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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。 nmw#4yHYy:  
    t=IM"ZgfL  
    成像示意图
    ' -td/w  
    首先我们建立十字元件命名为Target ;"2(e7ir  
    Wgm{ ]9Q  
    创建方法: PG{"GiZz=  
    QE6L_\l  
    面1 : awgS5We|  
    面型:plane zB8J|uG  
    材料:Air , }B{)  
    孔径:X=1.5, Y=6,Z=0.075,形状选择Box {# N,&?[  
    :M$8<03>F  
    `svOPB4C'  
    辅助数据: 0Wb3M"#9<  
    首先在第一行输入temperature :300K, mW)C=X%  
    emissivity:0.1; _SrkR7  
    V 9;O1  
    &4m;9<8\  
    面2 : & &:ZY4`  
    面型:plane \ccCrDz  
    材料:Air j34lPo `  
    孔径:X=1.5, Y=6,Z=0.075,形状选择Box G(hzW%P  
    m }\L i]  
    D26A%[^O  
    位置坐标:绕Z轴旋转90度, /t04}+,e ^  
    gmCB4MO  
    Ym wb2]M  
    辅助数据: SJO^.[  
    4Y{&y6  
    首先在第一行输入temperature :300K,emissivity: 0.1; a;v;%rs  
    i%otvDn1  
    jN%+)Kj0C)  
    Target 元件距离坐标原点-161mm; lj %k/u  
    4EFP*7X  
    !}J19]\  
    单透镜参数设定:F=100, bend=0, 位置位于坐标原点 wV"C ,*V  
    7jPn6uz>w  
    l)qGG$7$  
    探测器参数设定: GD<pqm`vVY  
    pbNW l/|4  
    在菜单栏中选择Create/Element Primitive /plane 98!H$6k  
    3&Fqd  
    ~p$ncIr2Q  
    An=Q`Uxt/  
    *Edr\P  
    K@@Jt  
    元件半径为20mm*20,mm,距离坐标原点200mm。 vW03nt86  
    i; 3qMBVY~  
    光源创建: 6gD|QC~;  
    fqZ+CzH  
    光源类型选择为任意平面,光源半角设定为15度。 &$.x1$%  
    Ffr6P }I  
    aR0v qRF  
    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。 dMoN19F  
    fZt3cE\  
    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 ~f[91m!+  
    1~9AQ[]w8  
    l( ?Yx  
    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。 YbE1yOJ&m  
    hionR)R4  
    创建分析面: ybVdWOqv  
    m NApFwZ  
    o/p'eY:)  
    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。 (1}"I RX.  
    ot.R Gpg%  
    l|K`'YS!<{  
    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。 eE[/#5tK  
    !d=Q@oy5  
    FRED在探测器上穿过多个像素点迭代来创建热图 dIDs~  
    eO=!(  
    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。 .@;,'Xw1~  
    将如下的代码放置在树形文件夹 Embedded Scripts, Nx"v|"  
    O7\ )C]A  
    ^p!bteA>  
    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。 a3oSSkT  
    /'0,cJnm  
    绿色字体为说明文字, Id'@!U:NA  
    Is !DiB  
    '#Language "WWB-COM" od~`q4p1(-  
    'script for calculating thermal image map &-6 D'@  
    'edited rnp 4 november 2005 .j0]hn]  
    2\=cv  
    'declarations 3a#j&]  
    Dim op As T_OPERATION n)rF!a  
    Dim trm As T_TRIMVOLUME O5p]E7/e  
    Dim irrad(32,32) As Double 'make consistent with sampling P1m PC  
    Dim temp As Double r&-I r3[  
    Dim emiss As Double vH^^QI:em  
    Dim fname As String, fullfilepath As String 7<VfE`Q3  
    Q.[^5 8  
    'Option Explicit mLn =SU{#  
    2_ HPsEx  
    Sub Main ps6c>AN`A&  
        'USER INPUTS B.J4}Ua  
        nx = 31 ]]Da/^K=Z  
        ny = 31 SAGLLk07G  
        numRays = 1000 [ {B1~D-  
        minWave = 7    'microns tr\Vr;zd  
        maxWave = 11   'microns 3fJwj}wL  
        sigma = 5.67e-14 'watts/mm^2/deg k^4 WtTwY8HC  
        fname = "teapotimage.dat" =7`0hS<@F  
    K*Tvo `  
        Print "" kM\O2 ay  
        Print "THERMAL IMAGE CALCULATION" `-N&cc  
    {G%!M+n<  
        detnode = FindFullName( "Geometry.Detector.Surface" ) '找到探测器平面节点 fE/8;v!=  
    jsvD[\P  
        Print "found detector array at node " & detnode y]`@%V2P  
    #YSUPO%F  
        srcnode = FindFullName( "Optical Sources.Source 1" ) '找到光源节点 %.R_[.W  
    -ijQT B  
        Print "found differential detector area at node " & srcnode 1H_#5hd  
    {q:o}<-L+  
        GetTrimVolume detnode, trm ]4>[y?k34  
        detx = trm.xSemiApe ft[g1  
        dety = trm.ySemiApe 1W5\   
        area = 4 * detx * dety +B@NSEy/+  
        Print "detector array semiaperture dimensions are " & detx & " by " & dety #={L!"3?e  
        Print "sampling is " & nx & " by " & ny =#<hT s  
    t=]&q.  
        'reset differential detector area dimensions to be consistent with sampling %d9UWQ  
        pixelx = 2 * detx / nx }x1mpPND  
        pixely = 2 * dety / ny #7U,kTj9  
        SetSourcePosGridRandom srcnode, pixelx / 2, pixely / 2, numRays, False soZw""|v  
        Print "resetting source dimensions to " & pixelx / 2 & " by " & pixely / 2 j]<T\O>t>  
    R6Cm:4m}I  
        'reset the source power _|Ml6;1aZ  
        SetSourcePower( srcnode, Sin(DegToRad(15))^2 ) ]Nvtiw 6  
        Print "resetting the source power to " & GetSourcePower( srcnode ) & " units" |Tz4xTK  
    k[ Iwxl;/  
        'zero out irradiance array v[6BESu  
        For i = 0 To ny - 1 | pp  @  
            For j = 0 To nx - 1 &hba{!`y  
                irrad(i,j) = 0.0 Y(SgfWeK@1  
            Next j |b/J$.R  
        Next i r<O^uz?Di  
    *ma/_rjK  
        'main loop 9VN@M  
        EnableTextPrinting( False ) fT8Id\6js  
    [JVI@1T  
        ypos =  dety + pixely / 2 2ezuP F  
        For i = 0 To ny - 1 z>i D  
            xpos = -detx - pixelx / 2 $#@4i4TN-  
            ypos = ypos - pixely R\:C|/6f  
    A0rdQmrOL  
            EnableTextPrinting( True ) NI(`o8fN  
            Print i J6 [x(T  
            EnableTextPrinting( False ) 4 _N)1u !  
    nHKEtKDd  
    }C7tlA8,7  
            For j = 0 To nx - 1 dtM@iDljj  
    _T5~B"*  
                xpos = xpos + pixelx 9zO3KT2  
    ,mYoxEB kl  
                'shift source ~~zw[#'  
                LockOperationUpdates srcnode, True `z` `d*_  
                GetOperation srcnode, 1, op !icpfxOpjQ  
                op.val1 = xpos \Zf&&7v  
                op.val2 = ypos 31>k3IP&  
                SetOperation srcnode, 1, op bOck^1Hky  
                LockOperationUpdates srcnode, False M:`hb$k:  
    B@zJ\Ir[  
    'raytrace f/;\/Q[Z7  
                DeleteRays I I>2\d|   
                CreateSource srcnode R|+R4'  
                TraceExisting 'draw i8B%|[ nm  
    2 J4|7UwJ  
                'radiometry G<jpJ  
                For k = 0 To GetEntityCount()-1 ,uKvE`H  
                    If IsSurface( k ) Then N0vd>b  
                        temp = AuxDataGetData( k, "temperature" ) Xp} vJl   
                        emiss = AuxDataGetData( k, "emissivity" ) Xb^\{s?b  
                        If ( temp <> 0 And emiss <> 0 ) Then f6L_u k`{  
                            ProjSolidAngleByPi = GetSurfIncidentPower( k ) LDBR4@V  
                            frac = BlackBodyFractionalEnergy ( minWave, maxWave, temp ) Km <Wh=  
                            irrad(i,j) = irrad(i,j) + frac * emiss * sigma * temp^4 * ProjSolidAngleByPi J82{PfQ"  
                        End If Yn<0D|S;X  
    D8?$Fn=  
                    End If doR'=@ W  
    i9!Urq-  
                Next k 5&X  
    n/,7ryu  
            Next j zi?'3T%Ie  
    %o"Rcw|  
        Next i "{x~j \<  
        EnableTextPrinting( True ) <go~WpA|r  
    T![K i  
        'write out file /2@%:b)  
        fullfilepath = CurDir() & "\" & fname amBz75N{  
        Open fullfilepath For Output As #1 #h3+T*5} 6  
        Print #1, "GRID " & nx & " " & ny 3-mw-;.  
        Print #1, "1e+308" phc1AN=[E  
        Print #1, pixelx & " " & pixely l#~Fe D  
        Print #1, -detx+pixelx/2 & " " & -dety+pixely/2 44W3U~1  
    %C3cdy_c  
        maxRow = nx - 1 *}_/:\v  
        maxCol = ny - 1 y2+a2  
        For rowNum = 0 To maxRow                    ' begin loop over rows (constant X) :>X7(&j8  
                row = "" h+74W0 $  
            For colNum = maxCol To 0 Step -1            ' begin loop over columns (constant Y) 4iLU "~  
                row = row & irrad(colNum,rowNum) & " "     ' append column data to row string JA{YdB;il  
            Next colNum                     ' end loop over columns CD&m4^X5D  
    Vd?v"2S(9  
                Print #1, row /B!m|)h5~  
    oba*w;  
        Next rowNum                         ' end loop over rows 6fV)8,F3  
        Close #1 r/4]b]n  
    GBphab|  
        Print "File written: " & fullfilepath Z>,X$ Y6<  
        Print "All done!!" *.*:(7`  
    End Sub -Y[-t;  
    4 P;O8KA5y  
    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: }-L@AC/\#  
    2 T3DV])Q  
    =P#!>*\ar  
    找到Tools工具,点击Open plot files in 3D chart并找到该文件 yQA[X}  
      
    p&4n3%(R@  
    Nb#7&_f=  
    打开后,选择二维平面图: V1:3  
    P\ s+2/  
     
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    离线谭健
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    只看该作者 1楼 发表于: 2023-04-07
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