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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。 %HJK;   
    4R\ Hpt  
    成像示意图
    x7$}8LZ"B  
    首先我们建立十字元件命名为Target =%/)m:f!^  
    /i77  
    创建方法: ]9 @F~)  
     f& CBU  
    面1 : [KxF'mz9  
    面型:plane 4]E3c AJ  
    材料:Air Sy 'Dp9!|  
    孔径:X=1.5, Y=6,Z=0.075,形状选择Box  s~Te  
    K>{T_){  
    s)pbS}L  
    辅助数据: 9 yfJVg  
    首先在第一行输入temperature :300K, ~sXcnxLz  
    emissivity:0.1; O6OP =K!t:  
    }I>tO9M  
    Ywwu0.H<  
    面2 : L+i(TM=  
    面型:plane 9th,VnD0  
    材料:Air pfI"36]F  
    孔径:X=1.5, Y=6,Z=0.075,形状选择Box aca=yDs2  
    3p'I5,}  
    GI1  
    位置坐标:绕Z轴旋转90度, 1 .6:#  
    {yExQbN  
    hzvd t  
    辅助数据: U-3i  
    f=9|b  
    首先在第一行输入temperature :300K,emissivity: 0.1; r% +V8o  
    {Ja!~N;3  
    9_5ow  
    Target 元件距离坐标原点-161mm; ;-qO'V:;  
    $\U 4hHOo  
    q0zr E5  
    单透镜参数设定:F=100, bend=0, 位置位于坐标原点 T]c%!&^ _  
    BGX.U\uc  
    @8I4[TE  
    探测器参数设定: #n8IZ3+  
    RtM8yar+sn  
    在菜单栏中选择Create/Element Primitive /plane ;67x0)kn  
    H|HYo\@F#  
    73\JwOn~  
    FFEfI4&SfS  
    Sxh]R+Xb  
    BNs@n"k  
    元件半径为20mm*20,mm,距离坐标原点200mm。 #iHs* /85  
    ~S,,w1`  
    光源创建: ,]d /Q<  
    0a XPPnuX  
    光源类型选择为任意平面,光源半角设定为15度。  cHk)i  
    lE(a%'36  
    pz.JWCU1  
    我们将光源设定在探测器位置上,具体的原理解释请见本章第二部分。 z\%67C  
    ,1+y/{S  
    我们在位置选项又设定一行的目的是通过脚本自动控制光源在探测器平面不同划分区域内不同位置处追迹光线 |M, iM]  
    M,\:<kNI  
    9~/J35  
    功率数值设定为:P=sin2(theta) theta为光源半角15度。我们为什么要这么设定,在第二部分会给出详细的公式推导。 ia+oX~W!VR  
    ]z/8KL  
    创建分析面: '$ t  
    LAS'u "c|  
    -^hWM}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。 _ =VqrK7T  
    6"&6 `f  
    8&qZ0GLaT  
    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。 ;"~ fZ2$U  
    1oW ED*B  
    FRED在探测器上穿过多个像素点迭代来创建热图 GQUe!G9  
    .7avpOfz  
    FRED具有一个内置的可编译的Basic脚本语言。从Visual Basic脚本语言里,几乎所有用户图形界面(GUI)命令是可用这里的。FRED同样具有自动的客户端和服务器能力,它可以被调用和并调用其他可启动程序,如Excel。因此可以在探测器像素点上定义多个离轴光源,及在FRED Basic脚本语言里的For Next loops语句沿着探测器像素点向上和向下扫描来反向追迹光线,这样可以使用三维图表查看器(Tools/Open plot files in 3D chart)调用和查看数据。 9 %I?).5  
    将如下的代码放置在树形文件夹 Embedded Scripts, %|q>pin2  
    =k^Y?.  
    ?FpWvyz|  
    打开后清空里面的内容,此脚本为通用脚本适用于一切可热成像的应用。 Sp;G'*g  
    -7@/[9Gf`:  
    绿色字体为说明文字, :fZ}o|t7  
    8y.wSu  
    '#Language "WWB-COM" R?"q]af~  
    'script for calculating thermal image map S79;^X  
    'edited rnp 4 november 2005 O @j} K4  
    ZJzt~ H  
    'declarations VyXhl;  
    Dim op As T_OPERATION %u5L!W&  
    Dim trm As T_TRIMVOLUME Z8@J`0x  
    Dim irrad(32,32) As Double 'make consistent with sampling yy i#Mo ,  
    Dim temp As Double (mTE;s(  
    Dim emiss As Double QLvHQtzwX  
    Dim fname As String, fullfilepath As String "8x8UgG  
    W_\5nF  
    'Option Explicit ZQ%'`q\c  
    \F/hMXDlJ  
    Sub Main {E9+WFz5  
        'USER INPUTS Ez fN&8E  
        nx = 31 }Mp:JPH&S4  
        ny = 31 ;Q OBBF3HG  
        numRays = 1000 CUBEW~X}M  
        minWave = 7    'microns 1Z+8r  
        maxWave = 11   'microns t4zkt!`B  
        sigma = 5.67e-14 'watts/mm^2/deg k^4 pz\ +U7  
        fname = "teapotimage.dat" _/-jX  
    6;\I))"[  
        Print "" {GK;63`1  
        Print "THERMAL IMAGE CALCULATION" M3c$=>  
    Q  Nh|Wz  
        detnode = FindFullName( "Geometry.Detector.Surface" ) '找到探测器平面节点 >~[c|ffyo/  
    P2BWuh F  
        Print "found detector array at node " & detnode N`5,\TR2f  
    s%nUaWp~  
        srcnode = FindFullName( "Optical Sources.Source 1" ) '找到光源节点 .f%fHj  
    F4}]b(L  
        Print "found differential detector area at node " & srcnode =jOv] /  
    RKHyw 08  
        GetTrimVolume detnode, trm Z'`g J&6n  
        detx = trm.xSemiApe Pq;U &,  
        dety = trm.ySemiApe >z{d0{\  
        area = 4 * detx * dety P;=n9hgHI  
        Print "detector array semiaperture dimensions are " & detx & " by " & dety `scR*]f1+  
        Print "sampling is " & nx & " by " & ny 4o <Uy  
    v7BA[jQr  
        'reset differential detector area dimensions to be consistent with sampling _~IR6dKE  
        pixelx = 2 * detx / nx r3&G)g=u  
        pixely = 2 * dety / ny Vd,jlt.t  
        SetSourcePosGridRandom srcnode, pixelx / 2, pixely / 2, numRays, False GK )?YM  
        Print "resetting source dimensions to " & pixelx / 2 & " by " & pixely / 2 ZRh~`yy  
     Ch&a/S}  
        'reset the source power 9YIM'q>`v  
        SetSourcePower( srcnode, Sin(DegToRad(15))^2 ) nBjqTud  
        Print "resetting the source power to " & GetSourcePower( srcnode ) & " units" vM*-D{  
    p Dx1z|@z  
        'zero out irradiance array c }Ft^Il  
        For i = 0 To ny - 1 bH7X'%r  
            For j = 0 To nx - 1 ieDk;  
                irrad(i,j) = 0.0 QUq_:t+Dv  
            Next j @Owb?(6?  
        Next i dt \TQJc~  
    >Ea8G,  
        'main loop j"ThEx0  
        EnableTextPrinting( False ) T*8VDY7  
    ?*[N_'2W+  
        ypos =  dety + pixely / 2 B8.Pn  
        For i = 0 To ny - 1 |{BIHgMh  
            xpos = -detx - pixelx / 2 bU>U14ix<  
            ypos = ypos - pixely CJ/X}hi,  
    2#KJ asX  
            EnableTextPrinting( True ) lGV0 *Cji  
            Print i 3c#BKHNC  
            EnableTextPrinting( False ) q-[@$9AS  
    m'Amli@[  
    nW PF6V>  
            For j = 0 To nx - 1 |4)>:d  
    b*;Si7-  
                xpos = xpos + pixelx j`JMeCG=Ee  
    $:=A'd2  
                'shift source +6sy-<ZL:  
                LockOperationUpdates srcnode, True aGrIQq/k)%  
                GetOperation srcnode, 1, op 54gBJEhg  
                op.val1 = xpos [>+4^&  
                op.val2 = ypos hv`~?n)D66  
                SetOperation srcnode, 1, op !POl;%\  
                LockOperationUpdates srcnode, False *?5*m+  
    EY^1Y3D w0  
    raytrace :By?O"LQ  
                DeleteRays 6_J$UBT  
                CreateSource srcnode j-4VB_N@  
                TraceExisting 'draw *"+=K,#D  
    0ZT5bg_M  
                'radiometry G! ]k#.^A,  
                For k = 0 To GetEntityCount()-1 Nh8Q b/::  
                    If IsSurface( k ) Then X@$f$=  
                        temp = AuxDataGetData( k, "temperature" ) Upc+Ukw  
                        emiss = AuxDataGetData( k, "emissivity" ) |8&,b`Gfo  
                        If ( temp <> 0 And emiss <> 0 ) Then X}=n:Ql'YY  
                            ProjSolidAngleByPi = GetSurfIncidentPower( k ) @G BxL*e  
                            frac = BlackBodyFractionalEnergy ( minWave, maxWave, temp ) 3VsW@SG7N  
                            irrad(i,j) = irrad(i,j) + frac * emiss * sigma * temp^4 * ProjSolidAngleByPi M`. tf_x  
                        End If O}+.U<V  
    3*]eigi)  
                    End If H35S#+KX  
    VvvRRP^q  
                Next k *i\Qo  
    ?+_Gs;DGVE  
            Next j zO~8?jDN4|  
    gD,1 06%  
        Next i |*oZ _gI  
        EnableTextPrinting( True ) un)4eo!7  
    M}`B{]lLz  
        'write out file G^~k)6v=m  
        fullfilepath = CurDir() & "\" & fname $:cE ^8K  
        Open fullfilepath For Output As #1 qOe+ZAJ{%N  
        Print #1, "GRID " & nx & " " & ny E.r>7`E  
        Print #1, "1e+308" 1_o],? Q  
        Print #1, pixelx & " " & pixely :9O#ObFR  
        Print #1, -detx+pixelx/2 & " " & -dety+pixely/2 gi(H]|=a  
    O;z,qo X  
        maxRow = nx - 1 M=%l}FSTw(  
        maxCol = ny - 1 '[U8}z3  
        For rowNum = 0 To maxRow                    ' begin loop over rows (constant X) jK!Au  
                row = "" bHPYp5UwN  
            For colNum = maxCol To 0 Step -1            ' begin loop over columns (constant Y) = 6tHsN23  
                row = row & irrad(colNum,rowNum) & " "     ' append column data to row string G,$PV e*  
            Next colNum                     ' end loop over columns !Nu<xq@!  
    NV)!7~r}:  
                Print #1, row R%Qf7Q  
    2>|dF~"  
        Next rowNum                         ' end loop over rows 0@ yXi  
        Close #1 ?i)f^O  
    }E+!91't.^  
        Print "File written: " & fullfilepath qHsUP;7  
        Print "All done!!" Ager$uC  
    End Sub Da&vb D-Bg  
    3 ;)>Fs;  
    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: B.wYHNNV  
    yW+yg{Gg:  
    oeKHqP wg  
    找到Tools工具,点击Open plot files in 3D chart并找到该文件 wHsYF`  
      
    {s)+R[?m<o  
    VcAue!MN  
    打开后,选择二维平面图: 8yRJD[/S  
    {p)",)td  
     
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