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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: 2023-04-06
    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。 K4oLb"gB1  
    A "w 1GBx  
    成像示意图
    u*PN1E  
    首先我们建立十字元件命名为Target Is%-r.i  
    Jd)|== yD  
    创建方法: i) :Q{[D  
    Y$% Ze]~  
    面1 : , gz:2UY#  
    面型:plane &4p:2,|r9  
    材料:Air j63w(Jv/  
    孔径:X=1.5, Y=6,Z=0.075,形状选择Box UJlKw `4  
    <!4'?K-N  
    3<?(1kSo>>  
    辅助数据: .!=2#<  
    首先在第一行输入temperature :300K, LD#]"k  
    emissivity:0.1; @YV-8;hO  
    o- GHAQ  
    N "FQMxqm  
    面2 : OSsdB%bIu`  
    面型:plane uvZ|6cM  
    材料:Air kjjO<x?&*  
    孔径:X=1.5, Y=6,Z=0.075,形状选择Box +FyG{1?<  
    Fe`$mtPu.  
    z q(AN<  
    位置坐标:绕Z轴旋转90度, +d Ig&}Tr  
    C\ 9eR  
    H?^Poe(=(  
    辅助数据: %0=|WnF-  
    8CwgV  
    首先在第一行输入temperature :300K,emissivity: 0.1; #@ lLx?U  
    x!gu&AA<*  
    APy&~`  
    Target 元件距离坐标原点-161mm; }!5"EL(L80  
    !J'BAq[x  
    o3j4XrK  
    单透镜参数设定:F=100, bend=0, 位置位于坐标原点 /ey}#SHm,  
    w_4`Wsn  
    i>>_S&!9p  
    探测器参数设定: aElEV e3  
    LB U]^t@ M  
    在菜单栏中选择Create/Element Primitive /plane >*k3D&  
    2 ;U(r: ]  
    _ jF, k>F  
    zTm&m#){3A  
    2Vt iL^;5  
    -hyY5!rD  
    元件半径为20mm*20,mm,距离坐标原点200mm。 .kGg }  
    &F)P3=  
    光源创建: #k5Nnv#(J  
    - =QA{n  
    光源类型选择为任意平面,光源半角设定为15度。 zc\e$M O  
    )Q&:$]  
    q>o1kTI  
    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。 R\ <HR9r  
    l<! ?`V6}  
    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 *8t_$<'dQ  
    Gpo(Zf?  
    7;0^r#:87#  
    功率数值设定为:P=sin2(theta) theta为光源半角15度。我们为什么要这么设定,在第二部分会给出详细的公式推导。 ~Wf&$p<|  
    ixp(^>ZN  
    创建分析面: ##EMJi  
    $5s?m\!jZz  
    +Ae4LeVzc  
    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。 <jY"+@rF  
    ,*wa#[  
    nsuK{8}@  
    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。 m ['UV2  
    '%l<33*  
    FRED在探测器上穿过多个像素点迭代来创建热图 DO8@/W( `  
    $0+AR)  
    FRED具有一个内置的可编译的Basic脚本语言。从Visual Basic脚本语言里,几乎所有用户图形界面(GUI)命令是可用这里的。FRED同样具有自动的客户端和服务器能力,它可以被调用和并调用其他可启动程序,如Excel。因此可以在探测器像素点上定义多个离轴光源,及在FRED Basic脚本语言里的For Next loops语句沿着探测器像素点向上和向下扫描来反向追迹光线,这样可以使用三维图表查看器(Tools/Open plot files in 3D chart)调用和查看数据。 ~\6Kq`Y  
    将如下的代码放置在树形文件夹 Embedded Scripts, )zf&`T  
    &r;-=ASYzV  
    bb}|"m .  
    打开后清空里面的内容,此脚本为通用脚本适用于一切可热成像的应用。 1#gveHm]-G  
    2dFC{US'  
    绿色字体为说明文字, N/4`afiV.  
    M]vc W  
    '#Language "WWB-COM" ~jQ|X?tR  
    'script for calculating thermal image map XcAx@CY9c  
    'edited rnp 4 november 2005 #kR8v[Z  
    0P3^#j  
    'declarations 5k)/SAU0  
    Dim op As T_OPERATION [:&4Tp*C  
    Dim trm As T_TRIMVOLUME `07xW*K(\Y  
    Dim irrad(32,32) As Double 'make consistent with sampling I'Ui` :A  
    Dim temp As Double mG*[5?=r  
    Dim emiss As Double >ZTRwy`_(  
    Dim fname As String, fullfilepath As String ?suxoP%  
    V\5ZRLawP  
    'Option Explicit jgQn^  
    p~J|l$%0rQ  
    Sub Main U(4>e!  
        'USER INPUTS (J I4ibP  
        nx = 31 U%.OH?;f  
        ny = 31 Bvk 8b  
        numRays = 1000 _a|-_p  
        minWave = 7    'microns AqM}@2#%%  
        maxWave = 11   'microns JPJ&k( P  
        sigma = 5.67e-14 'watts/mm^2/deg k^4 zy^t95/m  
        fname = "teapotimage.dat" h mC. 5mY  
    OuWG.Za  
        Print "" \qj4v^\  
        Print "THERMAL IMAGE CALCULATION" FZf{kWH  
    ,l+lokD-#  
        detnode = FindFullName( "Geometry.Detector.Surface" ) '找到探测器平面节点 ~4IkQ|,  
    GTgG0Ifeh  
        Print "found detector array at node " & detnode { }Q!./5  
    2#%@j6  
        srcnode = FindFullName( "Optical Sources.Source 1" ) '找到光源节点 I.As{0cc  
    }#]2u| G  
        Print "found differential detector area at node " & srcnode <]1Z  
    E]Dcb*t  
        GetTrimVolume detnode, trm 9f1,E98w_  
        detx = trm.xSemiApe uJhB>/Og  
        dety = trm.ySemiApe Y_'3pX,  
        area = 4 * detx * dety %P@V7n  
        Print "detector array semiaperture dimensions are " & detx & " by " & dety )nE=H,U?y  
        Print "sampling is " & nx & " by " & ny HG kL6o=  
    U?]}K S;6  
        'reset differential detector area dimensions to be consistent with sampling wyWe2d  
        pixelx = 2 * detx / nx h]W PWa)M  
        pixely = 2 * dety / ny T)4pLN E  
        SetSourcePosGridRandom srcnode, pixelx / 2, pixely / 2, numRays, False r Z)?uqa  
        Print "resetting source dimensions to " & pixelx / 2 & " by " & pixely / 2 ~nLE?>x|Z  
    O\0]o!  
        'reset the source power L{PH8Xl_  
        SetSourcePower( srcnode, Sin(DegToRad(15))^2 ) <Cv 6wC=  
        Print "resetting the source power to " & GetSourcePower( srcnode ) & " units" W@S>#3,  
    X^Dklqqy  
        'zero out irradiance array 5A Fy6Ab  
        For i = 0 To ny - 1 &}}UdJ`  
            For j = 0 To nx - 1 iR(=< >  
                irrad(i,j) = 0.0 my|]:(_0d  
            Next j iwM$U( 9  
        Next i !g|)?XWc  
    dZMf5=tb  
        'main loop 9W5~I9%  
        EnableTextPrinting( False ) $?`-} wY  
    $>if@}u  
        ypos =  dety + pixely / 2 SrVo0$5)  
        For i = 0 To ny - 1 9feVy\u  
            xpos = -detx - pixelx / 2 ZH<: g6  
            ypos = ypos - pixely zH)M,+P  
    =Pj+^+UM  
            EnableTextPrinting( True ) $F&m('aB8  
            Print i V7~tIhuJH  
            EnableTextPrinting( False ) IZ2(F,{o  
    ?F=^& v8  
    >G#SfE$0  
            For j = 0 To nx - 1 r~2>_LK  
    VA D9mS^~  
                xpos = xpos + pixelx yq7gBkS  
    Q3h_4{w  
                'shift source esh7*,7-z*  
                LockOperationUpdates srcnode, True =5l20 Um  
                GetOperation srcnode, 1, op Q vc$D{z  
                op.val1 = xpos 'GyO  
                op.val2 = ypos cVb&Jzd  
                SetOperation srcnode, 1, op >v?&&FhHK<  
                LockOperationUpdates srcnode, False v~.nP} E^  
    uE'O}Y95  
    'raytrace Nv[MU@Tv  
                DeleteRays sV']p#HK0  
                CreateSource srcnode GBg~NkC7.  
                TraceExisting 'draw Vf*Z}'  
    u2 a#qU5*  
                'radiometry `>1XL2  
                For k = 0 To GetEntityCount()-1 W[VbFsI&b  
                    If IsSurface( k ) Then 6, ~Y(#  
                        temp = AuxDataGetData( k, "temperature" ) gc6Zy|^V4`  
                        emiss = AuxDataGetData( k, "emissivity" ) a]S0|\BkN  
                        If ( temp <> 0 And emiss <> 0 ) Then :z-UnC||j  
                            ProjSolidAngleByPi = GetSurfIncidentPower( k ) * a ?qV  
                            frac = BlackBodyFractionalEnergy ( minWave, maxWave, temp ) xCTPsw]s  
                            irrad(i,j) = irrad(i,j) + frac * emiss * sigma * temp^4 * ProjSolidAngleByPi Tf*DFyr  
                        End If ,%=SO 82W  
    |d)*,O4s  
                    End If ;n\$'"K&;  
    rWMG6+Scb  
                Next k iZ( U]  
    E3vYVuw  
            Next j fHV%.25  
    sF4+(9=  
        Next i je#OV,uHM  
        EnableTextPrinting( True ) GZt L-   
    c>b!{e@*  
        'write out file |PNPOj0  
        fullfilepath = CurDir() & "\" & fname '_~qAx@F#c  
        Open fullfilepath For Output As #1 6"djX47j  
        Print #1, "GRID " & nx & " " & ny Y n7z#bu  
        Print #1, "1e+308" )W,.xP  
        Print #1, pixelx & " " & pixely eYQPK?jo  
        Print #1, -detx+pixelx/2 & " " & -dety+pixely/2 3 BQZ[%0@  
    Wc HL:38  
        maxRow = nx - 1 pf8M0,AY  
        maxCol = ny - 1 Z<IN>:l  
        For rowNum = 0 To maxRow                    ' begin loop over rows (constant X) 4`[2Te>  
                row = "" 4 \Ig<C9  
            For colNum = maxCol To 0 Step -1            ' begin loop over columns (constant Y) MBn ZO  
                row = row & irrad(colNum,rowNum) & " "     ' append column data to row string 8\VP)<<  
            Next colNum                     ' end loop over columns Kt5k_9  
    mDdL7I  
                Print #1, row ;O~k{5.iS  
    4.e0k<]N`  
        Next rowNum                         ' end loop over rows oAprM Z 7Y  
        Close #1 g-LMct8$  
    |>zYUT[V  
        Print "File written: " & fullfilepath /6{P ?)]pE  
        Print "All done!!" : *8t,f~s^  
    End Sub zI.%b7wq  
    H3 >49;`  
    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:  NIh?2w"\  
    5HC5   
    RRUv_sff  
    找到Tools工具,点击Open plot files in 3D chart并找到该文件 "&%Lhyt  
      
    ~ ?JN I8  
    1:;S6{oQ  
    打开后,选择二维平面图: *!r"+?0gN  
    +mRc8G  
     
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    在线谭健
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    只看该作者 1楼 发表于: 2023-04-07
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