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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。 a C\MJ9  
    6"J? #  
    成像示意图
    '6cWS'9"  
    首先我们建立十字元件命名为Target V8C:"UZ;  
    S79;^X  
    创建方法: O @j} K4  
    ZJzt~ H  
    面1 : VyXhl;  
    面型:plane %u5L!W&  
    材料:Air Z8@J`0x  
    孔径:X=1.5, Y=6,Z=0.075,形状选择Box yy i#Mo ,  
    Q/(K$6]j  
    {byBc G  
    辅助数据: "8x8UgG  
    首先在第一行输入temperature :300K, g4=pnK8  
    emissivity:0.1; U4C 9<h&  
    x7!L{(E3  
    mpU$ +  
    面2 : v4`"1Ss,K  
    面型:plane 0zlb0[  
    材料:Air :toh0oB[  
    孔径:X=1.5, Y=6,Z=0.075,形状选择Box :OhHb #D  
    qG?Qc (  
    7XTkX"zKj  
    位置坐标:绕Z轴旋转90度, Eg#K.5hJ  
    * K D I}B>  
    *rs5]U<  
    辅助数据: i@)i$i4  
    aW)-?(6>  
    首先在第一行输入temperature :300K,emissivity: 0.1; @s ?  
    N~goI#4  
    :t8b39  
    Target 元件距离坐标原点-161mm; }@'$b<!B  
    cdl&9-}  
    .oYl-.E>&  
    单透镜参数设定:F=100, bend=0, 位置位于坐标原点 ?(D q?-.  
    -:Da&V  
    a eFe!`F  
    探测器参数设定: eg\v0Y!rI  
    Ce9|=Jx!  
    在菜单栏中选择Create/Element Primitive /plane &:9c AIe]H  
    }Jy8.<Gd^  
    SPX$ U5&  
    Wu c S:8#|  
    :dl]h&C^  
    }Z@ovsG  
    元件半径为20mm*20,mm,距离坐标原点200mm。 LtWP0@JA  
    ,Ys %:>?  
    光源创建: +%T\`6  
    =9'RM>  
    光源类型选择为任意平面,光源半角设定为15度。 [YF>:ydk  
    g]<4&)~  
    ov ` h  
    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。 +7D|4  
    WejY y|  
    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 m4hX 'F  
    /32Fy`KV  
    `5cKA;j>b  
    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。 |oH,   
    bhTb[r  
    创建分析面: R&8Iz yM  
    dt \TQJc~  
    >Ea8G,  
    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。 V+* P2|  
    gp};D  
    0bceI  
    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。 jSD#X3qp  
    ?*[N_'2W+  
    FRED在探测器上穿过多个像素点迭代来创建热图 AF;)#T<  
    tvkb~  
    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。 cv-PRH#  
    将如下的代码放置在树形文件夹 Embedded Scripts, lP[w?O  
    jqWu  
    CJ/X}hi,  
    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。 2#KJ asX  
    lGV0 *Cji  
    绿色字体为说明文字, J`peX0Stl  
    63q^ $I  
    '#Language "WWB-COM" UldXYtGe  
    'script for calculating thermal image map nW PF6V>  
    'edited rnp 4 november 2005 |4)>:d  
    rXmn7;B}g  
    'declarations [.O?Z=5a[V  
    Dim op As T_OPERATION iZ#!O* >  
    Dim trm As T_TRIMVOLUME q!{y&.&\  
    Dim irrad(32,32) As Double 'make consistent with sampling Eza`Z` ^el  
    Dim temp As Double p#ol*m5wE  
    Dim emiss As Double yQ_B)b  
    Dim fname As String, fullfilepath As String (|[2J3ZET  
    9v;Vv0k_  
    'Option Explicit  ,V,`Jf  
    4^p5&5F  
    Sub Main b(*!$EB  
        'USER INPUTS ;;_,~pI?k  
        nx = 31 6CV* Z\b  
        ny = 31 nGpXI\K  
        numRays = 1000 {'XggI%  
        minWave = 7    'microns lW+\j3?Z$  
        maxWave = 11   'microns ZOft.P O  
        sigma = 5.67e-14 'watts/mm^2/deg k^4 %7"q"A r[  
        fname = "teapotimage.dat" `_BNy=`s*  
    K{x\4  
        Print "" $yn];0$J  
        Print "THERMAL IMAGE CALCULATION" ~qcNEl\-y  
    q$ZHd  
        detnode = FindFullName( "Geometry.Detector.Surface" ) '找到探测器平面节点 HKU~UTRnZ  
    R}G4rO-J  
        Print "found detector array at node " & detnode o>).Cj  
    zjJ *n8l  
        srcnode = FindFullName( "Optical Sources.Source 1" ) '找到光源节点 Y#!UPhg<  
    00G%gQXk,  
        Print "found differential detector area at node " & srcnode -d~4A  
    Lrta/SU*  
        GetTrimVolume detnode, trm gD,1 06%  
        detx = trm.xSemiApe |*oZ _gI  
        dety = trm.ySemiApe un)4eo!7  
        area = 4 * detx * dety X>d"]GD  
        Print "detector array semiaperture dimensions are " & detx & " by " & dety x^HGVWw_  
        Print "sampling is " & nx & " by " & ny  tR}MrM  
    VeGL)  
        'reset differential detector area dimensions to be consistent with sampling /,89p&h  
        pixelx = 2 * detx / nx fRrvNj0{ V  
        pixely = 2 * dety / ny {E p0TVj`  
        SetSourcePosGridRandom srcnode, pixelx / 2, pixely / 2, numRays, False NgADKrDU  
        Print "resetting source dimensions to " & pixelx / 2 & " by " & pixely / 2 V[{6e  
    a;rdQ>  
        'reset the source power W}--p fG  
        SetSourcePower( srcnode, Sin(DegToRad(15))^2 ) Ozw;(fDaU  
        Print "resetting the source power to " & GetSourcePower( srcnode ) & " units" ~o82uw?  
    jq-p;-i  
        'zero out irradiance array 8 BY j  
        For i = 0 To ny - 1 o]+z)5zC  
            For j = 0 To nx - 1 E%+Dl=  
                irrad(i,j) = 0.0 {HL3<2=o  
            Next j +vYoB$!  
        Next i Usr@uI#{J  
    " W!M[qBW  
        'main loop B268e  
        EnableTextPrinting( False ) 6FUw"|\u{  
    Ipf|")*  
        ypos =  dety + pixely / 2 G'rxXJq  
        For i = 0 To ny - 1 9:fOYT$8  
            xpos = -detx - pixelx / 2 d_AK `wR  
            ypos = ypos - pixely @.osJ}FxA  
    NS9B[*"Jl  
            EnableTextPrinting( True ) S\''e`Eb"5  
            Print i l]@&D#3ZM  
            EnableTextPrinting( False ) nIAx2dh?  
    +J_c'ChN  
    k ]W[`  
            For j = 0 To nx - 1 V_>\ 9m  
    pwO>h>ik  
                xpos = xpos + pixelx G3{Q"^S"  
    BS /G("oZ[  
                'shift source \qR7mI/*  
                LockOperationUpdates srcnode, True oE<`VY|  
                GetOperation srcnode, 1, op vh"R'o  
                op.val1 = xpos @xQgY*f#  
                op.val2 = ypos LG-y]4a}  
                SetOperation srcnode, 1, op 0n@rLF  
                LockOperationUpdates srcnode, False DamC F  
    3j,Q`+l/6d  
    raytrace 0T@Zb={  
                DeleteRays ]P#XVDn+;  
                CreateSource srcnode xgABpikC^  
                TraceExisting 'draw ,%n\=  
    i#7DR>XF/  
                'radiometry  gG uZ8:f  
                For k = 0 To GetEntityCount()-1 qgE 73.!`6  
                    If IsSurface( k ) Then ^w(p8G_-w  
                        temp = AuxDataGetData( k, "temperature" ) W [Of|?  
                        emiss = AuxDataGetData( k, "emissivity" ) [!!o-9b  
                        If ( temp <> 0 And emiss <> 0 ) Then ;E@G`=0St  
                            ProjSolidAngleByPi = GetSurfIncidentPower( k ) e .]KL('  
                            frac = BlackBodyFractionalEnergy ( minWave, maxWave, temp ) I{ HN67O  
                            irrad(i,j) = irrad(i,j) + frac * emiss * sigma * temp^4 * ProjSolidAngleByPi ,pqGX3  
                        End If jL(qf~c_  
    9w"h  
                    End If #@^t;)|  
    4/mig0"N.  
                Next k cS>e?  
    q/4YS0CqE  
            Next j "vXxv'0\f  
    >fe- d#!{  
        Next i P6!jRC"52'  
        EnableTextPrinting( True ) km)zMoE{c{  
    8'~[pMn`  
        'write out file bx<RV7>0  
        fullfilepath = CurDir() & "\" & fname pcau}5 .  
        Open fullfilepath For Output As #1 'pm2n0  
        Print #1, "GRID " & nx & " " & ny /3A^I{e74  
        Print #1, "1e+308" Em?d*z  
        Print #1, pixelx & " " & pixely _8"O$w  
        Print #1, -detx+pixelx/2 & " " & -dety+pixely/2 eK.e| z|  
    y|CP;:f;  
        maxRow = nx - 1 f-}[_Y%;  
        maxCol = ny - 1 )A!>=2M `  
        For rowNum = 0 To maxRow                    ' begin loop over rows (constant X) sW)Zi  
                row = "" a-l; vDs  
            For colNum = maxCol To 0 Step -1            ' begin loop over columns (constant Y) L~(_x"uXd  
                row = row & irrad(colNum,rowNum) & " "     ' append column data to row string HHiT]S9  
            Next colNum                     ' end loop over columns vLR~'" `F  
    k9$K}  
                Print #1, row 7w 37S  
    4$qWiG~  
        Next rowNum                         ' end loop over rows jZh';M8"  
        Close #1 v[#9+6P=  
    , FhekaA  
        Print "File written: " & fullfilepath !lEY=1nHOJ  
        Print "All done!!" ()K " c#  
    End Sub 7nHF@Y|*"  
    [!}:KD2yX  
    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: Yiry["[]Q  
    m<{< s T  
    r)Ap8?+  
    找到Tools工具,点击Open plot files in 3D chart并找到该文件 an4GSL  
      
    F_Y7@Ei/  
    t=_J9|  
    打开后,选择二维平面图: 7h6,c/<  
     yyv8gH  
     
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