Zg  
    1!RD kZw e  
        Print "found detector array at node " & detnode dKcHj<'E/  
    CtwMMZXX3  
        srcnode = FindFullName( "Optical Sources.Source 1" ) '找到光源节点 ;b:Ct<  
    rJJI<{$  
        Print "found differential detector area at node " & srcnode iYj+NL  
    }}v04~  
        GetTrimVolume detnode, trm 24 S,w>j  
        detx = trm.xSemiApe iG*3S)  
        dety = trm.ySemiApe WY%LeC!t  
        area = 4 * detx * dety J;Az0[qMR  
        Print "detector array semiaperture dimensions are " & detx & " by " & dety q2}<n'o+  
        Print "sampling is " & nx & " by " & ny ': Gk~   
    FJ3Xeo s4|  
        'reset differential detector area dimensions to be consistent with sampling EJYfk?(B  
        pixelx = 2 * detx / nx {9KG06%+  
        pixely = 2 * dety / ny xUE9%qO  
        SetSourcePosGridRandom srcnode, pixelx / 2, pixely / 2, numRays, False Ek'  
        Print "resetting source dimensions to " & pixelx / 2 & " by " & pixely / 2 KYY~ YP  
    Pg%OFhA  
        'reset the source power 8Z>ZjNG  
        SetSourcePower( srcnode, Sin(DegToRad(15))^2 ) H"8+[.xBh  
        Print "resetting the source power to " & GetSourcePower( srcnode ) & " units" 4.bL>Y>c  
    28M! G~|  
        'zero out irradiance array GeN8_i[  
        For i = 0 To ny - 1 'j];tO6GfC  
            For j = 0 To nx - 1 'sI=*c  
                irrad(i,j) = 0.0 t#mW`rGE_  
            Next j JpDc3^B*  
        Next i 6C>x,kU  
    ;pdW7  
        'main loop fL4F ~@`9l  
        EnableTextPrinting( False ) M:h~;+s  
    +` B m  
        ypos =  dety + pixely / 2 A(#hyb#  
        For i = 0 To ny - 1 eHG**@"X  
            xpos = -detx - pixelx / 2 NS "hdyA  
            ypos = ypos - pixely :NHh`@0F  
    +ib72j%A  
            EnableTextPrinting( True ) u2'xM0nQ  
            Print i Kx6_Vp  
            EnableTextPrinting( False ) ?lCKZm.,(-  
    `':$PUz,g  
    C\UD0r'p?  
            For j = 0 To nx - 1 0Ph,E   
    <1]# E@  
                xpos = xpos + pixelx 5nzk Zw  
    Mq]~Ka3q7  
                'shift source CDei+ q  
                LockOperationUpdates srcnode, True .Vq-<c%  
                GetOperation srcnode, 1, op 0Z#&!xTb  
                op.val1 = xpos ;5-Sn(G  
                op.val2 = ypos p_ =^E*J]  
                SetOperation srcnode, 1, op :*TfGV  
                LockOperationUpdates srcnode, False >1xlP/4jx  
     3+"z  
    raytrace yef@V2Z+  
                DeleteRays mKynp  
                CreateSource srcnode H-?SlVsf  
                TraceExisting 'draw oUR'gc :  
    2 5h.u>6@{  
                'radiometry $I!vQbi  
                For k = 0 To GetEntityCount()-1 u*Eb4  
                    If IsSurface( k ) Then k2N[B(&4J  
                        temp = AuxDataGetData( k, "temperature" ) 71nXROB  
                        emiss = AuxDataGetData( k, "emissivity" ) S/ ]2Qt#T  
                        If ( temp <> 0 And emiss <> 0 ) Then ;id0|x  
                            ProjSolidAngleByPi = GetSurfIncidentPower( k ) e.n&Os<|<  
                            frac = BlackBodyFractionalEnergy ( minWave, maxWave, temp ) 5[[4A]#T  
                            irrad(i,j) = irrad(i,j) + frac * emiss * sigma * temp^4 * ProjSolidAngleByPi a /X@5kr{  
                        End If 2@Jw?+}vr  
    # 9Z];<g  
                    End If ^.Vq0Qzy]  
    OOs Y{8xM  
                Next k ~oz8B^7i;  
    8$-(%  
            Next j OT{wqNI  
    "CBe$b4  
        Next i {,|*99V  
        EnableTextPrinting( True ) FkR9-X<  
    |i7|QLUT  
        'write out file XKLkJZN  
        fullfilepath = CurDir() & "\" & fname JadXdK=gE  
        Open fullfilepath For Output As #1 rgdDkWLXC  
        Print #1, "GRID " & nx & " " & ny  #-1 ;  
        Print #1, "1e+308" T?:Vw laE  
        Print #1, pixelx & " " & pixely ~\<Fq\.x  
        Print #1, -detx+pixelx/2 & " " & -dety+pixely/2 0Jz'9  
    #, W7N_mt  
        maxRow = nx - 1 HlgF%\@a+U  
        maxCol = ny - 1 Hq"i0X m  
        For rowNum = 0 To maxRow                    ' begin loop over rows (constant X) "zJ1vIZY  
                row = "" B<J} YN  
            For colNum = maxCol To 0 Step -1            ' begin loop over columns (constant Y) su>GeJiPW  
                row = row & irrad(colNum,rowNum) & " "     ' append column data to row string rq Dre`m  
            Next colNum                     ' end loop over columns kJq8"Klg  
    y[oc^Zuo  
                Print #1, row /=A^@&:_#  
    F#eZfj~  
        Next rowNum                         ' end loop over rows 7"w r8  
        Close #1 i&$L$zf,  
    +DaP XZ5.  
        Print "File written: " & fullfilepath ie{9zO<d  
        Print "All done!!" 6%~ Z^>`N  
    End Sub bEyZRG  
    03L+[F&"?  
    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: LJ`*&J   
    $(K[W}  
    TZTi:\nS  
    找到Tools工具,点击Open plot files in 3D chart并找到该文件 b=horvs/!  
      
    $3zs?Fd`  
    v#{Sx>lO  
    打开后,选择二维平面图: w,> ceu/  
    Z0s}65BR  
     
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