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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。 FQZ*i\G>>  
    <kn 2  
    成像示意图
    }`tSRB7  
    首先我们建立十字元件命名为Target "5hk%T '  
    _7Y h[I4  
    创建方法: ? x)^f+:9|  
    -Jd|H*wWo  
    面1 : 1Bh"'9-!JT  
    面型:plane KOcB#UHJ  
    材料:Air `ecseBn3d  
    孔径:X=1.5, Y=6,Z=0.075,形状选择Box `|t,Uc|7!  
    Kd\0nf6  
    _7c3=f83  
    辅助数据: p Cz6[*kC  
    首先在第一行输入temperature :300K, @C;1e7  
    emissivity:0.1; JF=R$!5  
    :qzg?\(  
    '/\  
    面2 : IiYL2JS;t|  
    面型:plane L}Z.FqJ  
    材料:Air cO?*(e1m=  
    孔径:X=1.5, Y=6,Z=0.075,形状选择Box @Z5q2Q  
    wuqe{?  
    egoR])2>  
    位置坐标:绕Z轴旋转90度, #6 M] tr  
    BA;r%?MRL  
    ,KY;NbL-Jp  
    辅助数据: T7[@ lMa?  
    J Enjc/  
    首先在第一行输入temperature :300K,emissivity: 0.1; omG2p  
    u0C:q`;z  
    qt8Y3:=8l  
    Target 元件距离坐标原点-161mm; ^~4]"J};M  
    R7::f\I   
    DB vM.'b$  
    单透镜参数设定:F=100, bend=0, 位置位于坐标原点 ni;_Un~  
    6N/(cUXJ  
    )GB#"2  
    探测器参数设定: "K{_?M `;e  
    oW^b,{~V  
    在菜单栏中选择Create/Element Primitive /plane Jqoo&T")  
    .$U,bE  
    [$y(>] ~.  
    h&"9v~  
    vs@d)$N  
    TOG:`FID  
    元件半径为20mm*20,mm,距离坐标原点200mm。 kWzp*<lWe  
    o;8$#gyNY  
    光源创建: &L6Ivpj-  
    .UK0bxoa  
    光源类型选择为任意平面,光源半角设定为15度。 ~Ztn(1N  
    UP]( 1lAf  
    JVAyiNIH>M  
    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。 |$WHw*F^  
    VG5+u,U6>  
    我们在位置选项又设定一行的目的是通过脚本自动控制光源在探测器平面不同划分区域内不同位置处追迹光线 >8Oa(9n  
    pqG> |#RG  
    ?9 huuJ s7  
    功率数值设定为:P=sin2(theta) theta为光源半角15度。我们为什么要这么设定,在第二部分会给出详细的公式推导。 Ww<Y]H$xZ<  
    ]\yIHdcDi  
    创建分析面: d`sZ"8}j  
    -`]9o3E7H  
    Q{/z>-X\x  
    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。 J( 1Tl  
    ieyK$q  
    N&8$tJ(hhx  
    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。 {;$oC4  
    [RF,0>^b  
    FRED在探测器上穿过多个像素点迭代来创建热图 dL42)HP5  
    teok*'b:  
    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。 }*x1e_m}H  
    将如下的代码放置在树形文件夹 Embedded Scripts, 1}VaBsEV  
    z}vT8qoX  
    f2g tz{r  
    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。 `KQx#c>'  
    ()lgd7|+  
    绿色字体为说明文字, ^G4YvS(  
    /&gg].&2?  
    '#Language "WWB-COM" rm-d),Zt  
    'script for calculating thermal image map cAR `{%b  
    'edited rnp 4 november 2005 }Rh\JDiQ  
    6uE20O<z]  
    'declarations @eYpARF  
    Dim op As T_OPERATION a`wjZ"}'[  
    Dim trm As T_TRIMVOLUME %A zy#m  
    Dim irrad(32,32) As Double 'make consistent with sampling D||0c"E  
    Dim temp As Double 0i~U(qoI  
    Dim emiss As Double q1ysT.{p,  
    Dim fname As String, fullfilepath As String Jm_)}dj3o  
    y 4i3m(S  
    'Option Explicit e-dkvPr  
    ebA:Sq:w  
    Sub Main }geb959  
        'USER INPUTS yY VR]HH  
        nx = 31 #Y5k/NPg  
        ny = 31 c7mKE`  
        numRays = 1000 sH6;__e  
        minWave = 7    'microns $N?8[  
        maxWave = 11   'microns N,Y)'s<  
        sigma = 5.67e-14 'watts/mm^2/deg k^4 hQ#e;1uD  
        fname = "teapotimage.dat" \%7*@&  
    e!VtDJDS  
        Print "" [CQR  
        Print "THERMAL IMAGE CALCULATION" ysnW3q!@  
    P<pv@ l9)  
        detnode = FindFullName( "Geometry.Detector.Surface" ) '找到探测器平面节点 .SC *!,  
    7I3_$uF  
        Print "found detector array at node " & detnode oc1BOW z  
    1Vpti4OmU  
        srcnode = FindFullName( "Optical Sources.Source 1" ) '找到光源节点 m CO1,?  
    xQsxc  
        Print "found differential detector area at node " & srcnode |k.'w<6mb9  
    "L3mW=!*  
        GetTrimVolume detnode, trm 5dj" UxH  
        detx = trm.xSemiApe *PF<J/Pr  
        dety = trm.ySemiApe ,`t+X=#  
        area = 4 * detx * dety )oIh?-WL  
        Print "detector array semiaperture dimensions are " & detx & " by " & dety Pb&tWv\ql  
        Print "sampling is " & nx & " by " & ny ]N'3jf`W  
    zQ,rw[C"W  
        'reset differential detector area dimensions to be consistent with sampling UA<Fxt  
        pixelx = 2 * detx / nx FGDVBUY@  
        pixely = 2 * dety / ny ggD T5hb  
        SetSourcePosGridRandom srcnode, pixelx / 2, pixely / 2, numRays, False }`qAb/Ov  
        Print "resetting source dimensions to " & pixelx / 2 & " by " & pixely / 2 D4VDWv  
    5` ^@k<  
        'reset the source power kcfT|@:MK"  
        SetSourcePower( srcnode, Sin(DegToRad(15))^2 ) 6b|<$Je9  
        Print "resetting the source power to " & GetSourcePower( srcnode ) & " units" fo ~uI(rk  
    ?.e,NHf  
        'zero out irradiance array =RB {.%  
        For i = 0 To ny - 1 J?O0ixU  
            For j = 0 To nx - 1 I=dG(?#7%  
                irrad(i,j) = 0.0 xF8r+{_J)  
            Next j Znb={hh  
        Next i )] @h}K}  
    >9H^r\  
        'main loop i$NlS}W  
        EnableTextPrinting( False ) }$_@yt<{W@  
    Z"8lW+r *  
        ypos =  dety + pixely / 2 ,@ '^3u  
        For i = 0 To ny - 1 5%jhVys23  
            xpos = -detx - pixelx / 2 TUfj\d,  
            ypos = ypos - pixely ZJ3g,dc  
    A-!e$yz>  
            EnableTextPrinting( True ) '|[!I!WB`  
            Print i #8Bh5L!SJ1  
            EnableTextPrinting( False ) ~nA k-toJ  
    *2h%dT:,%  
    n3iiW \  
            For j = 0 To nx - 1 @j\:K<sk  
    3RaduN]  
                xpos = xpos + pixelx p}^G#h{  
    B0Df7jr%`>  
                'shift source 9,?~dx  
                LockOperationUpdates srcnode, True jrp>Y:  
                GetOperation srcnode, 1, op u''Ce`N  
                op.val1 = xpos =v:?rY}  
                op.val2 = ypos hhU_kI  
                SetOperation srcnode, 1, op ^MpMqm1?8;  
                LockOperationUpdates srcnode, False \]> YLyG  
    t\,Y<9{w  
    raytrace fl-J:`zyyZ  
                DeleteRays JX&U?Z  
                CreateSource srcnode 9L>?N:%5  
                TraceExisting 'draw WZ'Z"'  
    # 55>?  
                'radiometry BA h'H&;V  
                For k = 0 To GetEntityCount()-1 YYQvt  
                    If IsSurface( k ) Then +(*HDa|  
                        temp = AuxDataGetData( k, "temperature" ) =+iY<~8  
                        emiss = AuxDataGetData( k, "emissivity" ) IAO5li3  
                        If ( temp <> 0 And emiss <> 0 ) Then  W9?* ~!  
                            ProjSolidAngleByPi = GetSurfIncidentPower( k ) B<d=;V  
                            frac = BlackBodyFractionalEnergy ( minWave, maxWave, temp ) owIpn=8|Q  
                            irrad(i,j) = irrad(i,j) + frac * emiss * sigma * temp^4 * ProjSolidAngleByPi bB$f=W!m%  
                        End If SA<\n+>q^  
    h%EeU 3  
                    End If ?F05BS#)X  
    1ui)Hv=h*  
                Next k AqgY*"A7  
    h7#\]2U$[5  
            Next j e0(/(E:  
    f\2IKpF2  
        Next i 27!F B@k-  
        EnableTextPrinting( True ) $M}"u [Qq  
    BHr,jC  
        'write out file 33~MP;  
        fullfilepath = CurDir() & "\" & fname 'x%gJi#  
        Open fullfilepath For Output As #1 ) ^ En  
        Print #1, "GRID " & nx & " " & ny T f3CyH!k  
        Print #1, "1e+308" 'iW  
        Print #1, pixelx & " " & pixely BeUyt  
        Print #1, -detx+pixelx/2 & " " & -dety+pixely/2 RZHfT0*jL  
    =NY;#Jjn  
        maxRow = nx - 1 n.@HT"  
        maxCol = ny - 1 @\?HlGWEf  
        For rowNum = 0 To maxRow                    ' begin loop over rows (constant X) { { \oC$  
                row = "" y_9\07va<  
            For colNum = maxCol To 0 Step -1            ' begin loop over columns (constant Y) JRB6T_U  
                row = row & irrad(colNum,rowNum) & " "     ' append column data to row string sTd@/>S?p  
            Next colNum                     ' end loop over columns FGn"j@m0  
     Gsh9D  
                Print #1, row `"=Hk@E  
    7{<v$g$  
        Next rowNum                         ' end loop over rows <{W{ Y\_A>  
        Close #1 myj/93p}`b  
    y7+@ v'  
        Print "File written: " & fullfilepath jj`#;Y  
        Print "All done!!" kEh\@x[  
    End Sub x+Yo#u22  
    ZQlk 5  
    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: [3X\"x5@V  
    u.yR oZ8/!  
    vhF9|('G  
    找到Tools工具,点击Open plot files in 3D chart并找到该文件 HVa D  
      
    %1 )c{7  
    43k'96[2d  
    打开后,选择二维平面图: pEwo}NS*H  
    eQi^d/yi  
     
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