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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。 \ ;Hj,z\  
    jb)z[!FbM  
    成像示意图
    wx(| $2{h  
    首先我们建立十字元件命名为Target /lttJJDU  
    (0D0G-r:  
    创建方法: Ym& _IOx  
    30FYq?  
    面1 : e@k ti@ZJ  
    面型:plane 'n4zFj+S  
    材料:Air }?*:uf  
    孔径:X=1.5, Y=6,Z=0.075,形状选择Box `Lm ArW:  
    ErB6fl  
    * _C6. %{  
    辅助数据: +?MjY[8j  
    首先在第一行输入temperature :300K, }K"=sE  
    emissivity:0.1; K"Nq_Ddwd  
    L)Un9&4L  
    9]|[z{v'>l  
    面2 :  +aP %H  
    面型:plane @Z@yI2#e  
    材料:Air j@UW[,UI  
    孔径:X=1.5, Y=6,Z=0.075,形状选择Box e[915Q_  
    g IX"W;  
    iv#9{T  
    位置坐标:绕Z轴旋转90度, QHMXQyr(  
    ^ 9;s nr  
    M P0ww$(  
    辅助数据: 6gakopZO  
    zCO5 `%14  
    首先在第一行输入temperature :300K,emissivity: 0.1; 3h 0w8(k;  
    A!iH g__/t  
    @H&Aj..  
    Target 元件距离坐标原点-161mm; [p4a\Qg0  
    Y0|~]J(B  
    %<1fj#X8  
    单透镜参数设定:F=100, bend=0, 位置位于坐标原点 h]@Xucc  
    + 6r@HK`,t  
    B+zq!+ HJ  
    探测器参数设定: Duptles  
    IA8kq =W  
    在菜单栏中选择Create/Element Primitive /plane ODv)-J  
    4pA<s-  
    ?/dz!{JC  
    vGm;en   
    WHE*NWz>q  
    webT  
    元件半径为20mm*20,mm,距离坐标原点200mm。 A|RAMO@le  
    d UjdQ  
    光源创建: H7qda' %>  
    Mv4JF(,S  
    光源类型选择为任意平面,光源半角设定为15度。 =N7N=xY  
    LfgR[!  
    b;soMilz  
    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$uV8_V  
    NTAPx=!1*  
    我们在位置选项又设定一行的目的是通过脚本自动控制光源在探测器平面不同划分区域内不同位置处追迹光线 u{6*}6@fi  
    i9.5 2  
    3%<ia$  
    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。 p' /$)klt  
    C?hw$^w7T  
    创建分析面: $ P#k|A  
    o`RTvG Xk  
    !xe<@$  
    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。 T w"^I*B  
    ,3fw"P$  
    HCHC~FNd  
    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。 {'d?vm!r  
    P\N`E?lJL  
    FRED在探测器上穿过多个像素点迭代来创建热图 /}M@ @W  
    A|y&\~<A  
    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。 ,C=Fgxw(  
    将如下的代码放置在树形文件夹 Embedded Scripts, ,qvz:a  
    {Lq uOC1  
    d>vGx  
    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。 ~=0zZTG  
    ^vG*8,^S=8  
    绿色字体为说明文字, NaVZ)  
    5,?9#n\E,  
    '#Language "WWB-COM" ^8V]g1]fiG  
    'script for calculating thermal image map N@j|I* y|  
    'edited rnp 4 november 2005 7qzI]  
    )C|>M'g@v  
    'declarations )*s.AFu]7x  
    Dim op As T_OPERATION W*U\79H  
    Dim trm As T_TRIMVOLUME vkBngsS  
    Dim irrad(32,32) As Double 'make consistent with sampling ?"sk"{  
    Dim temp As Double 2!" N9Adt  
    Dim emiss As Double \W1?Qc1]  
    Dim fname As String, fullfilepath As String u.!Pda  
    IL>Gi`Y&  
    'Option Explicit vn,L),"=  
    H%])>  
    Sub Main <[a9"G 7  
        'USER INPUTS \" .3x PkE  
        nx = 31 iY*Xm,#  
        ny = 31 :_H$*Q=1  
        numRays = 1000 9*,5R,#  
        minWave = 7    'microns -4hX -  
        maxWave = 11   'microns @+xkd(RfN  
        sigma = 5.67e-14 'watts/mm^2/deg k^4 x%x[5.CT  
        fname = "teapotimage.dat" u4.-AY {  
    J@yy2AZnO  
        Print "" wF38c]r`\<  
        Print "THERMAL IMAGE CALCULATION" q)!{oi{x(  
    &OuyjW4  
        detnode = FindFullName( "Geometry.Detector.Surface" ) '找到探测器平面节点 6o,, w^  
    -M[5K/[  
        Print "found detector array at node " & detnode '-ACNgNn  
    0Y"==g+ >f  
        srcnode = FindFullName( "Optical Sources.Source 1" ) '找到光源节点 teM&[U  
    UGR5ILf  
        Print "found differential detector area at node " & srcnode yil{RfBEr_  
    Jnv91*>h8  
        GetTrimVolume detnode, trm A?6b)B/e?  
        detx = trm.xSemiApe d~[ >%&  
        dety = trm.ySemiApe Q7#Q6-Q  
        area = 4 * detx * dety +F67g00T|  
        Print "detector array semiaperture dimensions are " & detx & " by " & dety D;:lw]  
        Print "sampling is " & nx & " by " & ny 8vaqj/  
    VMtR4!:q  
        'reset differential detector area dimensions to be consistent with sampling $wX5`d 1  
        pixelx = 2 * detx / nx zHu:Ec7  
        pixely = 2 * dety / ny !^\|r<2M  
        SetSourcePosGridRandom srcnode, pixelx / 2, pixely / 2, numRays, False u2U@Qrs2  
        Print "resetting source dimensions to " & pixelx / 2 & " by " & pixely / 2 h!)(R<  
    q .?D{[2  
        'reset the source power y)(@  
        SetSourcePower( srcnode, Sin(DegToRad(15))^2 ) Dy8Go4  
        Print "resetting the source power to " & GetSourcePower( srcnode ) & " units" w@oq.K  
    y8,es$  
        'zero out irradiance array &O!d!Pf  
        For i = 0 To ny - 1 %*r P d>*  
            For j = 0 To nx - 1 @];Xbbw+c  
                irrad(i,j) = 0.0 uswz@ [pa  
            Next j Vxk0oI k`  
        Next i My5X%)T>P  
    +  ^~n09  
        'main loop W6jB!W  
        EnableTextPrinting( False ) [vIO  
    s]=kD  
        ypos =  dety + pixely / 2 oM< &4F  
        For i = 0 To ny - 1 X|.X4fs  
            xpos = -detx - pixelx / 2 d5u,x.R  
            ypos = ypos - pixely bg 7b!t1F  
    7GPBn}{W  
            EnableTextPrinting( True ) P3N f<  
            Print i r4_ c~\jH  
            EnableTextPrinting( False ) VT0I1KQx.  
    3EzI~Zsx  
    1M<'^(t3d  
            For j = 0 To nx - 1 [% 3{mAd  
    E7j]"\~i  
                xpos = xpos + pixelx "w|GIjE+  
    0eb`9yM  
                'shift source [ 9$>N  
                LockOperationUpdates srcnode, True `%rqQnVB  
                GetOperation srcnode, 1, op %=NqxF>>  
                op.val1 = xpos AoTL )',  
                op.val2 = ypos x#pT B.  
                SetOperation srcnode, 1, op =I*"vwc?  
                LockOperationUpdates srcnode, False w+ _'BU1#  
    \)LY_D:  
    raytrace LR`/pet  
                DeleteRays 9fe~Q%x=u  
                CreateSource srcnode WlG/7$  
                TraceExisting 'draw GL (YC-{  
    WRD^S:`BH  
                'radiometry @n})oAC,  
                For k = 0 To GetEntityCount()-1 eaCEZHr$  
                    If IsSurface( k ) Then " $m3xO  
                        temp = AuxDataGetData( k, "temperature" ) @dO~0dF  
                        emiss = AuxDataGetData( k, "emissivity" ) +fKLCzj  
                        If ( temp <> 0 And emiss <> 0 ) Then =(@J+Ou  
                            ProjSolidAngleByPi = GetSurfIncidentPower( k ) *UEo&B2+  
                            frac = BlackBodyFractionalEnergy ( minWave, maxWave, temp ) -vhgBru  
                            irrad(i,j) = irrad(i,j) + frac * emiss * sigma * temp^4 * ProjSolidAngleByPi V_Y SYG9f  
                        End If JkpA \<  
    y'Wz*}8pr  
                    End If 79S=n,O  
    w' U;b  
                Next k = "Dmfy7  
    -KO E2f  
            Next j 9I.="b=J)  
     E#ti  
        Next i |-Y,:sY:  
        EnableTextPrinting( True ) , gz:2UY#  
    &4p:2,|r9  
        'write out file Riu0;U( \  
        fullfilepath = CurDir() & "\" & fname dZ;cs c@xv  
        Open fullfilepath For Output As #1 B&<Z#C:I  
        Print #1, "GRID " & nx & " " & ny My=p>{s  
        Print #1, "1e+308" `) K1[&  
        Print #1, pixelx & " " & pixely ? NVN&zD]  
        Print #1, -detx+pixelx/2 & " " & -dety+pixely/2 Ue~M .LZb  
    Rz%+E0  
        maxRow = nx - 1 L# (o(4g2  
        maxCol = ny - 1 N{oD1%  
        For rowNum = 0 To maxRow                    ' begin loop over rows (constant X) C3WqUf<8`{  
                row = "" u'P@3'P  
            For colNum = maxCol To 0 Step -1            ' begin loop over columns (constant Y) 6Pd;I,k  
                row = row & irrad(colNum,rowNum) & " "     ' append column data to row string Z\`uI+`  
            Next colNum                     ' end loop over columns 7pr@aA"vgj  
    d94Lc-kq^  
                Print #1, row Q<Utwk?nL  
    |P~TZ  
        Next rowNum                         ' end loop over rows CA:t](xqQ  
        Close #1 c1!h;(&  
    Q>= :$I  
        Print "File written: " & fullfilepath ={8ClUV#  
        Print "All done!!" Smg,1,=  
    End Sub M%yT?R+  
    -*+7-9A I  
    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: sIg{a( 1/  
    =][[TH  
    +>37 'PD  
    找到Tools工具,点击Open plot files in 3D chart并找到该文件 1;g>?18@  
      
    iv:[]o  
    dsrzXmE0  
    打开后,选择二维平面图: yv]/A<gP+  
    0zdH6 &  
     
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