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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。 ZO$T/GE6%  
    |^!@  
    成像示意图
    84cH|j`w  
    首先我们建立十字元件命名为Target K<(sqH  
    ^Pp FI  
    创建方法: k= 1+mG  
    <7) 6*u  
    面1 : K7Tell\`  
    面型:plane N'.+ezZ;h  
    材料:Air "b7C0NE  
    孔径:X=1.5, Y=6,Z=0.075,形状选择Box bUL9*{>G  
    )C6 7qY  
    1OS3Gv8jc~  
    辅助数据: <-aI%'?*  
    首先在第一行输入temperature :300K, k]YGD  
    emissivity:0.1; S3wH M  
    uS,$P34^oy  
    `vBa.)u  
    面2 : W<l(C!{  
    面型:plane {m GWMv  
    材料:Air l))IO`s=_  
    孔径:X=1.5, Y=6,Z=0.075,形状选择Box T0jJp7O  
    NWj@iyi<  
    k JFHUR  
    位置坐标:绕Z轴旋转90度, !%9I%Ak^  
    zf u78  
    Gjr2]t;E  
    辅助数据: 9B0"GEwrs  
    lNAHn<ht  
    首先在第一行输入temperature :300K,emissivity: 0.1; r U5'hK  
    }C}_ I:=C  
    %Ski5q  
    Target 元件距离坐标原点-161mm; E 3.s8}}  
    )FPbE^s(  
    " z{w^k  
    单透镜参数设定:F=100, bend=0, 位置位于坐标原点 :LG%8Z{R  
    4y.[tk5  
    1fZ:^|\  
    探测器参数设定: H)tDfk sq\  
    K(S/D(\ FL  
    在菜单栏中选择Create/Element Primitive /plane k6S<46}h|  
    Y?cw9uYB  
    Q8i6kf!  
    2=EKAg=S  
    O1,[7F.4g  
    T(F8z5s5  
    元件半径为20mm*20,mm,距离坐标原点200mm。 gZv <_0N  
    ;"z>p25=T  
    光源创建: O6]~5&8U.  
    [DwB7l)O(  
    光源类型选择为任意平面,光源半角设定为15度。 <& iBR  
    -&}E:zoe  
    %\0 Y1!Hw  
    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。 )/'s& D  
    (P-<9y@  
    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 P_U-R%f  
    y rk#)@/m  
    +&@0;zSga  
    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。 5>Q)8` @E  
    X$f%Ss  
    创建分析面: iXFaQ  
    E12k1gC`  
    T^_9R;  
    到这里元件参数设定完成,现在我们设定元件的光学属性,在前面我们分别对第一和第二面设定的温度和发射系数,散射属性我们设定为黑朗伯,4%的散射。并分别赋予到面一和面二。 ZI7<E  
    se[};t:  
    0J~4  
    到此,所有的光学结构和属性设定完成,通过光线追迹我们可以查看光线是否可以穿过元件。 3 6 ;hg #  
    -w B AFr  
    FRED在探测器上穿过多个像素点迭代来创建热图 C#>C59  
    cht#~d  
    FRED具有一个内置的可编译的Basic脚本语言。从Visual Basic脚本语言里,几乎所有用户图形界面(GUI)命令是可用这里的。FRED同样具有自动的客户端和服务器能力,它可以被调用和并调用其他可启动程序,如Excel。因此可以在探测器像素点上定义多个离轴光源,及在FRED Basic脚本语言里的For Next loops语句沿着探测器像素点向上和向下扫描来反向追迹光线,这样可以使用三维图表查看器(Tools/Open plot files in 3D chart)调用和查看数据。 "L]_NS T  
    将如下的代码放置在树形文件夹 Embedded Scripts, S J5kA`  
    S6]':  
    {Y Ymt!Ic  
    打开后清空里面的内容,此脚本为通用脚本适用于一切可热成像的应用。 )Yml'?V"  
    \~PFD%]:3  
    绿色字体为说明文字, MXb(Z9)]kw  
    0N.*c  
    '#Language "WWB-COM" YVT^}7#  
    'script for calculating thermal image map *C\O] r:'  
    'edited rnp 4 november 2005 OjZ@_V:  
    N2>JG]G  
    'declarations )c/] 8KU  
    Dim op As T_OPERATION RulIzv  
    Dim trm As T_TRIMVOLUME 9[`6f8S_$  
    Dim irrad(32,32) As Double 'make consistent with sampling 9\F^\h{  
    Dim temp As Double - g0>>{M'  
    Dim emiss As Double jJ|;Nwm<[  
    Dim fname As String, fullfilepath As String #^Y,,GA  
    scdT/|(U$  
    'Option Explicit r`2& o  
    =R05H2hs  
    Sub Main amRtFrc|  
        'USER INPUTS #XsqTK_nk  
        nx = 31 o&]qjFo\m  
        ny = 31 {% P;O ?  
        numRays = 1000 rfjQx]3pB  
        minWave = 7    'microns (k?OYz]c  
        maxWave = 11   'microns VI?[8@*Z  
        sigma = 5.67e-14 'watts/mm^2/deg k^4 xk/(| f{L  
        fname = "teapotimage.dat" om1 / 9  
    ]arP6 iN+  
        Print "" ,O}zgf*H;  
        Print "THERMAL IMAGE CALCULATION" :O7J9K|  
    )Ii=8etdv  
        detnode = FindFullName( "Geometry.Detector.Surface" ) '找到探测器平面节点 v,jU9D \  
    5M*p1^ >  
        Print "found detector array at node " & detnode [Mi~4b  
    mWh:,[o  
        srcnode = FindFullName( "Optical Sources.Source 1" ) '找到光源节点 ,f$ RE6  
    *4ID$BmO  
        Print "found differential detector area at node " & srcnode 9cLKb  
    LE;c+(CAU  
        GetTrimVolume detnode, trm ,0~=9dR  
        detx = trm.xSemiApe 2,+H;Ypi!  
        dety = trm.ySemiApe @bZb#,n]  
        area = 4 * detx * dety d^7<l_u~ !  
        Print "detector array semiaperture dimensions are " & detx & " by " & dety >_@J&vC  
        Print "sampling is " & nx & " by " & ny SC#  
    FEkx&9]  
        'reset differential detector area dimensions to be consistent with sampling >(3 y(1;  
        pixelx = 2 * detx / nx [lf[J&}X  
        pixely = 2 * dety / ny 5q\]]LV>  
        SetSourcePosGridRandom srcnode, pixelx / 2, pixely / 2, numRays, False PYZ8@G  
        Print "resetting source dimensions to " & pixelx / 2 & " by " & pixely / 2 H_{Yr+p  
    Q-\: u~  
        'reset the source power 1peN@Yk2W  
        SetSourcePower( srcnode, Sin(DegToRad(15))^2 ) aa|xZ  
        Print "resetting the source power to " & GetSourcePower( srcnode ) & " units" \|Mz'*  
    fIu/*PFPVY  
        'zero out irradiance array K$4Ky&89  
        For i = 0 To ny - 1 v"`w'+  
            For j = 0 To nx - 1 n'SnqJ&}  
                irrad(i,j) = 0.0 s^cHR1^  
            Next j {'/8{dS  
        Next i +:b| I'S  
    ?n}L+|  
        'main loop =vR>KE  
        EnableTextPrinting( False ) MD+Q_  
    NOvN8.K%  
        ypos =  dety + pixely / 2 j*GYYEY  
        For i = 0 To ny - 1 S;Vj5  
            xpos = -detx - pixelx / 2 |g~.]2az  
            ypos = ypos - pixely dI`b AP;\  
    r'&VH]m  
            EnableTextPrinting( True ) T!8,R{V]4  
            Print i GE|V^_|i  
            EnableTextPrinting( False ) p &A3l  
    9BP-Iet  
    2gA6$s7  
            For j = 0 To nx - 1 T5ol2  
    YtFtU;{  
                xpos = xpos + pixelx yovC~  
    ]`LMy t0  
                'shift source H d :2  
                LockOperationUpdates srcnode, True )<%GHDWL  
                GetOperation srcnode, 1, op {<V{0 s%  
                op.val1 = xpos Z\n nVM=  
                op.val2 = ypos 06ZyR@.@v  
                SetOperation srcnode, 1, op 6]M(ElV1H  
                LockOperationUpdates srcnode, False l2i[wc"9  
    Z<`QDBN"4  
    'raytrace |Gz(q4  
                DeleteRays ,#nyEE  
                CreateSource srcnode Mp}U>+8  
                TraceExisting 'draw s$A|>TOY  
    _qr?v=,-A  
                'radiometry 'bTtdFvJ  
                For k = 0 To GetEntityCount()-1 r+>gIX+Fl  
                    If IsSurface( k ) Then MGK%F#PM  
                        temp = AuxDataGetData( k, "temperature" ) qeypa !  
                        emiss = AuxDataGetData( k, "emissivity" ) af)L+%Q%R  
                        If ( temp <> 0 And emiss <> 0 ) Then V!u W\i/  
                            ProjSolidAngleByPi = GetSurfIncidentPower( k ) u{J$]%C   
                            frac = BlackBodyFractionalEnergy ( minWave, maxWave, temp ) 4PR!OB  
                            irrad(i,j) = irrad(i,j) + frac * emiss * sigma * temp^4 * ProjSolidAngleByPi "_W[X  
                        End If f-^JI*hj  
    S/V%<<[>p]  
                    End If 5 y0 N }}  
    RGsgT^  
                Next k bZLY#g7L"  
    ]@0C1 r  
            Next j F P3{Rp  
    XU_gvz  
        Next i <v%Q|r  
        EnableTextPrinting( True ) qx|~H'UuBN  
    -e(e;e  
        'write out file G0)}?5L1J  
        fullfilepath = CurDir() & "\" & fname 3s;^p,9 Y  
        Open fullfilepath For Output As #1 x.8fxogz  
        Print #1, "GRID " & nx & " " & ny 5<YV`T{5Kl  
        Print #1, "1e+308" ~wvu7  
        Print #1, pixelx & " " & pixely &.F ]-1RN[  
        Print #1, -detx+pixelx/2 & " " & -dety+pixely/2 _\;0E!=p  
    *PM#ngLX}r  
        maxRow = nx - 1 T\q:  
        maxCol = ny - 1 S"H djEF7\  
        For rowNum = 0 To maxRow                    ' begin loop over rows (constant X) }p5_JXBV  
                row = "" r'8qZJgm  
            For colNum = maxCol To 0 Step -1            ' begin loop over columns (constant Y) ~bf4_5  
                row = row & irrad(colNum,rowNum) & " "     ' append column data to row string c^3,e/H  
            Next colNum                     ' end loop over columns a@!(o  )>  
    AT%6K.  
                Print #1, row x n?$@  
    0Xb,ne 7  
        Next rowNum                         ' end loop over rows bI+/0X x  
        Close #1 R#HVrzOO|T  
    2DU Y4Ti  
        Print "File written: " & fullfilepath [n4nnmM  
        Print "All done!!" GHY+q{'#V_  
    End Sub fJOw E g|  
    7>"dc+Fg  
    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: C~Hhi-Xl)  
    BMug7xl"  
    PzOnS   
    找到Tools工具,点击Open plot files in 3D chart并找到该文件 9fm9xTL  
      
    1_WP\@ O  
    SSxp!E'  
    打开后,选择二维平面图: #/_{(P  
    ncqAof(/  
     
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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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