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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。 yiI&>J))  
    @p `#y  
    成像示意图
    'M G)noN5  
    首先我们建立十字元件命名为Target /"/$1F%{  
    i[jAAr$  
    创建方法: 40q8,M  
    c]xpp;%]  
    面1 : Q) FL|   
    面型:plane Xb;CY9&  
    材料:Air TH6g:YP`7  
    孔径:X=1.5, Y=6,Z=0.075,形状选择Box X8*q[@$  
    ^(&:=r.PC  
    S)Ld^0w  
    辅助数据: KWN&nP +  
    首先在第一行输入temperature :300K, y4envjl 0  
    emissivity:0.1; L2K4nTA  
    [_H9l)  
    K<|eZhp~  
    面2 : ZC0F:=/K  
    面型:plane jkPXkysm  
    材料:Air q+LjWZ+O  
    孔径:X=1.5, Y=6,Z=0.075,形状选择Box Ye(0'*-jyc  
    ;%U`lE0  
    v3aiX  
    位置坐标:绕Z轴旋转90度, pGsVO5M?  
    \ &_ -  
    }b,a*4pN  
    辅助数据: l}<s~ip  
    9 -TFyZYU  
    首先在第一行输入temperature :300K,emissivity: 0.1; L@[bgN`=v  
    ,Xb:f/lB  
    8qBw;A)  
    Target 元件距离坐标原点-161mm; w1s#8:  
    [& hdyLt  
    6NZ f!7,B  
    单透镜参数设定:F=100, bend=0, 位置位于坐标原点 v8w N2[fC  
    %*r P d>*  
    eH1Y!&`  
    探测器参数设定: uswz@ [pa  
    fxiq,o0  
    在菜单栏中选择Create/Element Primitive /plane My5X%)T>P  
    _ k>j?j-  
    lz# inC|  
    %0"o(y+zt  
    -98bX]8  
    B"{CWH O  
    元件半径为20mm*20,mm,距离坐标原点200mm。 7f 7*id  
    (r7~ccy4  
    光源创建: 8(S'g+p  
    g[Yok` e[  
    光源类型选择为任意平面,光源半角设定为15度。 oTfEX4 t {  
    n){\KIU/O  
    ,@>B#%Nz  
    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。 ?DpMR/  
    L- =^GNh  
    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 * 9*I:Uh57  
    c{&sf y  
    iF`E> %#  
    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。 [.6uw=;o  
    EcP"GO5  
    创建分析面: tb_}w@:kU  
    0ED(e1K#B  
    c.d*DM}W  
    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。 67f#Z&r2k  
    ^ *m;![$[  
    m4kmJaM  
    到此,所有的光学结构和属性设定完成,通过光线追迹我们可以查看光线是否可以穿过元件。 _<5> E  
    rKR<R(=!=  
    FRED在探测器上穿过多个像素点迭代来创建热图 N-vr_4{g  
    beO*|  
    FRED具有一个内置的可编译的Basic脚本语言。从Visual Basic脚本语言里,几乎所有用户图形界面(GUI)命令是可用这里的。FRED同样具有自动的客户端和服务器能力,它可以被调用和并调用其他可启动程序,如Excel。因此可以在探测器像素点上定义多个离轴光源,及在FRED Basic脚本语言里的For Next loops语句沿着探测器像素点向上和向下扫描来反向追迹光线,这样可以使用三维图表查看器(Tools/Open plot files in 3D chart)调用和查看数据。 ,"*[T\u  
    将如下的代码放置在树形文件夹 Embedded Scripts, Le_?x  
    L18Olu  
    \N;s@j W  
    打开后清空里面的内容,此脚本为通用脚本适用于一切可热成像的应用。 y+X%qTB  
    b}k`'++2,  
    绿色字体为说明文字, Aja'`Mu  
    H#Vs3*VK  
    '#Language "WWB-COM" "esV#%:#J  
    'script for calculating thermal image map JqFFI:Q5a  
    'edited rnp 4 november 2005 KqB(W ,$  
    :a`l_RMU  
    'declarations !QC->  
    Dim op As T_OPERATION Dwwh;B  
    Dim trm As T_TRIMVOLUME \t )Zk2  
    Dim irrad(32,32) As Double 'make consistent with sampling LoNz 1KJL  
    Dim temp As Double UG1^G07s  
    Dim emiss As Double r)h+pga5^E  
    Dim fname As String, fullfilepath As String IWKQU/l!  
    o2Z# 5-  
    'Option Explicit g3"`b)M  
    wn|Sdp  
    Sub Main ?;}2 Z)  
        'USER INPUTS x/5%a{~j2  
        nx = 31 xNl_Q8Z?R^  
        ny = 31 5qUyOkI  
        numRays = 1000 yPuT%H&i  
        minWave = 7    'microns Vx?a&{3]-  
        maxWave = 11   'microns &~ uzu{  
        sigma = 5.67e-14 'watts/mm^2/deg k^4 t[0gN:s  
        fname = "teapotimage.dat" Ue~M .LZb  
    @u$4{sjgf\  
        Print "" &K|CH? D  
        Print "THERMAL IMAGE CALCULATION" Q- j+#NGc  
    "EhA _ =i  
        detnode = FindFullName( "Geometry.Detector.Surface" ) '找到探测器平面节点 IDwneFO  
    kM@8RAxA  
        Print "found detector array at node " & detnode [%Y Cupr#  
    %'@&j2j>  
        srcnode = FindFullName( "Optical Sources.Source 1" ) '找到光源节点 Q<Utwk?nL  
    |P~TZ  
        Print "found differential detector area at node " & srcnode s_p?3bKu  
    X[|-F3o  
        GetTrimVolume detnode, trm J`V7FlM  
        detx = trm.xSemiApe ,zz+s[ZH7O  
        dety = trm.ySemiApe m!w(Q+*j  
        area = 4 * detx * dety :'a |cjq  
        Print "detector array semiaperture dimensions are " & detx & " by " & dety )1&[uE#L  
        Print "sampling is " & nx & " by " & ny -:>Mi5/ s  
    =][[TH  
        'reset differential detector area dimensions to be consistent with sampling IQY\L@"  
        pixelx = 2 * detx / nx 1;g>?18@  
        pixely = 2 * dety / ny '}]w=2Lf  
        SetSourcePosGridRandom srcnode, pixelx / 2, pixely / 2, numRays, False dsrzXmE0  
        Print "resetting source dimensions to " & pixelx / 2 & " by " & pixely / 2 O`Nzn~),x  
    yj"+!g  
        'reset the source power M>8#is(pV  
        SetSourcePower( srcnode, Sin(DegToRad(15))^2 ) ocGqX Dg3  
        Print "resetting the source power to " & GetSourcePower( srcnode ) & " units" beN0 ?G  
    n$B=Vt,  
        'zero out irradiance array exZa:9 sp  
        For i = 0 To ny - 1 E*j)gj9  
            For j = 0 To nx - 1 ZVk_qA%  
                irrad(i,j) = 0.0 ;1K.SDj  
            Next j ;NB J@E,  
        Next i f*LDrAf9  
    @My-O@C>  
        'main loop ?neXs-'-p  
        EnableTextPrinting( False ) l]^uVOX  
    Ftu4 V*lD  
        ypos =  dety + pixely / 2 {3@/@jO?  
        For i = 0 To ny - 1 .$L'Jt2X  
            xpos = -detx - pixelx / 2 DMsxHAE1  
            ypos = ypos - pixely :a nUr<  
    8v5cQ5Lc  
            EnableTextPrinting( True ) .G4(Ryh  
            Print i cZPv6c_w  
            EnableTextPrinting( False ) ?%{v1(  
    gb( a`  
    #-Ehg4W  
            For j = 0 To nx - 1 mfg{% .1  
    rp{q.fy'U  
                xpos = xpos + pixelx K;k&w; j  
    _cQTQ  
                'shift source cxp>4[gH  
                LockOperationUpdates srcnode, True 6;"jq92in*  
                GetOperation srcnode, 1, op G?#f@N0.5p  
                op.val1 = xpos `og 3P:y  
                op.val2 = ypos oZQ% P  
                SetOperation srcnode, 1, op AKzhal!  
                LockOperationUpdates srcnode, False DUFfk6#X}  
    IlN9IF\9L  
    raytrace 294 0M4  
                DeleteRays Fr`"XH  
                CreateSource srcnode wG ua"@IE  
                TraceExisting 'draw Sbc  
    T;-&3  
                'radiometry m+?$cyA>v  
                For k = 0 To GetEntityCount()-1 d *!)wt  
                    If IsSurface( k ) Then Mxc0=I'a  
                        temp = AuxDataGetData( k, "temperature" ) &-dyg+b3  
                        emiss = AuxDataGetData( k, "emissivity" ) { r yv7G  
                        If ( temp <> 0 And emiss <> 0 ) Then 96fbMP+7R  
                            ProjSolidAngleByPi = GetSurfIncidentPower( k ) ifHQ2Ug 9  
                            frac = BlackBodyFractionalEnergy ( minWave, maxWave, temp ) ?>92OuG%W?  
                            irrad(i,j) = irrad(i,j) + frac * emiss * sigma * temp^4 * ProjSolidAngleByPi 5 <X.1 T1  
                        End If *I:^g  
    +fBbW::R^  
                    End If lZCTthr\  
    *9Ej fs7L  
                Next k \fj* .[,  
    7_xQa$U[  
            Next j 7O',X Y  
    =]X_wA;%  
        Next i e`27 ?  
        EnableTextPrinting( True ) 0<d9al|J  
    V+G.TI P  
        'write out file gY9HEfB  
        fullfilepath = CurDir() & "\" & fname _r@ FWUZ  
        Open fullfilepath For Output As #1 He @d~9M  
        Print #1, "GRID " & nx & " " & ny E4idEQ}H  
        Print #1, "1e+308" $Y& 8@/L  
        Print #1, pixelx & " " & pixely D"UCe7  
        Print #1, -detx+pixelx/2 & " " & -dety+pixely/2 &Azfpv   
    1U[Q)(P  
        maxRow = nx - 1 W@Et  
        maxCol = ny - 1 xF.n=z  
        For rowNum = 0 To maxRow                    ' begin loop over rows (constant X) lR3`4bHA  
                row = "" YflM*F`  
            For colNum = maxCol To 0 Step -1            ' begin loop over columns (constant Y) _=!R l#  
                row = row & irrad(colNum,rowNum) & " "     ' append column data to row string sl?> X)}  
            Next colNum                     ' end loop over columns A/:^l%y,GZ  
    g-)izPX  
                Print #1, row &m<:&h& b  
    !6.}{6b  
        Next rowNum                         ' end loop over rows pbc<326X"  
        Close #1 lrrNyaFn  
    nsW #  
        Print "File written: " & fullfilepath moz*=a  
        Print "All done!!" }h{8i_R  
    End Sub >8%<ML  
    7-S?\:J  
    在输出报告中,我们会看到脚本对光源的孔径和功率做了修改,并最终经过31次迭代,将所有的热成像数据以dat的格式放置于: jMFLd  
    noI>Fw<V  
    Ilf;Q(*$>>  
    找到Tools工具,点击Open plot files in 3D chart并找到该文件 uknX py))  
      
    Lh`B5  
    `_"F7Czn  
    打开后,选择二维平面图: 55LW[Pc  
    PiQs Vk  
     
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