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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。 [_G_Wl'#8  
    qTj7mUk  
    成像示意图
    g`d5OHvO o  
    首先我们建立十字元件命名为Target !)?n n3  
    8uP,#D<wZ  
    创建方法: 4fT,/[k?  
    3PIZay  
    面1 : Ew*_@hVC  
    面型:plane $k,Z)2  
    材料:Air ~-.}]N+([  
    孔径:X=1.5, Y=6,Z=0.075,形状选择Box O6pswMhAc  
    Mi%i_T^i  
    MT [V1I{LV  
    辅助数据: )iNM jg  
    首先在第一行输入temperature :300K, ONH!ms(kb  
    emissivity:0.1; yS[:C 2v  
    B: \\aOEj  
    xdFm-_\-  
    面2 : W-qec  
    面型:plane IlVz 5#R  
    材料:Air zflq|dW  
    孔径:X=1.5, Y=6,Z=0.075,形状选择Box !g  #  
    {pH{SRM)B  
    tSaLR90Y6  
    位置坐标:绕Z轴旋转90度, UOJx-o!c?  
    ",!#7h  
    ?3D|{  
    辅助数据:  0w>V![  
    NoTEbFrV  
    首先在第一行输入temperature :300K,emissivity: 0.1; wN>k&J  
    cY8X A6  
    i ?&t@"'  
    Target 元件距离坐标原点-161mm; 9utiev~3  
    Cc/h|4  
    Ebw1 %W KC  
    单透镜参数设定:F=100, bend=0, 位置位于坐标原点 UbNA|`H  
    ROlef;/A  
    Zyt,D|eWj  
    探测器参数设定: %X7R_>.   
    5\gL+ qM0  
    在菜单栏中选择Create/Element Primitive /plane 9>yLSM,!rS  
    N[~{'i  
    +;^Ux W  
    AFE6@/'  
    [EI~/#;  
    :)o 4fOJ8  
    元件半径为20mm*20,mm,距离坐标原点200mm。 qB6@OS  
    Jmrs@  
    光源创建: cyrVz4_a  
    h sG~xRA\  
    光源类型选择为任意平面,光源半角设定为15度。 =lT~  
    Oxo?\ :T  
    *j5>2-C &  
    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。 GKT2x '(e  
    7ss Y*1b  
    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 4<}!+X7m  
    ,)/gy)~#  
    vUm#^/#I  
    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。 iO1ir+B\  
    kt`_n+G  
    创建分析面: '!eg9}<  
    G&,1 NjSi  
    qTSyy=  
    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。 `_%U K=m  
    Dl=9<:6FW  
    T8<pb^#  
    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。 ffoL]u\  
    er@"4R0  
    FRED在探测器上穿过多个像素点迭代来创建热图 tfB}U.  
    < z':_,  
    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。 kw)( "SQ  
    将如下的代码放置在树形文件夹 Embedded Scripts, ],`xd_=]=  
    e&~vO| 3w%  
    _y>mmE   
    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。 ] V|hDU=t  
    [|iWLPO1&k  
    绿色字体为说明文字, R[_Q}W'HG  
    d}D%%noIu  
    '#Language "WWB-COM" pK`1pfih  
    'script for calculating thermal image map  NOY`1i  
    'edited rnp 4 november 2005 TF]bmM})0  
    X0:V5 e  
    'declarations M3XG s|gw  
    Dim op As T_OPERATION /x%h@Cn!  
    Dim trm As T_TRIMVOLUME z<_&4)2{  
    Dim irrad(32,32) As Double 'make consistent with sampling *Bfo"["0.  
    Dim temp As Double BF^dNgn+%K  
    Dim emiss As Double o<h2]TN  
    Dim fname As String, fullfilepath As String zM+4<k_dH]  
    ^}SP,lg'  
    'Option Explicit NS<C"O  
    j1zrjhXI  
    Sub Main _V2^0CZ  
        'USER INPUTS ATQw=w 3W  
        nx = 31 6=cfr; BH2  
        ny = 31 LTZ8Eu  
        numRays = 1000 F u>  
        minWave = 7    'microns su$IXI#R-&  
        maxWave = 11   'microns u+/Uc:XK)  
        sigma = 5.67e-14 'watts/mm^2/deg k^4 5)5$h]Nz>  
        fname = "teapotimage.dat" WCNycH+1  
    rn$G.SMgz  
        Print "" n!aA<  
        Print "THERMAL IMAGE CALCULATION" <OH{7>V  
    yj$$k~@  
        detnode = FindFullName( "Geometry.Detector.Surface" ) '找到探测器平面节点 ]z5kYU&  
    jJY{np  
        Print "found detector array at node " & detnode oACbZ#/@n  
    SFu]*II;{  
        srcnode = FindFullName( "Optical Sources.Source 1" ) '找到光源节点 xzi_u.iOP  
    (k^% j  
        Print "found differential detector area at node " & srcnode uTShz3  
    M)F_$ ICE-  
        GetTrimVolume detnode, trm %p48=|+  
        detx = trm.xSemiApe >jU25"XI[  
        dety = trm.ySemiApe bO i-QD  
        area = 4 * detx * dety c"O4=[N: ;  
        Print "detector array semiaperture dimensions are " & detx & " by " & dety m?< ^b_a}  
        Print "sampling is " & nx & " by " & ny vp32}ze D  
     /!#A'#Z  
        'reset differential detector area dimensions to be consistent with sampling Ypx5:gm|J  
        pixelx = 2 * detx / nx ZZ>"LH  
        pixely = 2 * dety / ny YpOcLxFL  
        SetSourcePosGridRandom srcnode, pixelx / 2, pixely / 2, numRays, False YdZ9##IU3  
        Print "resetting source dimensions to " & pixelx / 2 & " by " & pixely / 2  )[S#:PP  
    tk)J E^'  
        'reset the source power KuRJo]  
        SetSourcePower( srcnode, Sin(DegToRad(15))^2 ) ,i jB3J  
        Print "resetting the source power to " & GetSourcePower( srcnode ) & " units" |oWl9j]Z  
    4U8N7  
        'zero out irradiance array eRqPZb"6MR  
        For i = 0 To ny - 1 pCf9"LLer  
            For j = 0 To nx - 1 sYq:2Wn>8Q  
                irrad(i,j) = 0.0 r6eZ-V`4  
            Next j i]#"@xQ  
        Next i M }! qH.W  
    zv7)JH7EV&  
        'main loop BTzBT%mP  
        EnableTextPrinting( False ) ~.tl7wKkR/  
    x?UAj8z6  
        ypos =  dety + pixely / 2 /1v:eoF;  
        For i = 0 To ny - 1 eZ oAy[  
            xpos = -detx - pixelx / 2 +7Uv|LZ~@  
            ypos = ypos - pixely fN1b+ d~*6  
    !kG|BJ$j  
            EnableTextPrinting( True ) k|czQ"vaI  
            Print i =]r2;014  
            EnableTextPrinting( False ) :GN++\ 1pw  
    MK-+[K  
    xnC:?d  
            For j = 0 To nx - 1 >~0~h:M+  
    .Y|wG<E  
                xpos = xpos + pixelx U(PW$\l  
     y!dw{Lz  
                'shift source <O1os"w  
                LockOperationUpdates srcnode, True c1q;  
                GetOperation srcnode, 1, op d A'0'M  
                op.val1 = xpos ;PB_ @Zg  
                op.val2 = ypos E/hT/BOPK  
                SetOperation srcnode, 1, op %Z+**>1J  
                LockOperationUpdates srcnode, False T, +=ka$  
    ,1g_{dMx  
    raytrace >=d 5Scix  
                DeleteRays F [Lg,}  
                CreateSource srcnode I94-#*~I  
                TraceExisting 'draw UlWm). b;v  
    HOx+umjxW  
                'radiometry Qqi?DW1)-  
                For k = 0 To GetEntityCount()-1 2cO6'?b  
                    If IsSurface( k ) Then #K`0b$  
                        temp = AuxDataGetData( k, "temperature" ) NiFe#SLA  
                        emiss = AuxDataGetData( k, "emissivity" ) +J85Re `  
                        If ( temp <> 0 And emiss <> 0 ) Then 0~EGrEt  
                            ProjSolidAngleByPi = GetSurfIncidentPower( k ) LzJ`@0RrX  
                            frac = BlackBodyFractionalEnergy ( minWave, maxWave, temp ) H|0-Al.{  
                            irrad(i,j) = irrad(i,j) + frac * emiss * sigma * temp^4 * ProjSolidAngleByPi c^O&A\+;  
                        End If J0 dY%pH#  
    l[]cUE  
                    End If *T#^|<.XG  
    HYmUD74FR  
                Next k [!>9K}z,=  
    5*f54g"'  
            Next j {n&n^`Em  
    A|,qjiEJCc  
        Next i W"*2,R[}%  
        EnableTextPrinting( True ) $hHV Ie]+  
    CPL,QVO9  
        'write out file aNs8T`  
        fullfilepath = CurDir() & "\" & fname MD*dq  
        Open fullfilepath For Output As #1 ZPY&q&R  
        Print #1, "GRID " & nx & " " & ny BG8/  
        Print #1, "1e+308" 1hlU 6 =Y  
        Print #1, pixelx & " " & pixely k$ T  
        Print #1, -detx+pixelx/2 & " " & -dety+pixely/2 _Rb2jq(&0  
    ij|>hQC5i  
        maxRow = nx - 1 {NQCe0S+p  
        maxCol = ny - 1 .heU Ir,  
        For rowNum = 0 To maxRow                    ' begin loop over rows (constant X) ).IyjHY  
                row = "" ,v 2^Ui  
            For colNum = maxCol To 0 Step -1            ' begin loop over columns (constant Y) ^%!SKhRIK  
                row = row & irrad(colNum,rowNum) & " "     ' append column data to row string ,[T/O\k  
            Next colNum                     ' end loop over columns @ZjO#%Ep/  
    p!8phS#iP  
                Print #1, row &PH:J*?C}  
    .j&#  
        Next rowNum                         ' end loop over rows \@yJbhk  
        Close #1 'e*w8h  
    ^<qi&*  
        Print "File written: " & fullfilepath `Oi#`lC\  
        Print "All done!!" P[-do  
    End Sub MoQ\~/Z|  
    -Ci&h  
    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: W8$0y2  
    y3o3G  
    e8T"d%f?  
    找到Tools工具,点击Open plot files in 3D chart并找到该文件 ez!W0  
      
    -|^)8  
    b1cVAfUP  
    打开后,选择二维平面图: Ncsh{.  
    $/|) ,n  
     
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