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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。 oD$J0{K6  
    ZAXN6h  
    成像示意图
    mD/MJt5  
    首先我们建立十字元件命名为Target >J>b>SU=-  
    0JJS2oY/  
    创建方法: nVI! @qW  
    ()3O=!  
    面1 : \ 5,MyB2/`  
    面型:plane }sOwp}FV8X  
    材料:Air )}_a 0bt  
    孔径:X=1.5, Y=6,Z=0.075,形状选择Box :P(K2q3  
    gw}Mw  
    T.qNCJmB  
    辅助数据: hc'-Dh  
    首先在第一行输入temperature :300K, Ed ,D8ND  
    emissivity:0.1; 4X *>H  
    Z"uY}P3  
    ME=/|.}D<  
    面2 : oun;rMq  
    面型:plane q| LDo~H  
    材料:Air V@\%)J'g  
    孔径:X=1.5, Y=6,Z=0.075,形状选择Box W[^qa5W<FB  
    }ga@/>Sl&  
    Y]3>7q%  
    位置坐标:绕Z轴旋转90度, m ]cHF.:5  
    4sP2g&  
    A4]s~Ur  
    辅助数据: e@ \p0(  
    dS5a  
    首先在第一行输入temperature :300K,emissivity: 0.1; <!pvqNApg  
    ~O1&@xX  
    aN,M64F  
    Target 元件距离坐标原点-161mm; m,t|IgDh  
    h)Ff2tX  
    NmSo4Dg`U  
    单透镜参数设定:F=100, bend=0, 位置位于坐标原点 j8sH#b7Z  
    ^'ryNa;"  
    D11F.McM  
    探测器参数设定: E=#0I]v[  
    O1`9Y}G(r  
    在菜单栏中选择Create/Element Primitive /plane (k|_J42[  
    <Engi!  
    %zO h  
    bN3#{l-`  
    r]0 lo-  
    YLVPAODY  
    元件半径为20mm*20,mm,距离坐标原点200mm。 J;prC  
    Uk,g JR  
    光源创建: %DQhM,c@  
    D91e\|]  
    光源类型选择为任意平面,光源半角设定为15度。 P06R JE  
    =2 *rA'im  
    =dx1/4bZl|  
    我们将光源设定在探测器位置上,具体的原理解释请见本章第二部分。 %H+\>raLz  
    - > J_ ~  
    我们在位置选项又设定一行的目的是通过脚本自动控制光源在探测器平面不同划分区域内不同位置处追迹光线 Ii:>xuF&  
    np4+"  
    UYz0PSV=.  
    功率数值设定为:P=sin2(theta) theta为光源半角15度。我们为什么要这么设定,在第二部分会给出详细的公式推导。 Wy%s1iu  
    LB.co4  
    创建分析面: SM^-Z|d?  
    &< !Ufa&  
    JXj8Br?Z@  
    到这里元件参数设定完成,现在我们设定元件的光学属性,在前面我们分别对第一和第二面设定的温度和发射系数,散射属性我们设定为黑朗伯,4%的散射。并分别赋予到面一和面二。 G!XIc>F*  
    _fwb!T}$  
    {$1J=JbE  
    到此,所有的光学结构和属性设定完成,通过光线追迹我们可以查看光线是否可以穿过元件。 _kY#D;`:r  
    ,<Q~b%(3  
    FRED在探测器上穿过多个像素点迭代来创建热图 g38&P3/  
    84{Q\c  
    FRED具有一个内置的可编译的Basic脚本语言。从Visual Basic脚本语言里,几乎所有用户图形界面(GUI)命令是可用这里的。FRED同样具有自动的客户端和服务器能力,它可以被调用和并调用其他可启动程序,如Excel。因此可以在探测器像素点上定义多个离轴光源,及在FRED Basic脚本语言里的For Next loops语句沿着探测器像素点向上和向下扫描来反向追迹光线,这样可以使用三维图表查看器(Tools/Open plot files in 3D chart)调用和查看数据。 >[1W:KQA  
    将如下的代码放置在树形文件夹 Embedded Scripts, +GAf O0  
    QL$S4 J"  
    NzW`B^p  
    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。 Z,.G%"i3C  
    kZ=s'QRgL  
    绿色字体为说明文字, 4Ua> Yw0  
    ^`D=GF^tX  
    '#Language "WWB-COM" aIXdV2QS  
    'script for calculating thermal image map Nlj^D m  
    'edited rnp 4 november 2005 tM#lFmdd\P  
    `4 y]Z)  
    'declarations k'PQ} ,Vb  
    Dim op As T_OPERATION X.TI>90{  
    Dim trm As T_TRIMVOLUME =-o'gL  
    Dim irrad(32,32) As Double 'make consistent with sampling EbZdas!l  
    Dim temp As Double O MX-_\")  
    Dim emiss As Double YKa0H%B(  
    Dim fname As String, fullfilepath As String lW 81q2n  
    wap3Kd>MP  
    'Option Explicit v{ <[)cr  
    SAY f'[|w  
    Sub Main 7FF-*2@  
        'USER INPUTS k;5Pom  
        nx = 31 v0Ir#B,[H  
        ny = 31 _|''{kj(  
        numRays = 1000 :ZDMNhUl &  
        minWave = 7    'microns 5ZY)nelc  
        maxWave = 11   'microns %5*@l vy  
        sigma = 5.67e-14 'watts/mm^2/deg k^4 Krs2Gre}  
        fname = "teapotimage.dat" DS xUdEK6  
    "3F;cCDv]  
        Print "" pN&c(=If  
        Print "THERMAL IMAGE CALCULATION"  a1j.fA  
    &Z^ l=YH,  
        detnode = FindFullName( "Geometry.Detector.Surface" ) '找到探测器平面节点 "<i SZ  
    J/A[45OD  
        Print "found detector array at node " & detnode A!63p$VT;  
    b|5w]<?'  
        srcnode = FindFullName( "Optical Sources.Source 1" ) '找到光源节点 U,Mx@KdV  
    rbZ[!LA  
        Print "found differential detector area at node " & srcnode aV1lJ ;0  
    p#KW$OQ]8  
        GetTrimVolume detnode, trm H7[6yh  
        detx = trm.xSemiApe Q7bq  
        dety = trm.ySemiApe Q# ?wXX47  
        area = 4 * detx * dety aJqeD'\>  
        Print "detector array semiaperture dimensions are " & detx & " by " & dety A*tKF&U5  
        Print "sampling is " & nx & " by " & ny ~ np,_yI  
    rNl.7O9b  
        'reset differential detector area dimensions to be consistent with sampling 26n^Dy>}  
        pixelx = 2 * detx / nx Pj?Dmk~   
        pixely = 2 * dety / ny y]e>E  
        SetSourcePosGridRandom srcnode, pixelx / 2, pixely / 2, numRays, False De_C F8  
        Print "resetting source dimensions to " & pixelx / 2 & " by " & pixely / 2 rx:z#"?I  
    y}08~L?2  
        'reset the source power k8]O65t|  
        SetSourcePower( srcnode, Sin(DegToRad(15))^2 ) ug`NmIQP  
        Print "resetting the source power to " & GetSourcePower( srcnode ) & " units" V,ZY*f0  
    _;RVe"tR#  
        'zero out irradiance array ]+H ?@*b`  
        For i = 0 To ny - 1 Qju`e Eo  
            For j = 0 To nx - 1 4F MAz^  
                irrad(i,j) = 0.0 gBk5wk_j|  
            Next j <f~Fl^^8  
        Next i VK3it3FI>3  
    kJ)gP2E  
        'main loop AAUyy :  
        EnableTextPrinting( False ) "'Z- UV  
    eX l=i-'  
        ypos =  dety + pixely / 2 ~2_lp^Y  
        For i = 0 To ny - 1 G"y.Z2$  
            xpos = -detx - pixelx / 2 vs&8wbS)  
            ypos = ypos - pixely &GWkq>  
    <1~^C  
            EnableTextPrinting( True ) <JI& {1  
            Print i _2vd`k  
            EnableTextPrinting( False ) ~9$X3.+  
    1QJBb \  
    .>6 Wv0  
            For j = 0 To nx - 1 mE#nU(+Ta  
    z"F*\xa  
                xpos = xpos + pixelx g\M5:Qm  
    99iUOw c  
                'shift source b*,3< 9  
                LockOperationUpdates srcnode, True oYM,8 K  
                GetOperation srcnode, 1, op RM*f|j  
                op.val1 = xpos v+1i= s2$  
                op.val2 = ypos 'qv;sB.  
                SetOperation srcnode, 1, op ^~ L}<]  
                LockOperationUpdates srcnode, False u@.>WHQN  
    $(HjI \%l^  
    raytrace ,|To#umym>  
                DeleteRays q'(z #h,cv  
                CreateSource srcnode gX} g  
                TraceExisting 'draw 6/mF2&&g  
    3#.\  
                'radiometry )%JD8;[Jq  
                For k = 0 To GetEntityCount()-1 ^abD !8  
                    If IsSurface( k ) Then d34Y'r  
                        temp = AuxDataGetData( k, "temperature" ) SQ#7PKH  
                        emiss = AuxDataGetData( k, "emissivity" ) C9KWa*3  
                        If ( temp <> 0 And emiss <> 0 ) Then -fIc4u[  
                            ProjSolidAngleByPi = GetSurfIncidentPower( k ) 5 d ;|=K  
                            frac = BlackBodyFractionalEnergy ( minWave, maxWave, temp ) MC=G"m:_  
                            irrad(i,j) = irrad(i,j) + frac * emiss * sigma * temp^4 * ProjSolidAngleByPi RazBc.o<  
                        End If #s+X+fe  
    E`@43Nz  
                    End If V,LVB_6  
    F!8=FTb  
                Next k :):zNn_>`  
    Q_}/ Pn$1  
            Next j fA8ozL T  
    d bO#  
        Next i Jyu`-=It  
        EnableTextPrinting( True ) YU\Gj S~>&  
    ,d 7Z  
        'write out file 3ps,uozj  
        fullfilepath = CurDir() & "\" & fname V-vlTgemwc  
        Open fullfilepath For Output As #1 :)P<jX-G  
        Print #1, "GRID " & nx & " " & ny N8+P  
        Print #1, "1e+308" ]*ov&{'  
        Print #1, pixelx & " " & pixely _+zVpZ  
        Print #1, -detx+pixelx/2 & " " & -dety+pixely/2 (fXq<GXAn/  
    AMk~dzNt  
        maxRow = nx - 1 eF1.VLI  
        maxCol = ny - 1 R [9w  
        For rowNum = 0 To maxRow                    ' begin loop over rows (constant X) zrx JN  
                row = "" K}2Npo FS  
            For colNum = maxCol To 0 Step -1            ' begin loop over columns (constant Y) %3,xaVN  
                row = row & irrad(colNum,rowNum) & " "     ' append column data to row string K+mU_+KRp  
            Next colNum                     ' end loop over columns @}eNV~ROu  
    R=35 7^[R  
                Print #1, row ~t9Mh^gij  
    &|=?a cv  
        Next rowNum                         ' end loop over rows ~ hD{coVTI  
        Close #1 @+dHF0aXd  
    N5\{yV21",  
        Print "File written: " & fullfilepath lO&cCV;  
        Print "All done!!" 'rx?hL3VW  
    End Sub ]<X2AO1  
    46dc.Yi  
    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: {8ECNQ[]  
    |#cAsf_{  
    AM?Ec1S #a  
    找到Tools工具,点击Open plot files in 3D chart并找到该文件 6z]`7`G   
      
    KnFQ)sX^  
    A`C-sD >  
    打开后,选择二维平面图: X2P``YFV{  
    qvTKfIl{  
     
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