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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。 CNj |vYj  
    /QlzWson  
    成像示意图
    Y$^vA[]c>  
    首先我们建立十字元件命名为Target A$~H`W<yxB  
    V[^AV"V  
    创建方法: 1 h162  
    _;x`6LM  
    面1 : 7!o#pt7  
    面型:plane D}{]5R  
    材料:Air ;eFV}DWW  
    孔径:X=1.5, Y=6,Z=0.075,形状选择Box wko9tdC=U  
    !}`[s2ji  
    $rjm MSxi  
    辅助数据: 9l[C&0w#\  
    首先在第一行输入temperature :300K, \'w.<)(GI  
    emissivity:0.1; iN Lt4F[i  
    V#4oxkm  
    4*n1Xu 7^x  
    面2 : / gaC  
    面型:plane I8W9Kzf  
    材料:Air 0aGauG[  
    孔径:X=1.5, Y=6,Z=0.075,形状选择Box K)Ya%%6[U#  
    Q[!?SSX%  
    cy8r}wD  
    位置坐标:绕Z轴旋转90度, 0ikA@SAq  
    MD 0d  
    isnpSN"z  
    辅助数据: e v7A;;  
    iF:NDqc  
    首先在第一行输入temperature :300K,emissivity: 0.1; /K,@{__JP  
    Zic:d-Q47  
    (:+Wc^0  
    Target 元件距离坐标原点-161mm; t1#f*G5  
    L]X Lv9J0  
    s }^W2  
    单透镜参数设定:F=100, bend=0, 位置位于坐标原点 bL:+(/:  
    g]b%<DJ  
    wqE2n  
    探测器参数设定: vXSpn71Jb  
    xy)W_~Mk  
    在菜单栏中选择Create/Element Primitive /plane A,#z_2~  
    c!$~_?]  
    obX2/   
    3=Xvl 58k  
    wC<FF2T  
    aXbj pb+  
    元件半径为20mm*20,mm,距离坐标原点200mm。 *z'Rl'j9[  
    pL.~z  
    光源创建: 7pH[_]1"  
    q~\[P4m  
    光源类型选择为任意平面,光源半角设定为15度。 =lh&oPc1  
    }V+&o\4  
    xLbF9ASim  
    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。 4 $)}d  
    %CrpUx  
    我们在位置选项又设定一行的目的是通过脚本自动控制光源在探测器平面不同划分区域内不同位置处追迹光线 _2})URU< S  
    Pi[(xD8  
    kgX"I ?>d  
    功率数值设定为:P=sin2(theta) theta为光源半角15度。我们为什么要这么设定,在第二部分会给出详细的公式推导。 :r_/mzR#  
    [}l 1`>  
    创建分析面: taSYR$VJ  
    w 3L+7V,!  
    k~1{|HxrE  
    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。 y$|OE%S  
    m`,h nDp  
    xAf?E%_pi  
    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。 B/EGaYH  
    i+Xb3+R  
    FRED在探测器上穿过多个像素点迭代来创建热图 aXD|XE%  
    {f>e~o  
    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。 < $rXQ  
    将如下的代码放置在树形文件夹 Embedded Scripts, ( 2KopL  
    Ed"p|5~  
    .18MMzdN  
    打开后清空里面的内容,此脚本为通用脚本适用于一切可热成像的应用。 tH4+S?PI  
    <*4r6UFR  
    绿色字体为说明文字, M`G#cEc  
    qEPC]es|T  
    '#Language "WWB-COM" `9VRT`e  
    'script for calculating thermal image map SM`n:{N(  
    'edited rnp 4 november 2005 #|}EPD9$  
     [ "Jt2  
    'declarations 5lm>~J!/^  
    Dim op As T_OPERATION 0~nub  
    Dim trm As T_TRIMVOLUME UZW)%  
    Dim irrad(32,32) As Double 'make consistent with sampling X gA( D  
    Dim temp As Double S? (/~Vb%  
    Dim emiss As Double H[iR8<rhQ  
    Dim fname As String, fullfilepath As String )!D,;,aQ  
    ^pvnUODW[  
    'Option Explicit 4{=^J2z  
    ]A:G>K  
    Sub Main }xy[ &-dh  
        'USER INPUTS WS ^%< h#  
        nx = 31 =&?BPhJE  
        ny = 31 G+Zm  
        numRays = 1000 )m(?U  
        minWave = 7    'microns y$HV;%G{26  
        maxWave = 11   'microns c0:`+>p2  
        sigma = 5.67e-14 'watts/mm^2/deg k^4 k iY1  
        fname = "teapotimage.dat" ;ywUl`d  
    J?bx<$C@  
        Print "" <8 25?W|  
        Print "THERMAL IMAGE CALCULATION" )ocr.wU@  
    hW-?j&yJ?  
        detnode = FindFullName( "Geometry.Detector.Surface" ) '找到探测器平面节点 H<wkD9v}H5  
    fnU;DS] W  
        Print "found detector array at node " & detnode 10e~Yc  
    Z[zRZ2'i5  
        srcnode = FindFullName( "Optical Sources.Source 1" ) '找到光源节点 ,CQg6- [  
    kG3m1: :  
        Print "found differential detector area at node " & srcnode =E-V-?N\  
    :0j_I\L  
        GetTrimVolume detnode, trm IX 2 dic'  
        detx = trm.xSemiApe ?hnxc0 ~P  
        dety = trm.ySemiApe 'C<4{agS  
        area = 4 * detx * dety </jTWc'}  
        Print "detector array semiaperture dimensions are " & detx & " by " & dety IpI|G!Y,  
        Print "sampling is " & nx & " by " & ny 18gApRa  
    3etW4  
        'reset differential detector area dimensions to be consistent with sampling 9g`o+U{  
        pixelx = 2 * detx / nx 4Yya+[RY  
        pixely = 2 * dety / ny W 33MYw  
        SetSourcePosGridRandom srcnode, pixelx / 2, pixely / 2, numRays, False TKZ[H$Z  
        Print "resetting source dimensions to " & pixelx / 2 & " by " & pixely / 2 PFPZ]XI%F  
    WBY_%RTx  
        'reset the source power EHX/XM  
        SetSourcePower( srcnode, Sin(DegToRad(15))^2 ) YS+|n%?  
        Print "resetting the source power to " & GetSourcePower( srcnode ) & " units" Fhk`qh'i  
    ~-o[v-\  
        'zero out irradiance array K)F6TvWv  
        For i = 0 To ny - 1 % *Lv  
            For j = 0 To nx - 1 ) i=.x+Q  
                irrad(i,j) = 0.0 i5jsM\1j  
            Next j 4S3uzy%  
        Next i 6~c:FsZ)  
    ($r-&]y  
        'main loop o==:e  
        EnableTextPrinting( False ) cCbZ*  
    %oHK=],|1  
        ypos =  dety + pixely / 2 [e;c)XS[  
        For i = 0 To ny - 1 TnQ"c)ta  
            xpos = -detx - pixelx / 2 T43Jgk,  
            ypos = ypos - pixely Av_JcH  
    $ucA.9pJ  
            EnableTextPrinting( True ) @PAT|6  
            Print i _%:$sAj  
            EnableTextPrinting( False ) ^n&_JQIXb  
    5v,_ Hgh  
    sA!$}W  
            For j = 0 To nx - 1 mL]a_S{H  
    K:(E"d;  
                xpos = xpos + pixelx OV,t|  
    )4e?-?bK!  
                'shift source <S68UN(Ke  
                LockOperationUpdates srcnode, True  jWqjGX`  
                GetOperation srcnode, 1, op kqQT^6S   
                op.val1 = xpos 6,a:s:$>}R  
                op.val2 = ypos +Fa!<txn  
                SetOperation srcnode, 1, op z^^)n  
                LockOperationUpdates srcnode, False Z]qbLxJV  
    G[$g-NU+  
    'raytrace :kQydCuK  
                DeleteRays f O,5 u;  
                CreateSource srcnode h1 pEC  
                TraceExisting 'draw _kXq0~  
    '|^x[8^  
                'radiometry k{ ~0BK  
                For k = 0 To GetEntityCount()-1 ]I'dnd3e  
                    If IsSurface( k ) Then Cd2A&RB  
                        temp = AuxDataGetData( k, "temperature" ) +o-jMvK9  
                        emiss = AuxDataGetData( k, "emissivity" ) 7m:ZG  
                        If ( temp <> 0 And emiss <> 0 ) Then dTZ$92<  
                            ProjSolidAngleByPi = GetSurfIncidentPower( k ) IRyZ0$r:e\  
                            frac = BlackBodyFractionalEnergy ( minWave, maxWave, temp ) wl7 (|\-  
                            irrad(i,j) = irrad(i,j) + frac * emiss * sigma * temp^4 * ProjSolidAngleByPi 7!U^?0?/  
                        End If #g=  
    `Vl9/IEk  
                    End If {2F@OfuCF  
    a(uZ}yS$  
                Next k #+#^cqjZ  
    M>[e1y>7  
            Next j ]p!)8[<  
    B,A,5SuMk  
        Next i E.N  
        EnableTextPrinting( True ) ,0a\Ka {^  
    s>*xAIx  
        'write out file 7>lM^ :A  
        fullfilepath = CurDir() & "\" & fname JIPBJ  
        Open fullfilepath For Output As #1 f~ wgMp.W0  
        Print #1, "GRID " & nx & " " & ny gVNoC-n)  
        Print #1, "1e+308" c{ ([U  
        Print #1, pixelx & " " & pixely -nXlW  
        Print #1, -detx+pixelx/2 & " " & -dety+pixely/2 bEm9hFvd  
    AVi&cvhs  
        maxRow = nx - 1 lFl(Sww!\  
        maxCol = ny - 1 U0Uy C  
        For rowNum = 0 To maxRow                    ' begin loop over rows (constant X) LwYWgT\e  
                row = "" ! k 1 Ge+  
            For colNum = maxCol To 0 Step -1            ' begin loop over columns (constant Y) YS:p(jtd  
                row = row & irrad(colNum,rowNum) & " "     ' append column data to row string F3[,6%4v  
            Next colNum                     ' end loop over columns g%<n9AUl  
    f@[qS7ok  
                Print #1, row wJj:hA}  
    u4j"U6"]M  
        Next rowNum                         ' end loop over rows s'|t2`K("  
        Close #1 XY#.?<"Q8  
    V503  
        Print "File written: " & fullfilepath ;y_]w6|n  
        Print "All done!!" Zm0'p!  
    End Sub 9dm oB_G  
    _b$ yohQ  
    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: t)1`^W}  
    %&S9~E D  
    te4=  
    找到Tools工具,点击Open plot files in 3D chart并找到该文件 "}V_.I* +  
      
    ^t:dcY7  
    XO+rg&Pu  
    打开后,选择二维平面图: +Qf}&D_  
    7[PEiAI  
     
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    只看该作者 1楼 发表于: 2023-04-07
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