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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。 cq- e c7  
    %?U"[F1  
    成像示意图
    ajf_)G5X P  
    首先我们建立十字元件命名为Target -Pv P  
    3 (Gygq#  
    创建方法: o}5'v^"6,  
    NdaVT5RB  
    面1 : h#$ _<U  
    面型:plane [YL sEo=  
    材料:Air 5%vP~vy_}  
    孔径:X=1.5, Y=6,Z=0.075,形状选择Box <FMuWHY  
    Zw3hp,P]  
    NB~*sP-l&  
    辅助数据: 0j-F6a*p'1  
    首先在第一行输入temperature :300K, W$x K^}  
    emissivity:0.1; /3xFd)|Ds  
    C.B8 J"T-  
    3|z;K,`Fw  
    面2 : ?STI8AdO  
    面型:plane ur,V>J<5A  
    材料:Air X.r!q1_c  
    孔径:X=1.5, Y=6,Z=0.075,形状选择Box uWM4O@Qn)d  
    :$)aMEq  
    4cv|ok8P  
    位置坐标:绕Z轴旋转90度, Au\ =ypK  
    (RI>aDG RH  
    0^|$cvYiL  
    辅助数据: 1bFEx_  
    )aO!cQ{s  
    首先在第一行输入temperature :300K,emissivity: 0.1; Z:}2F^6  
    ) 2*|WHO  
    P dE)m/  
    Target 元件距离坐标原点-161mm; 9h)P8B.>M  
    !*$'fn'bAA  
     T!O3(  
    单透镜参数设定:F=100, bend=0, 位置位于坐标原点 +eVpMD( l  
    ~>wq;T:=  
    K;(|v3g6  
    探测器参数设定: ^AC+nko*  
    !{|yAt9kP  
    在菜单栏中选择Create/Element Primitive /plane :EmMia-)J  
    !IrKou)/_  
    8~XI7g'5x  
    WLA_YMlA  
    62KW HB9S  
    #v]aT  ]}  
    元件半径为20mm*20,mm,距离坐标原点200mm。 -a#AE|`  
    5la]l  
    光源创建: ?R~Ye  
    7H@Cy}a  
    光源类型选择为任意平面,光源半角设定为15度。 aABE= 9Y  
    5;uX"z G  
    W,eKQV<j  
    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~J1pcBno%  
    Kps GQM  
    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 >w2WyYJYH  
    X2mm'J DwK  
    )^a#Xn3z  
    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。 4)S?Y"Bs  
    zAdVJ58H  
    创建分析面: {?M*ZRO'  
    Gt *<?  
    rG'k<X~7  
    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。 6je%LHhL  
    C=f(NpyD6  
    v-]-wNqT  
    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。 1OGv+b)  
    i: uA&9  
    FRED在探测器上穿过多个像素点迭代来创建热图 LfSU Y  
    z Clm'X/  
    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。 PX{~!j%n  
    将如下的代码放置在树形文件夹 Embedded Scripts, =-& iF  
    [ ESQD5&  
    u>Kvub  
    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。 B=xZkc  
    4o8HEq!  
    绿色字体为说明文字, 8o!^ZOmU<  
    |?Uc:VFF  
    '#Language "WWB-COM" @Bwl)G!|  
    'script for calculating thermal image map {.)~4.LhQM  
    'edited rnp 4 november 2005 `SbX`a0p2  
    87*[o  
    'declarations YLd%"H $n  
    Dim op As T_OPERATION +Rd{ ?)2~  
    Dim trm As T_TRIMVOLUME q.tL'  
    Dim irrad(32,32) As Double 'make consistent with sampling 7!r`DZ"yF  
    Dim temp As Double aM1JG$+7G  
    Dim emiss As Double FCAu%lvZT  
    Dim fname As String, fullfilepath As String eW<hC (  
    '0?E|B]Cp%  
    'Option Explicit 'hWRwP|  
    2}#PDh n  
    Sub Main $dUN+9  
        'USER INPUTS Y'R1\Go-  
        nx = 31 ~+ur*3X  
        ny = 31 f>PU# D@B  
        numRays = 1000 P;[mw(  
        minWave = 7    'microns );LwWKa  
        maxWave = 11   'microns \`x'g)z(i  
        sigma = 5.67e-14 'watts/mm^2/deg k^4 r}bKVne  
        fname = "teapotimage.dat" MQu6Tm H  
    lvffQ_t  
        Print "" 4'*K\Ul).H  
        Print "THERMAL IMAGE CALCULATION" wtyu"=  
    djM=QafB:C  
        detnode = FindFullName( "Geometry.Detector.Surface" ) '找到探测器平面节点 [?2mt`g  
    0:p#%Nvg  
        Print "found detector array at node " & detnode G}*B`m  
    QJ?!_2Ax  
        srcnode = FindFullName( "Optical Sources.Source 1" ) '找到光源节点 ;C%EF  
    `$HO`d@0*R  
        Print "found differential detector area at node " & srcnode ~Otf "<  
    bHM .&4G  
        GetTrimVolume detnode, trm hW&UG#PY>  
        detx = trm.xSemiApe Yn/-m Z  
        dety = trm.ySemiApe ,5 ,4Qf7  
        area = 4 * detx * dety V"XN(Fd^  
        Print "detector array semiaperture dimensions are " & detx & " by " & dety O&uOm:/(  
        Print "sampling is " & nx & " by " & ny 25r=Xv  
    lVHJ}(<'p  
        'reset differential detector area dimensions to be consistent with sampling l(W3|W#P  
        pixelx = 2 * detx / nx fz*6 B NJ  
        pixely = 2 * dety / ny &V$R@~x  
        SetSourcePosGridRandom srcnode, pixelx / 2, pixely / 2, numRays, False S6 *dp68  
        Print "resetting source dimensions to " & pixelx / 2 & " by " & pixely / 2 \kx9V|A'  
    n >'}tT)U  
        'reset the source power v*pVcBY>  
        SetSourcePower( srcnode, Sin(DegToRad(15))^2 ) (;N_lF0  
        Print "resetting the source power to " & GetSourcePower( srcnode ) & " units" jiat5  
    (iFhn*/ E  
        'zero out irradiance array /+iaw~={"  
        For i = 0 To ny - 1 'JydaF~>  
            For j = 0 To nx - 1 ;%}  
                irrad(i,j) = 0.0 (Jm_2CN7X  
            Next j qXW 5_iX  
        Next i P&K~wP]  
    (+@H !>r$$  
        'main loop &^Io\  
        EnableTextPrinting( False ) ty ~U~  
    $d'Gh2IGA  
        ypos =  dety + pixely / 2 |<E%hf  
        For i = 0 To ny - 1 KM6r}CDHs  
            xpos = -detx - pixelx / 2 ev>: 3_ s  
            ypos = ypos - pixely 0R.@\?bhL  
    8p5u1 ;2  
            EnableTextPrinting( True ) i<l)To-  
            Print i P _9O8"W  
            EnableTextPrinting( False ) 2axH8ONMu  
    /<@oUv  
    _z_uz \#,  
            For j = 0 To nx - 1 {_ocW@@  
    1\1o65en  
                xpos = xpos + pixelx Kh27[@s  
    RxqXGM`4  
                'shift source  #/n\C  
                LockOperationUpdates srcnode, True SQ@@79A  
                GetOperation srcnode, 1, op T^"d%au  
                op.val1 = xpos !=ZbBUJF  
                op.val2 = ypos JV@>dK8  
                SetOperation srcnode, 1, op >8ePx,+!  
                LockOperationUpdates srcnode, False uvT]MgT  
    P",53R+"  
    'raytrace UlyX$f%2  
                DeleteRays xD1w#FMlQs  
                CreateSource srcnode -E.EI@"  
                TraceExisting 'draw 0%vXPlfnY  
    TN&1C8xr  
                'radiometry tvI~?\Ylj  
                For k = 0 To GetEntityCount()-1 B;^7Yu0,  
                    If IsSurface( k ) Then zc(- dMlK  
                        temp = AuxDataGetData( k, "temperature" ) >zXw4=J  
                        emiss = AuxDataGetData( k, "emissivity" ) 1h|JKu0  
                        If ( temp <> 0 And emiss <> 0 ) Then ;gf^;%FK  
                            ProjSolidAngleByPi = GetSurfIncidentPower( k ) Uc \\..Cf  
                            frac = BlackBodyFractionalEnergy ( minWave, maxWave, temp ) ceAK;v o  
                            irrad(i,j) = irrad(i,j) + frac * emiss * sigma * temp^4 * ProjSolidAngleByPi V+_L9  
                        End If jh9^5"vQ  
    6Vi #O^>  
                    End If <vOljo  
    \S3C"P%w  
                Next k ]x! vPIyq  
    LDO@$jg  
            Next j [K,&s8N5  
    qd"*Td  
        Next i WC0@g5;1[  
        EnableTextPrinting( True ) I 91`~0L*  
    {}[S,L  
        'write out file Rax}r  
        fullfilepath = CurDir() & "\" & fname Q l ql(*  
        Open fullfilepath For Output As #1 uG~%/7Qt{  
        Print #1, "GRID " & nx & " " & ny gtJUQu p2  
        Print #1, "1e+308" Ggsfr;m\`  
        Print #1, pixelx & " " & pixely ="z\  
        Print #1, -detx+pixelx/2 & " " & -dety+pixely/2 9-I;'  
    VWaI!bK  
        maxRow = nx - 1 ' w!o!_T6  
        maxCol = ny - 1 P.=&:ay7?  
        For rowNum = 0 To maxRow                    ' begin loop over rows (constant X) esWgYAc3{  
                row = "" gs7H9%j{U  
            For colNum = maxCol To 0 Step -1            ' begin loop over columns (constant Y) ts aD5B  
                row = row & irrad(colNum,rowNum) & " "     ' append column data to row string 2>_6b>9]  
            Next colNum                     ' end loop over columns $*{PUj  
    x?VX,9;j  
                Print #1, row A !x" *  
    Gmf.lHr$%  
        Next rowNum                         ' end loop over rows H'P1EZtq  
        Close #1 TY],H=  
    ==l p\  
        Print "File written: " & fullfilepath i\ X Ok!  
        Print "All done!!" l%oie1g l  
    End Sub 1.4]T, `  
    JnlM0jc]`  
    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: g~S>_~WL  
    TwqyQ49  
    m1heU3BUWU  
    找到Tools工具,点击Open plot files in 3D chart并找到该文件  S`)KC-  
      
    @(,k%84z  
    ?kI-o0@O.  
    打开后,选择二维平面图: N4}j,{#  
    wm}6$n?Za  
     
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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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