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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。 nYbhy} y  
    4e;QiTj  
    成像示意图
    7}jWBK  
    首先我们建立十字元件命名为Target #$3yz'"QF  
    =V"(AuCVE  
    创建方法: y1=N F  
    *Sh^ J+j  
    面1 :  jq08=  
    面型:plane M`6y@<  
    材料:Air '_b.\_s-d  
    孔径:X=1.5, Y=6,Z=0.075,形状选择Box :W@#) 1=  
    P]z[v)}  
    #2iD'>bQ  
    辅助数据: TNJG#8n%Y  
    首先在第一行输入temperature :300K, g R nOd  
    emissivity:0.1; C ;(t/zh  
    @(C1_  
    2 1PFR:lP7  
    面2 : M@W[Bz  
    面型:plane j5I`a 1j`  
    材料:Air zS] 8V?`  
    孔径:X=1.5, Y=6,Z=0.075,形状选择Box t20PP4FWM  
    $H$j-)\D  
    CkswJ:z)sc  
    位置坐标:绕Z轴旋转90度, LSQz"Ll l  
    -X+H2G  
     JMdPwI  
    辅助数据: "`[!Lz  
    >hH0Q5aL  
    首先在第一行输入temperature :300K,emissivity: 0.1; Y?534l)j  
    e *j.  
    ly WwGR  
    Target 元件距离坐标原点-161mm; fqu}Le  
    [=%TnT+^9  
    :R.&`4=X  
    单透镜参数设定:F=100, bend=0, 位置位于坐标原点 sdCvG R e  
    ,YhdY 6  
    ^uJU}v:  
    探测器参数设定: 7Ol}EPf#  
    OIl#DV.  
    在菜单栏中选择Create/Element Primitive /plane KsrjdJx, '  
    jgS%1/&  
    K gN)JD>  
    nADX0KI  
    N8`?t5  
    w-@6|o,S  
    元件半径为20mm*20,mm,距离坐标原点200mm。 H'F6$ypoS  
    ^s.V;R  
    光源创建: M/Pme&%  
    7w;O}axI  
    光源类型选择为任意平面,光源半角设定为15度。 "7>>I D  
    h d~$WV0#  
    m5G\}8|  
    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。 kF7V.m/~o  
    *Ei|fe$sa  
    我们在位置选项又设定一行的目的是通过脚本自动控制光源在探测器平面不同划分区域内不同位置处追迹光线 &_5tqh  
    4 g. bR  
    A8A ~!2V  
    功率数值设定为:P=sin2(theta) theta为光源半角15度。我们为什么要这么设定,在第二部分会给出详细的公式推导。 y0~Ia:y  
    #"fJa:IYG7  
    创建分析面: A[WV'!A,  
    (Toq^+`c  
    *)]"27^  
    到这里元件参数设定完成,现在我们设定元件的光学属性,在前面我们分别对第一和第二面设定的温度和发射系数,散射属性我们设定为黑朗伯,4%的散射。并分别赋予到面一和面二。 #y|V|nd  
    1{_A:<VBl  
    H UoyLy  
    到此,所有的光学结构和属性设定完成,通过光线追迹我们可以查看光线是否可以穿过元件。 >!6i3E^  
    4x%(9_8 {-  
    FRED在探测器上穿过多个像素点迭代来创建热图 fri0XxF  
    4(l?uU$  
    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。 .yENM[-bQ  
    将如下的代码放置在树形文件夹 Embedded Scripts, x_|F|9  
    `bKA+c,f  
    j'i0*"x  
    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。 3\;27&~gV  
    VGL#!4wK  
    绿色字体为说明文字, fx8EB8A7K7  
    >MJ?g-  
    '#Language "WWB-COM" A|}l)!%  
    'script for calculating thermal image map 9t@:4O  
    'edited rnp 4 november 2005 ^7]"kg DA  
    YJxw 'U >P  
    'declarations h;lirvO|  
    Dim op As T_OPERATION .ut{,(5  
    Dim trm As T_TRIMVOLUME G= ^X1+_  
    Dim irrad(32,32) As Double 'make consistent with sampling 4;`Bj:.  
    Dim temp As Double {5*|C-WWtG  
    Dim emiss As Double ZV}X'qGaq  
    Dim fname As String, fullfilepath As String n3MWs);5  
    t]1ubt2W  
    'Option Explicit U-wLt(Y<  
    H(0q6~|  
    Sub Main sM1RU  
        'USER INPUTS h?\2 _s  
        nx = 31 `nR%Cav,U  
        ny = 31 ?j7vZ}iRi  
        numRays = 1000 cD1o"bq  
        minWave = 7    'microns &@"]+33  
        maxWave = 11   'microns O$`UCq  
        sigma = 5.67e-14 'watts/mm^2/deg k^4 %[<Y9g,:Q  
        fname = "teapotimage.dat" 5sde  
    Q Z8QQ`*S  
        Print "" bt+,0\Vg5  
        Print "THERMAL IMAGE CALCULATION" 0h$GI"dR  
    tNs~M4TVVH  
        detnode = FindFullName( "Geometry.Detector.Surface" ) '找到探测器平面节点 1-I Swd'u  
    7=4A;Ybq  
        Print "found detector array at node " & detnode 9+YD!y  
    ~#:e*:ro  
        srcnode = FindFullName( "Optical Sources.Source 1" ) '找到光源节点 .V6-(d  
    ]Pn !nSg  
        Print "found differential detector area at node " & srcnode cd;NpN  
    TY;U2.Ud  
        GetTrimVolume detnode, trm LE?u`i,e=+  
        detx = trm.xSemiApe 0BkV/v1Uc  
        dety = trm.ySemiApe sPNfbCOz  
        area = 4 * detx * dety s_jBu  
        Print "detector array semiaperture dimensions are " & detx & " by " & dety BX;5wKfA  
        Print "sampling is " & nx & " by " & ny z*~YLT&  
    MrE<vw@he  
        'reset differential detector area dimensions to be consistent with sampling HW=xvA+  
        pixelx = 2 * detx / nx V'Y{v  
        pixely = 2 * dety / ny )Du -_Z  
        SetSourcePosGridRandom srcnode, pixelx / 2, pixely / 2, numRays, False ;i#LIHJ  
        Print "resetting source dimensions to " & pixelx / 2 & " by " & pixely / 2 go)p%}s  
    juToO  
        'reset the source power MBk"KF  
        SetSourcePower( srcnode, Sin(DegToRad(15))^2 ) nN`"z3o  
        Print "resetting the source power to " & GetSourcePower( srcnode ) & " units" 7x.%hRk  
    @kngI7=E  
        'zero out irradiance array r -f  
        For i = 0 To ny - 1 X7aXxPCq1  
            For j = 0 To nx - 1 %|3e.1oX  
                irrad(i,j) = 0.0 <z#BsnjW{  
            Next j ]>:^d%n,}  
        Next i O{KB0"s>i  
    ZcPUtun  
        'main loop CKARg8o  
        EnableTextPrinting( False ) t \5c@j p  
    .PVLWW  
        ypos =  dety + pixely / 2 _=`x])mM  
        For i = 0 To ny - 1 EHf)^]Z  
            xpos = -detx - pixelx / 2 d5xxb _oE  
            ypos = ypos - pixely +h[e0J|v{  
    4E"d/  
            EnableTextPrinting( True ) 7#4%\f+'t  
            Print i R$b,h  
            EnableTextPrinting( False ) I"!'AI-  
    y~#\#w {  
    |paP<$  
            For j = 0 To nx - 1 l[n@/%2  
    R lg#z4m  
                xpos = xpos + pixelx LZWS^77  
    {Qtq7q.  
                'shift source oW'PO Ar  
                LockOperationUpdates srcnode, True D?u`  
                GetOperation srcnode, 1, op ]UUI~sFE  
                op.val1 = xpos 'XfgBJF=  
                op.val2 = ypos ~"mj;5Id  
                SetOperation srcnode, 1, op NXgRNca  
                LockOperationUpdates srcnode, False (DJvi6\H  
    PKtU:Eg  
    'raytrace { vfq  
                DeleteRays QP\yaPE  
                CreateSource srcnode EODB`$+  
                TraceExisting 'draw Y$8; Gm<)  
    AUAI3K?  
                'radiometry CX+9R3pa  
                For k = 0 To GetEntityCount()-1 /_OOPt=G  
                    If IsSurface( k ) Then w??c1)  
                        temp = AuxDataGetData( k, "temperature" ) Yn 1?#%%  
                        emiss = AuxDataGetData( k, "emissivity" ) XM!M%.0WS  
                        If ( temp <> 0 And emiss <> 0 ) Then A70(W{6a9@  
                            ProjSolidAngleByPi = GetSurfIncidentPower( k ) 1l]C5P}E  
                            frac = BlackBodyFractionalEnergy ( minWave, maxWave, temp ) >ITEd  
                            irrad(i,j) = irrad(i,j) + frac * emiss * sigma * temp^4 * ProjSolidAngleByPi .YiaXP  
                        End If F!R2_89iy  
    9r8D*PvS  
                    End If VCf|`V~G  
    *:#Z+7x ]  
                Next k n!?r }n8  
    Qtnv#9%Vi  
            Next j "UpOY  
    6h@+?{F.  
        Next i \1{_lynD  
        EnableTextPrinting( True ) PSEWL6=]N  
    V2QW\2@$  
        'write out file 86{ZFtv  
        fullfilepath = CurDir() & "\" & fname sS'{QIRC'  
        Open fullfilepath For Output As #1 cKpQr7]ur  
        Print #1, "GRID " & nx & " " & ny /#IH -2N  
        Print #1, "1e+308" paYz[Xq  
        Print #1, pixelx & " " & pixely 82 .HH5Z{  
        Print #1, -detx+pixelx/2 & " " & -dety+pixely/2 iPkT*Cl8  
    ~ a >S#S  
        maxRow = nx - 1 7V/Zr  
        maxCol = ny - 1 9@etg4#]  
        For rowNum = 0 To maxRow                    ' begin loop over rows (constant X) R25-/6_V>  
                row = "" l]u7.~b  
            For colNum = maxCol To 0 Step -1            ' begin loop over columns (constant Y) hOn  
                row = row & irrad(colNum,rowNum) & " "     ' append column data to row string 4L $};L  
            Next colNum                     ' end loop over columns [U']kt  
    q06@SD$   
                Print #1, row D{3fhPNU<b  
    *cQz[S@F  
        Next rowNum                         ' end loop over rows `=v@i9cTZ  
        Close #1 iW-t}}Z>B  
    'y eh7oR  
        Print "File written: " & fullfilepath U-ULQ|6U  
        Print "All done!!" I2W{t l  
    End Sub YZ{;%&rB  
    R{ 4u|A?9  
    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: 8ur_/h7  
    S}O5l}E  
    $4: ~* IQ  
    找到Tools工具,点击Open plot files in 3D chart并找到该文件 X; 5S  
      
    ^:U;rHY  
    pdy+h{]3  
    打开后,选择二维平面图: Lm.Ik}Gli  
    ?Cc$]  
     
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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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