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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。 zTg\\z;  
    UGPDwgq\v  
    成像示意图
    cj[b^Wv:  
    首先我们建立十字元件命名为Target &zJI~R  
    1tNL)x"w  
    创建方法: G}pFy0W\S  
    q}P@}TE  
    面1 :  aO&U=!  
    面型:plane tY"eoPme  
    材料:Air bTD?uX!^@  
    孔径:X=1.5, Y=6,Z=0.075,形状选择Box zgAU5cw  
    @N Yl4N  
    kZw"a*6  
    辅助数据: LL(xi )  
    首先在第一行输入temperature :300K, t*(bF[?  
    emissivity:0.1; (TT=i  
    x0<;Rm [u=  
    1b9S";ct0  
    面2 : Fv~lasW[  
    面型:plane '3>;8(s l  
    材料:Air ;@ePu  
    孔径:X=1.5, Y=6,Z=0.075,形状选择Box [{7#IZL  
    y*iZ;Bv j  
    nONuw;K  
    位置坐标:绕Z轴旋转90度, arL>{mj  
    ;_cTrjMv\  
    8 Rj5~+5  
    辅助数据: *igmi9A  
    $@z77td3  
    首先在第一行输入temperature :300K,emissivity: 0.1; ?6:qAFw  
    ,R{&x7  
    ZexC3LD"  
    Target 元件距离坐标原点-161mm; ZE=sw}=  
    XJ<"S p  
    z0}j7ns]  
    单透镜参数设定:F=100, bend=0, 位置位于坐标原点 ='m$ O  
    SxRJ{m~  
    & BPYlfB1  
    探测器参数设定: VIp|U{  
    g Q\.|'%  
    在菜单栏中选择Create/Element Primitive /plane A^OwT#  
    d {!P c<  
    KR?;7*qF  
    eGEwXza 4  
    W3.[d->X  
    O\=Z;}<N  
    元件半径为20mm*20,mm,距离坐标原点200mm。 {lds?AuK  
    Orq/38:4G  
    光源创建: _5p$#U`  
    [\ao#f0WR  
    光源类型选择为任意平面,光源半角设定为15度。 {"wF;*U.V  
    5eTA]  
    tyR?A>F4  
    我们将光源设定在探测器位置上,具体的原理解释请见本章第二部分。 AIHH@z   
    -N' (2'  
    我们在位置选项又设定一行的目的是通过脚本自动控制光源在探测器平面不同划分区域内不同位置处追迹光线 N'2?Zb  
    b-& rMML  
    #z(:n5$F  
    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。 1TZ[i  
    m^ xTV-#l@  
    创建分析面: #&|"t< }  
    |ty&}'6C  
    TQn!MUj/^  
    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。 45JL{YRN  
    s$#64"F  
    J*zzjtY( 1  
    到此,所有的光学结构和属性设定完成,通过光线追迹我们可以查看光线是否可以穿过元件。 j e\!0{  
    6{+yAsI  
    FRED在探测器上穿过多个像素点迭代来创建热图 85E$m'0O  
    :qo[@x{  
    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。 ; <FAc R  
    将如下的代码放置在树形文件夹 Embedded Scripts, K GgtEh|  
    {-5)nS^_  
    &y_t,8>5  
    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。 &;$uU  
    ;u2[Ww~k  
    绿色字体为说明文字, k4s V6f  
    ,l&?%H9q  
    '#Language "WWB-COM" !td!">r46e  
    'script for calculating thermal image map )?72 +X  
    'edited rnp 4 november 2005 ci;2XLAM  
    NO*, }aeG  
    'declarations qJ;~ANwt  
    Dim op As T_OPERATION J`5VE$2M  
    Dim trm As T_TRIMVOLUME *8)?ZZMM  
    Dim irrad(32,32) As Double 'make consistent with sampling ?i<l7   
    Dim temp As Double oRbWqN`F.  
    Dim emiss As Double nFni1cCD  
    Dim fname As String, fullfilepath As String hrniZ^  
    Be{@ L  
    'Option Explicit U 4d7-&U  
    ^y>V-R/N  
    Sub Main 1:eWZ]B5"  
        'USER INPUTS j}Tv/O,f  
        nx = 31 z_'^=9m  
        ny = 31 Oem1=QpaC  
        numRays = 1000 AON |b\?  
        minWave = 7    'microns }d5]N  
        maxWave = 11   'microns qK'mF#n0#  
        sigma = 5.67e-14 'watts/mm^2/deg k^4 j"jssbu}  
        fname = "teapotimage.dat" ewcFzlA@  
    0j$=KA  
        Print "" ]:f.="  
        Print "THERMAL IMAGE CALCULATION" 4<s;xSCL  
    w^L`"  
        detnode = FindFullName( "Geometry.Detector.Surface" ) '找到探测器平面节点 ~;(\a@ _  
    72| gzm  
        Print "found detector array at node " & detnode 0/~p1SSun  
    )nHMXZ>Td  
        srcnode = FindFullName( "Optical Sources.Source 1" ) '找到光源节点 7b1 yF,N  
    w (HVC  
        Print "found differential detector area at node " & srcnode Ow-ejo  
    Yh]a4l0  
        GetTrimVolume detnode, trm %>K(IR pMW  
        detx = trm.xSemiApe ` ,T .  
        dety = trm.ySemiApe \WE/#To  
        area = 4 * detx * dety b$2=w^*  
        Print "detector array semiaperture dimensions are " & detx & " by " & dety {ZUk!o>m@  
        Print "sampling is " & nx & " by " & ny nIH(2j  
    @IL@|Srs8  
        'reset differential detector area dimensions to be consistent with sampling ,GWa3.&.d  
        pixelx = 2 * detx / nx <w&'E6mU  
        pixely = 2 * dety / ny 9{u/|,rq1  
        SetSourcePosGridRandom srcnode, pixelx / 2, pixely / 2, numRays, False xpa+R^D5G  
        Print "resetting source dimensions to " & pixelx / 2 & " by " & pixely / 2 @%g:'^/  
    <2*+Y|Lk2  
        'reset the source power  mTH[*Y,  
        SetSourcePower( srcnode, Sin(DegToRad(15))^2 ) ~JZLWTEe  
        Print "resetting the source power to " & GetSourcePower( srcnode ) & " units" #NT~GhWFf  
    %w_MRC  
        'zero out irradiance array C^C'!  
        For i = 0 To ny - 1 bIT[\Q  
            For j = 0 To nx - 1 k&yBB%g  
                irrad(i,j) = 0.0 Il/`#b@h  
            Next j ^/2O_C  
        Next i 9on$0  
    [ GknE#p  
        'main loop '\H & EJ'  
        EnableTextPrinting( False ) hpOY&7QUTD  
    i_L u  
        ypos =  dety + pixely / 2 x^3K=l;N  
        For i = 0 To ny - 1 34k(:]56|  
            xpos = -detx - pixelx / 2 mC ]Krnx  
            ypos = ypos - pixely P Jb /tKC  
    |{M F o)  
            EnableTextPrinting( True ) O0^Y1l  
            Print i H{P*d=9v  
            EnableTextPrinting( False ) &}gH!5L m  
    [HXd|,~_j-  
    TbMlYf]It  
            For j = 0 To nx - 1 R "W=V  
    Pd:tRY+t/  
                xpos = xpos + pixelx cmf*BkS  
    I2{zy|&  
                'shift source eJOo~HIWQ  
                LockOperationUpdates srcnode, True L#vk77  
                GetOperation srcnode, 1, op L-W*h  
                op.val1 = xpos Qm3 RXO  
                op.val2 = ypos 7B _Wz9y  
                SetOperation srcnode, 1, op <y-2ovw*  
                LockOperationUpdates srcnode, False ld~*w  
    ^-# :T  
    raytrace i+-Y"vRi  
                DeleteRays gO~>*q &  
                CreateSource srcnode tchpO3u,  
                TraceExisting 'draw DKQQZ` PF  
    ~}YgZ/U7T  
                'radiometry .R+n}>+K  
                For k = 0 To GetEntityCount()-1 bxz6 >>  
                    If IsSurface( k ) Then uN9.U  _  
                        temp = AuxDataGetData( k, "temperature" ) az:lG(ZGw  
                        emiss = AuxDataGetData( k, "emissivity" ) A|L-;P NP  
                        If ( temp <> 0 And emiss <> 0 ) Then 1eqFMf  
                            ProjSolidAngleByPi = GetSurfIncidentPower( k ) wW/wvC-  
                            frac = BlackBodyFractionalEnergy ( minWave, maxWave, temp ) h" YA>_1  
                            irrad(i,j) = irrad(i,j) + frac * emiss * sigma * temp^4 * ProjSolidAngleByPi Th])jQ*  
                        End If 6l?KX  
    QZ-6aq\sgp  
                    End If ?IG+U TI  
    [0NH#88ym<  
                Next k ,J-YfL^x6*  
    ``?Z97rH  
            Next j wCr+/" t  
    e3&.RrA  
        Next i $/i;UUd  
        EnableTextPrinting( True ) 'UCF2 L  
    bU(fH^  
        'write out file nG5:H.)  
        fullfilepath = CurDir() & "\" & fname  - zEQ/6  
        Open fullfilepath For Output As #1 9%Ftln6  
        Print #1, "GRID " & nx & " " & ny n;dp%SD  
        Print #1, "1e+308" BI)$aR  
        Print #1, pixelx & " " & pixely gJn_8\,C>Q  
        Print #1, -detx+pixelx/2 & " " & -dety+pixely/2 i*vf(0G  
    v/Ei0}e6~  
        maxRow = nx - 1 tdRnRoB  
        maxCol = ny - 1 /Big^^u  
        For rowNum = 0 To maxRow                    ' begin loop over rows (constant X) m>?{flO  
                row = "" c/}bx52>u  
            For colNum = maxCol To 0 Step -1            ' begin loop over columns (constant Y) qxwD4L`S  
                row = row & irrad(colNum,rowNum) & " "     ' append column data to row string 78+PG(Q_M  
            Next colNum                     ' end loop over columns ^$O,Gy)V  
    w0t||qj^>"  
                Print #1, row OGO4~Up  
    &@D,|kHk  
        Next rowNum                         ' end loop over rows n|iO)L\9aB  
        Close #1 r(qU~re'  
    #$>m`r  
        Print "File written: " & fullfilepath hI 1 }^;  
        Print "All done!!" of:xj$dQ_  
    End Sub {#1}YGpiVM  
    j1,ir  
    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: <yrl_vl{  
    PM%Gsy]q  
    >'lte&  
    找到Tools工具,点击Open plot files in 3D chart并找到该文件 !n/"39KT  
      
    X}3o  
    *] cm{N  
    打开后,选择二维平面图: Xn3Ph!\Z5e  
    5Y97?n+6  
     
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