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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。 Cf_Ik  
    ':7%@2Zo  
    成像示意图
    |U_48  
    首先我们建立十字元件命名为Target 1%L* 9>e  
    ;z9(  
    创建方法: 5k`[a93T  
    !U"1ZsO)l  
    面1 : Y/t:9Aau  
    面型:plane I +,D,Vg  
    材料:Air '_n{+eR74  
    孔径:X=1.5, Y=6,Z=0.075,形状选择Box  *it(o  
    |Hbe]2"x>  
    Ii?"`d+JA  
    辅助数据: YbC6&_  
    首先在第一行输入temperature :300K, u.gh04{5  
    emissivity:0.1; b; SFnZa8  
     ?4 `K8  
    cU25]V^{\  
    面2 : {Izg1 N  
    面型:plane 'JEZ;9}  
    材料:Air ;G.m;5A  
    孔径:X=1.5, Y=6,Z=0.075,形状选择Box a9GOY+;bf  
    FhB^E$r%  
    Rg&6J#h  
    位置坐标:绕Z轴旋转90度, x8T5aS  
    x5m .MQ J  
    O.=~/!(  
    辅助数据: Gvt.m&_  
    tg~&kaz  
    首先在第一行输入temperature :300K,emissivity: 0.1; qEE3 x>&T]  
    f8! PeQ?  
    A.vcE  
    Target 元件距离坐标原点-161mm; a4,bP*H  
    v&(X& q  
    [pbX_  
    单透镜参数设定:F=100, bend=0, 位置位于坐标原点 -p>KFHj6  
    QEM")(  
    q*A2>0O  
    探测器参数设定: K0]'v>AWr  
    hQBeM7$F_  
    在菜单栏中选择Create/Element Primitive /plane ?9i7+Y"  
    2 c'=^0:  
    kq:,}fc;B  
    n?pCMS|  
    }i/&m&VU  
    w;' F;j~  
    元件半径为20mm*20,mm,距离坐标原点200mm。 #hd<5+$U}l  
    0|{U"\  
    光源创建: 3h"; 2  
    eEn_aX  
    光源类型选择为任意平面,光源半角设定为15度。 i#1T68y}  
    8N6a=[fv<  
    n<CJx+U  
    我们将光源设定在探测器位置上,具体的原理解释请见本章第二部分。  b6S86>  
    N)RWC7th{  
    我们在位置选项又设定一行的目的是通过脚本自动控制光源在探测器平面不同划分区域内不同位置处追迹光线 1q~U3'l:$  
    ue/6DwUv  
    S#+G?I3w  
    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。 Sct-,K%i  
    $t 1]w]}d  
    创建分析面: 6kT l(+  
    #X"\:yN  
    |i?AtOt@f  
    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。 $Miii`VS9  
    ]Nt97eD)  
    W\U zw,vI  
    到此,所有的光学结构和属性设定完成,通过光线追迹我们可以查看光线是否可以穿过元件。 ]rn!+z  
    ynM{hN.+H  
    FRED在探测器上穿过多个像素点迭代来创建热图 5vbnO]8  
    K;6K!6J:[  
    FRED具有一个内置的可编译的Basic脚本语言。从Visual Basic脚本语言里,几乎所有用户图形界面(GUI)命令是可用这里的。FRED同样具有自动的客户端和服务器能力,它可以被调用和并调用其他可启动程序,如Excel。因此可以在探测器像素点上定义多个离轴光源,及在FRED Basic脚本语言里的For Next loops语句沿着探测器像素点向上和向下扫描来反向追迹光线,这样可以使用三维图表查看器(Tools/Open plot files in 3D chart)调用和查看数据。 [X^JV/R  
    将如下的代码放置在树形文件夹 Embedded Scripts, j#&sZ$HQ4  
    'cw0FpQ;  
    :v{ $]wg  
    打开后清空里面的内容,此脚本为通用脚本适用于一切可热成像的应用。 PBn(k>=+  
    l,*Q?q  
    绿色字体为说明文字, ~JLqx/[|s  
    /GM-#q a  
    '#Language "WWB-COM" 6{lWUr  
    'script for calculating thermal image map J-?\,N1R7  
    'edited rnp 4 november 2005 z8Dn<h  
    (P`{0^O"}  
    'declarations )r?i^D&4  
    Dim op As T_OPERATION jI;bVG  
    Dim trm As T_TRIMVOLUME |,sUD/rt  
    Dim irrad(32,32) As Double 'make consistent with sampling mu"]B]  
    Dim temp As Double nZ\,ZqV  
    Dim emiss As Double 1uV_C[:  
    Dim fname As String, fullfilepath As String `Q(ac| 0  
    ;xB"D0~,1  
    'Option Explicit XZ|"7as  
    hD >:WJ  
    Sub Main Vg \-^$  
        'USER INPUTS  b 1[U 9  
        nx = 31 gP( -Op  
        ny = 31 M8cLh!!  
        numRays = 1000 _hh|/4(  
        minWave = 7    'microns k}lx!Ck  
        maxWave = 11   'microns |!!E5osXq  
        sigma = 5.67e-14 'watts/mm^2/deg k^4 E 3I'3  
        fname = "teapotimage.dat" 'd U$QO  
    cWRB=`=qz  
        Print "" 4`8.\  
        Print "THERMAL IMAGE CALCULATION" wkJB5i^<w  
    hLm9"N'Pf  
        detnode = FindFullName( "Geometry.Detector.Surface" ) '找到探测器平面节点 &-b=gnT   
    Cg{$$&_(Hj  
        Print "found detector array at node " & detnode =JVRm 2#*  
    bLV@Ts  
        srcnode = FindFullName( "Optical Sources.Source 1" ) '找到光源节点 Z,4=<;PF  
    GU[ Cq=k  
        Print "found differential detector area at node " & srcnode p\-.DRwT`  
    f "&q~V4?  
        GetTrimVolume detnode, trm ~!&[;EM<bm  
        detx = trm.xSemiApe M9&tys[KX  
        dety = trm.ySemiApe oTa! F;I  
        area = 4 * detx * dety q!ZmF1sU  
        Print "detector array semiaperture dimensions are " & detx & " by " & dety %BG5[ XQ7  
        Print "sampling is " & nx & " by " & ny \clWrK  
    +z[!]^H]4  
        'reset differential detector area dimensions to be consistent with sampling GzB%vsv9 5  
        pixelx = 2 * detx / nx = oh6;Ojt  
        pixely = 2 * dety / ny _b5iR<f  
        SetSourcePosGridRandom srcnode, pixelx / 2, pixely / 2, numRays, False &9ZIf#R  
        Print "resetting source dimensions to " & pixelx / 2 & " by " & pixely / 2 X4k/7EA  
    F`- [h )e.  
        'reset the source power h{JVq72R  
        SetSourcePower( srcnode, Sin(DegToRad(15))^2 ) D$mrnm4d  
        Print "resetting the source power to " & GetSourcePower( srcnode ) & " units" <.v6w*+{/  
    C,<TAm  
        'zero out irradiance array >u/yp[Ky  
        For i = 0 To ny - 1 B0KM~cCPQP  
            For j = 0 To nx - 1 =f|>7m.p  
                irrad(i,j) = 0.0 F"F(s!  
            Next j ^CE:?>a$  
        Next i B}FF |0<  
    }>1E,3A:%G  
        'main loop iIF'!K=q  
        EnableTextPrinting( False ) (i?^g &  
    uB^]5sqfk  
        ypos =  dety + pixely / 2 3AL.UBj&}  
        For i = 0 To ny - 1 .^NV e40O  
            xpos = -detx - pixelx / 2 jF5JpyOc  
            ypos = ypos - pixely U^YPL,m1  
    gU%GM  
            EnableTextPrinting( True ) g Q9ff,  
            Print i 8&;dR  
            EnableTextPrinting( False ) T*ic?!  
    Sh*P^i.]+  
    [< `+9R  
            For j = 0 To nx - 1 >I!(CM":s$  
    ' FK"-)s  
                xpos = xpos + pixelx i~9)Hz;!  
    4HHf3j!5  
                'shift source -s1VlS/  
                LockOperationUpdates srcnode, True tp]|/cx4  
                GetOperation srcnode, 1, op HkN +:  
                op.val1 = xpos *o#`lH  
                op.val2 = ypos i,HAXPi  
                SetOperation srcnode, 1, op 3OZ}&[3  
                LockOperationUpdates srcnode, False [K KoEZ  
    t(yv   
    raytrace p[eRK .$!  
                DeleteRays xle29:?l  
                CreateSource srcnode ?`XKaD! f  
                TraceExisting 'draw gn%"dfm  
    A^7!+1*K+  
                'radiometry |eqDT,4  
                For k = 0 To GetEntityCount()-1 YH>n{o;- ?  
                    If IsSurface( k ) Then S=2,jPX2r  
                        temp = AuxDataGetData( k, "temperature" ) cjW]Nw  
                        emiss = AuxDataGetData( k, "emissivity" ) Pm_=   
                        If ( temp <> 0 And emiss <> 0 ) Then WDZi @9X_  
                            ProjSolidAngleByPi = GetSurfIncidentPower( k ) HHYcFoJwYN  
                            frac = BlackBodyFractionalEnergy ( minWave, maxWave, temp ) Pla EI p  
                            irrad(i,j) = irrad(i,j) + frac * emiss * sigma * temp^4 * ProjSolidAngleByPi GND[f}  
                        End If >']H)c'2  
    /$=^0v +  
                    End If tFQFpbI  
    R[c_L=  
                Next k `jHGNi  
    Vh8uE  
            Next j &M!:,B  
    I}WJ0}R  
        Next i +=_Pl7?  
        EnableTextPrinting( True ) ;D1IhDC  
    8{YxUD  
        'write out file -{h[W bf  
        fullfilepath = CurDir() & "\" & fname TG9)x|!  
        Open fullfilepath For Output As #1 UQ)}i7v  
        Print #1, "GRID " & nx & " " & ny #O WSy'Qnt  
        Print #1, "1e+308" "J#:PfJ%  
        Print #1, pixelx & " " & pixely 2YyZiOMSc  
        Print #1, -detx+pixelx/2 & " " & -dety+pixely/2 z#4g,)ZX  
    "Tv7*3>  
        maxRow = nx - 1 qHCs{ u  
        maxCol = ny - 1 x _K%  
        For rowNum = 0 To maxRow                    ' begin loop over rows (constant X) bv/b<N@4?$  
                row = "" u_B SWhiW  
            For colNum = maxCol To 0 Step -1            ' begin loop over columns (constant Y) l_ c?q"X  
                row = row & irrad(colNum,rowNum) & " "     ' append column data to row string Tt\w^Gv\d  
            Next colNum                     ' end loop over columns UVK"%kW#(  
    g&>Hy!v,  
                Print #1, row l+6(|"md  
    sFQ|lU"n  
        Next rowNum                         ' end loop over rows ShpnFuH  
        Close #1 >$DqG$D  
    (4LLTf0  
        Print "File written: " & fullfilepath Pcs@`&}7r  
        Print "All done!!" V1.F`3h~  
    End Sub &[kgrRF@HU  
    5WT\0]RUa  
    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: 2#3R]zIO  
    1RA$hW@}  
    kdC OcJB  
    找到Tools工具,点击Open plot files in 3D chart并找到该文件 9f\8oJQ  
      
    TpgBS4q  
    37xxVbik  
    打开后,选择二维平面图: =f!M=D  
    .TC `\mV  
     
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