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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。 H?dEgubg7]  
    VV=6v;u`  
    成像示意图
    0,[- 4m  
    首先我们建立十字元件命名为Target %J|xPp)  
    +Ram%"Zwh  
    创建方法: wHhIa3_v  
    /)xQ# yfX  
    面1 : Ya,(J0l  
    面型:plane l`RFi)u~&  
    材料:Air [wjH;f>SQ  
    孔径:X=1.5, Y=6,Z=0.075,形状选择Box \E2S/1p  
    ~Uaz;<"j0  
    #h7 $b@  
    辅助数据: }zV#?;}  
    首先在第一行输入temperature :300K, kX]p;C  
    emissivity:0.1; J~rjI24  
    4 {3< `  
    |:d:uj/  
    面2 : `v$Bib)  
    面型:plane b 'yW+  
    材料:Air v`u>; S_  
    孔径:X=1.5, Y=6,Z=0.075,形状选择Box ?anKSGfj  
    2HJGp+H  
    Q##L|*Qy  
    位置坐标:绕Z轴旋转90度, jj"?#`cW  
    Pr^p ^s  
    =)y=39&;/  
    辅助数据: _<G%  
    }=^Al;W  
    首先在第一行输入temperature :300K,emissivity: 0.1; $^"_Fox]A\  
    cK+y3`.0  
    O\qY? )  
    Target 元件距离坐标原点-161mm; KdTna6nY  
    834dsl+U  
    wKs-<b%;  
    单透镜参数设定:F=100, bend=0, 位置位于坐标原点 TANt*r7  
    /w*;|4~Bf  
    Qz?r4kR  
    探测器参数设定: * ;C8g{  
    " ^:$7~%bA  
    在菜单栏中选择Create/Element Primitive /plane h^6Yjy  
    B[Fuyy?  
    i#y3QCNqf^  
    -,#LTW<.  
    $C !Mk  
    *Ad7GG1/u  
    元件半径为20mm*20,mm,距离坐标原点200mm。 `m Tc  
    -#?p16qz5  
    光源创建: ec` $2u  
    ew cgg  
    光源类型选择为任意平面,光源半角设定为15度。 V2?&3Z) W  
    H/6GD,0  
    ]tVXao  
    我们将光源设定在探测器位置上,具体的原理解释请见本章第二部分。 2i~qihx5^  
    g"Z X1X  
    我们在位置选项又设定一行的目的是通过脚本自动控制光源在探测器平面不同划分区域内不同位置处追迹光线 R9z^=QKcH  
    f~D> *<L4-  
    N~An}QX|  
    功率数值设定为:P=sin2(theta) theta为光源半角15度。我们为什么要这么设定,在第二部分会给出详细的公式推导。 ZXj;ymC'  
    2x*C1   
    创建分析面: UPkD^D,  
    /RmHG H!  
    Soa5TM  
    到这里元件参数设定完成,现在我们设定元件的光学属性,在前面我们分别对第一和第二面设定的温度和发射系数,散射属性我们设定为黑朗伯,4%的散射。并分别赋予到面一和面二。 UMJ>6 Ko8  
    |cBpX+D  
    !*gTC1bvB  
    到此,所有的光学结构和属性设定完成,通过光线追迹我们可以查看光线是否可以穿过元件。 3y Azt*dZ  
    O$=)  
    FRED在探测器上穿过多个像素点迭代来创建热图 IlcFW  
    b]h]h1~hHH  
    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。 L){rv)?="  
    将如下的代码放置在树形文件夹 Embedded Scripts, ~xg1mS9d  
    =Jx,.|Bf  
    y[l19eU  
    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。 ,1YnWy *  
    d6.9]V?  
    绿色字体为说明文字, ,{{uRs/  
    vx\h Njb  
    '#Language "WWB-COM" ,SAS\!hsE  
    'script for calculating thermal image map .#b!#   
    'edited rnp 4 november 2005 ZK[S'(6q  
    oIM]  
    'declarations .#;;pu7W  
    Dim op As T_OPERATION iM Xl}3  
    Dim trm As T_TRIMVOLUME a]465FY  
    Dim irrad(32,32) As Double 'make consistent with sampling M#qZ0JT4  
    Dim temp As Double uj-q@IKe  
    Dim emiss As Double n8M/Y}mH   
    Dim fname As String, fullfilepath As String p5~;8Q7  
    8P3EQY -  
    'Option Explicit UP]J `\$o  
    GGs3r;(t  
    Sub Main qu[x=LZ_  
        'USER INPUTS U jC$Mi`O  
        nx = 31 %Ya-;&;`  
        ny = 31 { A(= phN  
        numRays = 1000 0=8.8LnN(  
        minWave = 7    'microns OX ?9 3AlG  
        maxWave = 11   'microns -NVk>ENL4  
        sigma = 5.67e-14 'watts/mm^2/deg k^4 y)v'0q  
        fname = "teapotimage.dat" -9U'yL90B  
    O329Bkg  
        Print "" Y 1 i!  
        Print "THERMAL IMAGE CALCULATION" V&_5q`L  
    C<6IiF[>%  
        detnode = FindFullName( "Geometry.Detector.Surface" ) '找到探测器平面节点 ~`{HWmah  
    48n>[ FMSR  
        Print "found detector array at node " & detnode Ox&g#,@h  
    s&lZxnIjc  
        srcnode = FindFullName( "Optical Sources.Source 1" ) '找到光源节点 XQk9 U  
    'MM#nQ\(  
        Print "found differential detector area at node " & srcnode d `Q$URn|  
    /s=TLPm  
        GetTrimVolume detnode, trm WZCX&ui  
        detx = trm.xSemiApe 7fl'nCo\"  
        dety = trm.ySemiApe @)m+O#a  
        area = 4 * detx * dety fZXJPy;n  
        Print "detector array semiaperture dimensions are " & detx & " by " & dety }_M .-Xm  
        Print "sampling is " & nx & " by " & ny -?!Z/#i4  
    LIVVb"V|,  
        'reset differential detector area dimensions to be consistent with sampling ;=6 ++Oq  
        pixelx = 2 * detx / nx y6; '?.Y1  
        pixely = 2 * dety / ny '&3Sl?E  
        SetSourcePosGridRandom srcnode, pixelx / 2, pixely / 2, numRays, False jo<[|ZD  
        Print "resetting source dimensions to " & pixelx / 2 & " by " & pixely / 2 `ivr$b#  
    Uz H)fB  
        'reset the source power [(`T*c.#.X  
        SetSourcePower( srcnode, Sin(DegToRad(15))^2 ) .d9VV&  
        Print "resetting the source power to " & GetSourcePower( srcnode ) & " units" i[^?24~ c  
    DSy,#yA  
        'zero out irradiance array [8SW0wsk  
        For i = 0 To ny - 1 :%A1k2  
            For j = 0 To nx - 1 s iv KXd  
                irrad(i,j) = 0.0 .Kq>/6  
            Next j ZH`6>:  
        Next i  tB[(o%k  
    bK("8T\?  
        'main loop r#]gAG4t\  
        EnableTextPrinting( False ) q`}Q[Li  
    2X)E3V/*  
        ypos =  dety + pixely / 2 F)_Rs5V:(  
        For i = 0 To ny - 1 3 T Q#3h  
            xpos = -detx - pixelx / 2 rg_-gZl8&z  
            ypos = ypos - pixely IVkKmO(qO  
    c1CP1 2  
            EnableTextPrinting( True ) Roy`HU ;0a  
            Print i !V@Y \M d  
            EnableTextPrinting( False ) bg_Zf7{  
    C3bZ3vcW$  
    >H5BY9]I  
            For j = 0 To nx - 1 cPI #XPM=  
    @OFl^U0/  
                xpos = xpos + pixelx <W/-[ M  
    g=b[V   
                'shift source @w6^*Z_hQ  
                LockOperationUpdates srcnode, True v2EM| Q xp  
                GetOperation srcnode, 1, op Si*Pi  
                op.val1 = xpos jfqWcX.X=  
                op.val2 = ypos 'iMI&?8u  
                SetOperation srcnode, 1, op MJV&%E6{:{  
                LockOperationUpdates srcnode, False Fdu0?H2TL  
    Tr/wG  
    raytrace ^lRXc.c z  
                DeleteRays 2;[75(l6|}  
                CreateSource srcnode $NG}YOP)@  
                TraceExisting 'draw WU#bA|Cf  
    UH%?{>oRh  
                'radiometry in#qV  
                For k = 0 To GetEntityCount()-1 PM=I  
                    If IsSurface( k ) Then [JMz~~ F  
                        temp = AuxDataGetData( k, "temperature" ) w:'$Uf8]  
                        emiss = AuxDataGetData( k, "emissivity" ) x gaN0!  
                        If ( temp <> 0 And emiss <> 0 ) Then '4dnC2a]  
                            ProjSolidAngleByPi = GetSurfIncidentPower( k ) gA2\c5F<  
                            frac = BlackBodyFractionalEnergy ( minWave, maxWave, temp ) A+Y>1-=JO  
                            irrad(i,j) = irrad(i,j) + frac * emiss * sigma * temp^4 * ProjSolidAngleByPi v]U[7 j  
                        End If <LZvG IMl  
    F2oY_mA  
                    End If evg i\"  
    A_Sl#e  
                Next k qdZn9i  
    wc~a}0uz  
            Next j RS<c&{?  
    EW#.)@-  
        Next i s;8J= \9W  
        EnableTextPrinting( True ) '9<Mk-Aj  
    4(u+YW GX  
        'write out file =kZPd>&L  
        fullfilepath = CurDir() & "\" & fname .__X[Mzth3  
        Open fullfilepath For Output As #1 pl q$t/.U;  
        Print #1, "GRID " & nx & " " & ny rx_'(  
        Print #1, "1e+308" ;13lu1  
        Print #1, pixelx & " " & pixely W1r-uR  
        Print #1, -detx+pixelx/2 & " " & -dety+pixely/2 }4_izKS  
    i7e{REBXb  
        maxRow = nx - 1 H0tjN&O_  
        maxCol = ny - 1 CX CU5-  
        For rowNum = 0 To maxRow                    ' begin loop over rows (constant X) nF A7@hsm  
                row = "" 4X#>;  
            For colNum = maxCol To 0 Step -1            ' begin loop over columns (constant Y) 2lAuO!%  
                row = row & irrad(colNum,rowNum) & " "     ' append column data to row string Eto0>YyZ  
            Next colNum                     ' end loop over columns _Mq@58q'  
    2c8,H29  
                Print #1, row :Nc~rOC _  
    u"pn'H  
        Next rowNum                         ' end loop over rows )F4er '  
        Close #1 _k5KJKvr  
    qYsu3y)*N  
        Print "File written: " & fullfilepath  @tDVW *!  
        Print "All done!!" quGb;)3  
    End Sub l4R:_Z<  
    (zJ TBI'  
    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: 6G@_!i*2F  
    [u)^QgP  
    3gv>AgG  
    找到Tools工具,点击Open plot files in 3D chart并找到该文件 |P5?0{  
      
    68 -I2@&  
    2R2Z6}  
    打开后,选择二维平面图: *RxbqB-  
    : ]CZS  
     
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