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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。 bZlAK)  
    u(~s$ENl  
    成像示意图
    D=OU61AA  
    首先我们建立十字元件命名为Target xp &I~YPH  
    xj~6,;83xR  
    创建方法: {Ise (>V  
    ^{Vm,nAQqs  
    面1 : stDn{x .  
    面型:plane Th8Q ~*v  
    材料:Air [cH/Y2[  
    孔径:X=1.5, Y=6,Z=0.075,形状选择Box mb/3 #)  
    gTq-\k(  
    ~kHir]jc  
    辅助数据: %EpK=;51U  
    首先在第一行输入temperature :300K, #2MwmIeA  
    emissivity:0.1; dKMuo'H'%  
    bHMlh^{`%  
    'v,W gPe  
    面2 : "d#s|_n,d)  
    面型:plane givK{Yt<B  
    材料:Air hlVP_h"z  
    孔径:X=1.5, Y=6,Z=0.075,形状选择Box &B.r&K&  
    )N=wJN1  
    QxkfP%_g  
    位置坐标:绕Z轴旋转90度, %z.G3\s0  
    dqe_&C@*O  
    ,S8Vfb &  
    辅助数据: c]LH.  
    ZHBwoC#5}  
    首先在第一行输入temperature :300K,emissivity: 0.1; f*I5 m=  
    J\%:jg( m  
    z6!X+`&  
    Target 元件距离坐标原点-161mm; OYzJE@r^  
    A1@-;/H3  
    z=xHk|+'  
    单透镜参数设定:F=100, bend=0, 位置位于坐标原点 y, Z#? O  
    &l.^UQ   
    b'&pJ1]]}  
    探测器参数设定: gPf aiVY  
    < d]|5  
    在菜单栏中选择Create/Element Primitive /plane ;z?XT \C$  
    [0}471  
    b^xf ,`D  
    0{ ,zE  
    6M6QMg^  
    <|8 l;  
    元件半径为20mm*20,mm,距离坐标原点200mm。 ;L[9[uQ[C  
    _(jE](,  
    光源创建: aw 7f$Fqk  
    BOWTH{KR<<  
    光源类型选择为任意平面,光源半角设定为15度。 ^DH*@M  
    OBl8kH(b>  
    B -KOf  
    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。 =j{jylC  
    e\dT~)c  
    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 \(C W?9)  
    ^"Y'zI L  
    WY,t> 1c  
    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。 1^;h:,e6  
    d{he  
    创建分析面: :}-u`K*  
    0 mQ3P.9  
    w?*KO?K  
    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。 <8bO1t^*  
    KCFwO'  
    o ,!"E^  
    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。  LJ))  
    c-T ^ aR  
    FRED在探测器上穿过多个像素点迭代来创建热图 'k67$H  
    P~<93  
    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。 rrWk&;?  
    将如下的代码放置在树形文件夹 Embedded Scripts, ##_Za6/n  
    StL[\9~:  
    gdK/:%u3  
    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。 "6d bRo5%  
    kn"x[{d  
    绿色字体为说明文字, ."X~?Nk  
    _PbfFY #  
    '#Language "WWB-COM" "k|`xn  
    'script for calculating thermal image map h6e$$-_  
    'edited rnp 4 november 2005 $te,\$&}  
    G7;}309s  
    'declarations 4sQAR6_SW~  
    Dim op As T_OPERATION -],?kP  
    Dim trm As T_TRIMVOLUME Q75^7Ga_  
    Dim irrad(32,32) As Double 'make consistent with sampling X-,y[ )  
    Dim temp As Double %`1vIr(7  
    Dim emiss As Double gJxVU41  
    Dim fname As String, fullfilepath As String 1hyah.i]Y  
    SU'9+=_$  
    'Option Explicit ;QQ7vo  
     ;"^9L  
    Sub Main ,rI |+  
        'USER INPUTS $0SZlq>En  
        nx = 31 ~k0)+D}  
        ny = 31 E@6r{uZ#  
        numRays = 1000 (VAL.v*  
        minWave = 7    'microns J_|}Xd)~t6  
        maxWave = 11   'microns 8VmN? "5v  
        sigma = 5.67e-14 'watts/mm^2/deg k^4 a.IF%hP0xo  
        fname = "teapotimage.dat" AV4HX\`{P0  
    g <4M!gi  
        Print "" $F7gH  
        Print "THERMAL IMAGE CALCULATION" !s*''v*  
    K=?F3tX^  
        detnode = FindFullName( "Geometry.Detector.Surface" ) '找到探测器平面节点 TDE1z>h+"  
    >Mz|e(6  
        Print "found detector array at node " & detnode |K;Txe_  
    {U '&9_y  
        srcnode = FindFullName( "Optical Sources.Source 1" ) '找到光源节点 YIQ]]q8R!L  
    + 4g%?5'  
        Print "found differential detector area at node " & srcnode doO Ap9%  
    ~: <@`  
        GetTrimVolume detnode, trm d"6]?  
        detx = trm.xSemiApe 0o$HC86w  
        dety = trm.ySemiApe ' xZPIj+  
        area = 4 * detx * dety &9_\E{o%]  
        Print "detector array semiaperture dimensions are " & detx & " by " & dety Gi2ad+QH-  
        Print "sampling is " & nx & " by " & ny ~1r*/@M[V  
    B=bI'S8\  
        'reset differential detector area dimensions to be consistent with sampling "E|r3cN  
        pixelx = 2 * detx / nx ,e FQ}&^A  
        pixely = 2 * dety / ny UxcDDa/j2T  
        SetSourcePosGridRandom srcnode, pixelx / 2, pixely / 2, numRays, False 9>&tMq  
        Print "resetting source dimensions to " & pixelx / 2 & " by " & pixely / 2 hAr[atu87  
    @Du}   
        'reset the source power EKd3$(^   
        SetSourcePower( srcnode, Sin(DegToRad(15))^2 ) a!y,!EB+Qu  
        Print "resetting the source power to " & GetSourcePower( srcnode ) & " units" Wj j2J8B  
    ,Q=)$ `%  
        'zero out irradiance array JM-ce8U  
        For i = 0 To ny - 1 bjPbl2K  
            For j = 0 To nx - 1 Rs F3#H  
                irrad(i,j) = 0.0 b({Nf,(a2  
            Next j ow+Dd[i  
        Next i $#7J\=GZ+  
    }\939Y  
        'main loop hHc^ZA  
        EnableTextPrinting( False ) 8yWu{'G  
    {p e7]P?  
        ypos =  dety + pixely / 2 uH&,%k9GVK  
        For i = 0 To ny - 1 ,B~lwF9  
            xpos = -detx - pixelx / 2 #A/]Vs$  
            ypos = ypos - pixely (}FW])y  
    qbU1qF/  
            EnableTextPrinting( True ) [|[sYo  
            Print i BgkB x  
            EnableTextPrinting( False ) l!;_lH8W$  
    K Z!N{.Jk  
    ;o)=XEh8P  
            For j = 0 To nx - 1 U+*oI*  
    &V#zkW  
                xpos = xpos + pixelx Z<N&UFw7QJ  
    =(.mf  
                'shift source ;c X^8;F0  
                LockOperationUpdates srcnode, True G/fP(o-Wd  
                GetOperation srcnode, 1, op (K*/Vp  
                op.val1 = xpos ;5D @kS^  
                op.val2 = ypos NF/Ti5y  
                SetOperation srcnode, 1, op Q"_T2fl]vP  
                LockOperationUpdates srcnode, False 9iGE`1N%E  
    M9Nk=s! 3  
    raytrace hJ;f1dZ7}  
                DeleteRays {1Ju} =69  
                CreateSource srcnode <+T\F;   
                TraceExisting 'draw 8tLT'2+H#  
    rnn2u+OG   
                'radiometry ]27>a"p59Y  
                For k = 0 To GetEntityCount()-1 vo(g0Au)  
                    If IsSurface( k ) Then YY#s=  
                        temp = AuxDataGetData( k, "temperature" ) 5\akI\  
                        emiss = AuxDataGetData( k, "emissivity" ) FJsK5-  
                        If ( temp <> 0 And emiss <> 0 ) Then 4|> rwQ~t  
                            ProjSolidAngleByPi = GetSurfIncidentPower( k ) x|@1 wQ" 6  
                            frac = BlackBodyFractionalEnergy ( minWave, maxWave, temp ) >JKnGeF  
                            irrad(i,j) = irrad(i,j) + frac * emiss * sigma * temp^4 * ProjSolidAngleByPi $` Z>Lm*  
                        End If +36H%&!  
    z(g%ue\  
                    End If MAE7A"l a  
    $ \Q<K@{  
                Next k Vs_\ykO  
    (dzH3_U  
            Next j Ws-6W!Ib%  
    ;cv.f>Cm  
        Next i :3KO6/+  
        EnableTextPrinting( True ) 2{A;du%&  
    ^M`>YOU2+  
        'write out file MU_!&(X_  
        fullfilepath = CurDir() & "\" & fname &mN'Tk  
        Open fullfilepath For Output As #1 "/ tUA\=j  
        Print #1, "GRID " & nx & " " & ny $}qDV> qo  
        Print #1, "1e+308" = EQN-{#  
        Print #1, pixelx & " " & pixely )KSisEL  
        Print #1, -detx+pixelx/2 & " " & -dety+pixely/2 .S~@BI(|<  
    DMF?5GX  
        maxRow = nx - 1 e Wb0^8_  
        maxCol = ny - 1 Ik`O.Q.}  
        For rowNum = 0 To maxRow                    ' begin loop over rows (constant X) ,>D ja59  
                row = "" ]Nnxnp  
            For colNum = maxCol To 0 Step -1            ' begin loop over columns (constant Y) E rr4 %-  
                row = row & irrad(colNum,rowNum) & " "     ' append column data to row string 9@:BK;Fi  
            Next colNum                     ' end loop over columns }1QI"M*  
    z-n>9  
                Print #1, row Z5((1J9  
    Yo>`h2C4  
        Next rowNum                         ' end loop over rows Ct4LkmD  
        Close #1 Oo FgQEr@  
    Q;4}gUmI$  
        Print "File written: " & fullfilepath U(U@!G)  
        Print "All done!!" !Tv?%? 2l  
    End Sub -glugVq  
    %b=Y <v  
    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: [/ AIKZM<  
    {DU"]c/S  
    dZPW2yf  
    找到Tools工具,点击Open plot files in 3D chart并找到该文件 3\;v5D:  
      
    ):e+dt  
    cppL0myJ  
    打开后,选择二维平面图: oFWt(r   
    9lKn% |=T  
     
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