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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。 iYHD:cg)~  
    C#p$YQf  
    成像示意图
    rYeFYPS  
    首先我们建立十字元件命名为Target gx4`pH;B\  
    :r:5a(sq  
    创建方法: wX#=l?,K  
    0+;.T1?  
    面1 : <'-}6f3  
    面型:plane vC$[Zm  
    材料:Air fa/ '4  
    孔径:X=1.5, Y=6,Z=0.075,形状选择Box E0>4Q\n{  
    -#Yg B5  
    zbx,qctYo$  
    辅助数据: XkCbdb  
    首先在第一行输入temperature :300K, M=x/PrY"R  
    emissivity:0.1; {_ww1'|A  
    ^g~Asz5]  
    p44d&9  
    面2 : aIRCz=N  
    面型:plane K4N~ApLB+  
    材料:Air T5-50nU,~  
    孔径:X=1.5, Y=6,Z=0.075,形状选择Box wP6~HiC  
    E4HG`_cWb  
    PsEm(.z  
    位置坐标:绕Z轴旋转90度, Up*p*(d3  
    V(=~p[  
    6WgGewn  
    辅助数据: MH'S,^J  
    5sM-E>8G^{  
    首先在第一行输入temperature :300K,emissivity: 0.1; ZJ 8~f  
    }7g\1l\  
    PD$ay^Y  
    Target 元件距离坐标原点-161mm; 7X2g"2\Wm  
    +yVz ) X  
    #v=hiL  
    单透镜参数设定:F=100, bend=0, 位置位于坐标原点 9 vmH$  
    :upi2S_e  
    /.aZXC$]  
    探测器参数设定: O!hg@[\B+  
    ?Re@`f+*  
    在菜单栏中选择Create/Element Primitive /plane 1G=1FGvP  
    d\3L.5]X  
    Aw;~b&.U{_  
     ;B^G<  
    x!{5.#  
    -F/"W  
    元件半径为20mm*20,mm,距离坐标原点200mm。 37v!:xF!  
    d@b"tb}R  
    光源创建: gPT-zul  
    (%oZgvM  
    光源类型选择为任意平面,光源半角设定为15度。 y)"aQJ>  
    69!J' kM[  
    ` *&*jdq&i  
    我们将光源设定在探测器位置上,具体的原理解释请见本章第二部分。 c`#E#  
    tU}CRh  
    我们在位置选项又设定一行的目的是通过脚本自动控制光源在探测器平面不同划分区域内不同位置处追迹光线 pez[qs  
    O9r3^y\>I  
    gkI(B2,/  
    功率数值设定为:P=sin2(theta) theta为光源半角15度。我们为什么要这么设定,在第二部分会给出详细的公式推导。 (VO) Q  
    a^~T-;_V  
    创建分析面: % rRYT8  
    R N5\,>+  
    Zi|MWaA.f  
    到这里元件参数设定完成,现在我们设定元件的光学属性,在前面我们分别对第一和第二面设定的温度和发射系数,散射属性我们设定为黑朗伯,4%的散射。并分别赋予到面一和面二。 8%_XJyg  
    Agl5[{]E  
    y{uRh>l  
    到此,所有的光学结构和属性设定完成,通过光线追迹我们可以查看光线是否可以穿过元件。 =IkQ;L&  
    `a ["`N^  
    FRED在探测器上穿过多个像素点迭代来创建热图 G':mc{{  
    =V5<>5"M?  
    FRED具有一个内置的可编译的Basic脚本语言。从Visual Basic脚本语言里,几乎所有用户图形界面(GUI)命令是可用这里的。FRED同样具有自动的客户端和服务器能力,它可以被调用和并调用其他可启动程序,如Excel。因此可以在探测器像素点上定义多个离轴光源,及在FRED Basic脚本语言里的For Next loops语句沿着探测器像素点向上和向下扫描来反向追迹光线,这样可以使用三维图表查看器(Tools/Open plot files in 3D chart)调用和查看数据。 x4CrWm  
    将如下的代码放置在树形文件夹 Embedded Scripts, _;O$o t\5  
    k v,'9z  
    1/j J;}  
    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。 y5kqnibh@  
    ecA:y!N  
    绿色字体为说明文字, glH&v8  
    |+~CdA  
    '#Language "WWB-COM" rqxoqcZ  
    'script for calculating thermal image map V9`VF O  
    'edited rnp 4 november 2005 5,:>.LRA  
    =W.b7 6_  
    'declarations ^+F@KXn L  
    Dim op As T_OPERATION u_dTJ, m  
    Dim trm As T_TRIMVOLUME MOP/q4j[  
    Dim irrad(32,32) As Double 'make consistent with sampling )TP 1i  
    Dim temp As Double N|O/3:P<,U  
    Dim emiss As Double IiHl"2+/  
    Dim fname As String, fullfilepath As String AY5%<CWj8  
    _VMW-trG  
    'Option Explicit M9.jJf  
    :@y!5[88!  
    Sub Main awB1ryrOF  
        'USER INPUTS [c +[t3dz  
        nx = 31 sTP`xaY  
        ny = 31 :7K cD\fCj  
        numRays = 1000 elG<\[  
        minWave = 7    'microns XpJT/&4  
        maxWave = 11   'microns {VE\}zKF  
        sigma = 5.67e-14 'watts/mm^2/deg k^4 1#qyD3K  
        fname = "teapotimage.dat" yd$_XW p?\  
    #(j'?|2o%  
        Print "" ^ b{0|:  
        Print "THERMAL IMAGE CALCULATION" e[$=5U~c  
    1\z5[ _  
        detnode = FindFullName( "Geometry.Detector.Surface" ) '找到探测器平面节点 \rn:/  
    [w' Y3U\ i  
        Print "found detector array at node " & detnode Obgn?TAVX  
    26B]b{Iz{  
        srcnode = FindFullName( "Optical Sources.Source 1" ) '找到光源节点 !f2f gX  
    sWX iY  
        Print "found differential detector area at node " & srcnode 'h53:?~  
    St7ZyN1  
        GetTrimVolume detnode, trm RZ#b)l  
        detx = trm.xSemiApe w!,~#hbt6  
        dety = trm.ySemiApe u27K 0}  
        area = 4 * detx * dety -"Wp L2qD  
        Print "detector array semiaperture dimensions are " & detx & " by " & dety >B<jR$`6@  
        Print "sampling is " & nx & " by " & ny .t*MGUg  
    5tdFd"oo  
        'reset differential detector area dimensions to be consistent with sampling 8C7$8x] mM  
        pixelx = 2 * detx / nx .aV#W@iyK  
        pixely = 2 * dety / ny H:Y?("k  
        SetSourcePosGridRandom srcnode, pixelx / 2, pixely / 2, numRays, False "#\\p~D/<  
        Print "resetting source dimensions to " & pixelx / 2 & " by " & pixely / 2 0"o%=i;  
    _CN5,mLNRk  
        'reset the source power pyhC%EZU  
        SetSourcePower( srcnode, Sin(DegToRad(15))^2 ) )ZC0/>R  
        Print "resetting the source power to " & GetSourcePower( srcnode ) & " units" ]&w8"q  
    uDvZ]Q|.  
        'zero out irradiance array F`IV9qv  
        For i = 0 To ny - 1 [0<N[KZ)  
            For j = 0 To nx - 1 f40xS7-Q0  
                irrad(i,j) = 0.0 m>B^w)&C  
            Next j #\3(rzQVO  
        Next i i%w[v_j  
    ! eXDN  
        'main loop L}Nc kL  
        EnableTextPrinting( False )  b)/,  
    mX66}s}#  
        ypos =  dety + pixely / 2 0aj4.H*%  
        For i = 0 To ny - 1 wXI6KN-  
            xpos = -detx - pixelx / 2 BQ! v\1'C  
            ypos = ypos - pixely 7%DA0.g  
    3}*)EC  
            EnableTextPrinting( True ) 8 -]\C  
            Print i ZmU7tK  
            EnableTextPrinting( False ) KnK8\p88\  
    :j feY  
    !o+[L  
            For j = 0 To nx - 1 x.W93e[]H  
    _=l8e-6r  
                xpos = xpos + pixelx fGGGz$;N  
    =E$Hq4I  
                'shift source 1 ? be  
                LockOperationUpdates srcnode, True j0P+<@y  
                GetOperation srcnode, 1, op &(&5ao)5  
                op.val1 = xpos ip.aM#  
                op.val2 = ypos vU|=" #  
                SetOperation srcnode, 1, op h2~b%|Pv  
                LockOperationUpdates srcnode, False t$+[(}@ +  
    QE8;Jk-  
    raytrace %z1y3I|`[t  
                DeleteRays a2Q_K2t  
                CreateSource srcnode ,F^Rz.  
                TraceExisting 'draw K`%{(^}.  
    F&pJ faig  
                'radiometry Rf*cW&}%  
                For k = 0 To GetEntityCount()-1 h|m>JDxn  
                    If IsSurface( k ) Then CjeAO 2  
                        temp = AuxDataGetData( k, "temperature" ) =VXxQ\{  
                        emiss = AuxDataGetData( k, "emissivity" ) ~t0\Q; @($  
                        If ( temp <> 0 And emiss <> 0 ) Then 8/4i7oOC  
                            ProjSolidAngleByPi = GetSurfIncidentPower( k ) 3hUU$|^4gm  
                            frac = BlackBodyFractionalEnergy ( minWave, maxWave, temp ) hf#[Vns  
                            irrad(i,j) = irrad(i,j) + frac * emiss * sigma * temp^4 * ProjSolidAngleByPi Y9^;TQ+#  
                        End If eD<Kk 4){  
    XNZW J  
                    End If ?VM4_dugf  
    M$L ; -T  
                Next k AE?G+:B  
    P[q`{TdV  
            Next j ZP*(ZU@j=Z  
    slPLc  
        Next i >U4hsr05  
        EnableTextPrinting( True ) UB5X2uBv  
    $K-od3h4=  
        'write out file R>|)-"b( `  
        fullfilepath = CurDir() & "\" & fname LS(J%\hMDm  
        Open fullfilepath For Output As #1 Cx,)$!1  
        Print #1, "GRID " & nx & " " & ny QVEGd"WvvO  
        Print #1, "1e+308" svT1b'=\$I  
        Print #1, pixelx & " " & pixely )TH~Tq:  
        Print #1, -detx+pixelx/2 & " " & -dety+pixely/2 83~9Xb=!\  
    -XcX1_  
        maxRow = nx - 1 B`I9  
        maxCol = ny - 1 v J `'x  
        For rowNum = 0 To maxRow                    ' begin loop over rows (constant X) A]x'!qa@=  
                row = "" !/]vt?v#^  
            For colNum = maxCol To 0 Step -1            ' begin loop over columns (constant Y) RCCI}ovU  
                row = row & irrad(colNum,rowNum) & " "     ' append column data to row string 3d_PY,=1  
            Next colNum                     ' end loop over columns HW,2x}[  
    L~Hgf/%5  
                Print #1, row 6<%W 8m\  
    ?A]@$  
        Next rowNum                         ' end loop over rows 4=b{k,kzgA  
        Close #1 Vy+UOV&v-  
    QAI!/bB  
        Print "File written: " & fullfilepath Tw)"#Y!T  
        Print "All done!!" W{JNNf6G  
    End Sub b0vbE8wa  
    "M`ehgCBr  
    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: h~ F`[G/'  
    orU++,S4Pm  
    9[L@*7A`m  
    找到Tools工具,点击Open plot files in 3D chart并找到该文件 VOmWRy"L  
      
    ^Ko{#qbl/  
    @1p ,  
    打开后,选择二维平面图: l>H G|ol  
    ;:0gN|+  
     
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