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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。 "]hQ\b\O  
    0[R7HX-@  
    成像示意图
    Y(R .e7]  
    首先我们建立十字元件命名为Target Z`x*Igf8  
    1? Im"  
    创建方法: XX'mM v  
    B8NMo5a  
    面1 : fcisDu8n  
    面型:plane NU%<Ws=  
    材料:Air 9Bi{X_.9  
    孔径:X=1.5, Y=6,Z=0.075,形状选择Box N _|tw  
    Bn5$TiTcl  
    ,2]a<0m  
    辅助数据: /EV _Y|(-  
    首先在第一行输入temperature :300K, 2!";?E  
    emissivity:0.1; M"E7= J  
    p~17cH4~-f  
    '<Jqp7$dL  
    面2 : W*9*^  
    面型:plane ~ ":}Rs  
    材料:Air \kG;T=H  
    孔径:X=1.5, Y=6,Z=0.075,形状选择Box xnPi'?A]  
    !c;BOCqa  
    |WsB0R  
    位置坐标:绕Z轴旋转90度, 6HRr 4NDcj  
    x"{WLZ   
    'L8B"5|>  
    辅助数据: QN^AihsPi  
    O9R[F  
    首先在第一行输入temperature :300K,emissivity: 0.1; |%12Vr]J  
    52q<|MW%  
    T[eb<  
    Target 元件距离坐标原点-161mm; >%c7|\q[R  
    d< b,].  
    %SJFuw"  
    单透镜参数设定:F=100, bend=0, 位置位于坐标原点 X% X &<  
    E @7);i5K  
    d'2q~   
    探测器参数设定: lFbf9s:$B  
    s> JWNP  
    在菜单栏中选择Create/Element Primitive /plane Og<nnq  
    D\k'Eez  
    ,O`~ D~$  
    v 6KRE3:V  
    agj_l}=gO  
    #T$yQ;eQ  
    元件半径为20mm*20,mm,距离坐标原点200mm。 mH /9J  
    < m/@_"  
    光源创建: 3h`_Qv%g  
    G!.%Qqs  
    光源类型选择为任意平面,光源半角设定为15度。 `w EAU7m:  
    k@>y<A{;D  
    BMYvxSsm  
    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。 H,0Io  
    GDY=^r  
    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 MP$9W)  
    uO5y{O2W  
    o+F < r#  
    功率数值设定为:P=sin2(theta) theta为光源半角15度。我们为什么要这么设定,在第二部分会给出详细的公式推导。 9}jezLI/3  
    +{au$v}  
    创建分析面: #b94S?dq  
    J4#rOS  
    fzjAP7 y  
    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。 B3'-:  
    d'k99(vy  
    5aJd:36I  
    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。 _:~I(c6   
    fzZ`O{$8  
    FRED在探测器上穿过多个像素点迭代来创建热图 XU|>SOR@z  
    {P'^X+B0*  
    FRED具有一个内置的可编译的Basic脚本语言。从Visual Basic脚本语言里,几乎所有用户图形界面(GUI)命令是可用这里的。FRED同样具有自动的客户端和服务器能力,它可以被调用和并调用其他可启动程序,如Excel。因此可以在探测器像素点上定义多个离轴光源,及在FRED Basic脚本语言里的For Next loops语句沿着探测器像素点向上和向下扫描来反向追迹光线,这样可以使用三维图表查看器(Tools/Open plot files in 3D chart)调用和查看数据。 AYGe`{  
    将如下的代码放置在树形文件夹 Embedded Scripts, 4~~G i`XE  
    N;R I A  
    IIO-Jr  
    打开后清空里面的内容,此脚本为通用脚本适用于一切可热成像的应用。 l$ufW|  
     ,$(a,`s)  
    绿色字体为说明文字, ?g9oiOhnG  
    PauF)p  
    '#Language "WWB-COM" 0bl8J5Ar5  
    'script for calculating thermal image map /Jf}~}JP  
    'edited rnp 4 november 2005 7& 'p"hF  
    "ifv1KZ#  
    'declarations Y+!z]S/x  
    Dim op As T_OPERATION Z7dyPR  
    Dim trm As T_TRIMVOLUME c0QKx=  
    Dim irrad(32,32) As Double 'make consistent with sampling Hv-f :P O  
    Dim temp As Double ;VS$xnZ  
    Dim emiss As Double $[V-M\q  
    Dim fname As String, fullfilepath As String T!N v  
    :%>TM/E N  
    'Option Explicit (O"-6`w[  
    d-`z1'  
    Sub Main dU&hM<.|  
        'USER INPUTS B3&C=*y  
        nx = 31 7mA:~-.u  
        ny = 31 Kp>fOe'KW  
        numRays = 1000 `y$@zT?j  
        minWave = 7    'microns 65U&P5W  
        maxWave = 11   'microns K)W:@,*  
        sigma = 5.67e-14 'watts/mm^2/deg k^4 d~#:t~ $,  
        fname = "teapotimage.dat" vP'#x  
    R\-]t{t`  
        Print "" `J %35  
        Print "THERMAL IMAGE CALCULATION" zKfY0A R  
    LC})aV|  
        detnode = FindFullName( "Geometry.Detector.Surface" ) '找到探测器平面节点 3jjV bm  
    "f:_(np,  
        Print "found detector array at node " & detnode 6e%ZNw{#=  
    [F+*e=wjN>  
        srcnode = FindFullName( "Optical Sources.Source 1" ) '找到光源节点 KJ cuZ."wX  
    5xhYOwQBo  
        Print "found differential detector area at node " & srcnode Q!{,^Qb  
    5M\bH'1  
        GetTrimVolume detnode, trm " TC:O^X  
        detx = trm.xSemiApe Qv]>L4PO  
        dety = trm.ySemiApe LAY~hF"  
        area = 4 * detx * dety rmeGk&*R8  
        Print "detector array semiaperture dimensions are " & detx & " by " & dety @#"6_{!j_X  
        Print "sampling is " & nx & " by " & ny +NTC!/  
    SW7AG;c=  
        'reset differential detector area dimensions to be consistent with sampling 4 {+47=n  
        pixelx = 2 * detx / nx ZG( Pz9{K  
        pixely = 2 * dety / ny _ ($U\FW  
        SetSourcePosGridRandom srcnode, pixelx / 2, pixely / 2, numRays, False ` 5SQ4  
        Print "resetting source dimensions to " & pixelx / 2 & " by " & pixely / 2 \G2PK&)F  
    2%vG7o,#  
        'reset the source power bMGXx>x  
        SetSourcePower( srcnode, Sin(DegToRad(15))^2 ) 2}rYH;Mx  
        Print "resetting the source power to " & GetSourcePower( srcnode ) & " units" qVE <voB8  
    %ZX3:2  
        'zero out irradiance array YL/B7^fd8  
        For i = 0 To ny - 1 PAXm  
            For j = 0 To nx - 1 Cy6%f?j  
                irrad(i,j) = 0.0 Pr3>}4M  
            Next j K{0 gkORF  
        Next i Bi7&yS5V  
    FiKGB\_]  
        'main loop ] QJ7q}  
        EnableTextPrinting( False ) [JKLlR  
    Q-KBQc  
        ypos =  dety + pixely / 2 G%>M@nYUE  
        For i = 0 To ny - 1 ^bECX<,H  
            xpos = -detx - pixelx / 2  NmTo/5s  
            ypos = ypos - pixely /L=Y8tDt  
    3cc;BWvM  
            EnableTextPrinting( True ) J7wIA3.O  
            Print i \S>GtlQbn  
            EnableTextPrinting( False ) NXOcsdcZu  
    T:g%b @  
     Y+Cv9U0  
            For j = 0 To nx - 1 M/kBAxNIC|  
    R]0tG   
                xpos = xpos + pixelx PV-B<Y  
    Esf\Bo"  
                'shift source n&8SB'-r  
                LockOperationUpdates srcnode, True W8M(@* T  
                GetOperation srcnode, 1, op f=- R<l  
                op.val1 = xpos 9>= S@hVMd  
                op.val2 = ypos =lL)g"x X  
                SetOperation srcnode, 1, op ohi0_mBz  
                LockOperationUpdates srcnode, False V0xO:7G^  
    .gY=<bG/fA  
    'raytrace | CPyCM$  
                DeleteRays 04:QEC"9mj  
                CreateSource srcnode 8zQN[[#n  
                TraceExisting 'draw Li9>RY+3  
    0P;\ :-&p  
                'radiometry ($t;Xab  
                For k = 0 To GetEntityCount()-1 fa!8+kfi  
                    If IsSurface( k ) Then 95Q^7oI  
                        temp = AuxDataGetData( k, "temperature" ) Q}#xfrprF  
                        emiss = AuxDataGetData( k, "emissivity" ) qfF2S  
                        If ( temp <> 0 And emiss <> 0 ) Then }brBhe8a  
                            ProjSolidAngleByPi = GetSurfIncidentPower( k ) L&&AK`Ur3l  
                            frac = BlackBodyFractionalEnergy ( minWave, maxWave, temp ) 1V-sibE  
                            irrad(i,j) = irrad(i,j) + frac * emiss * sigma * temp^4 * ProjSolidAngleByPi IEY\l{s  
                        End If &t}6sD9o  
    '`j MNKn\  
                    End If )gV @6w  
    t?Q  
                Next k ( ; _AP.  
    fvj  
            Next j luJNdA:t&  
    G-'CjiMu  
        Next i @#yl_r%  
        EnableTextPrinting( True ) %`lLX/4~  
    3e1%G#fu  
        'write out file w@H@[x  
        fullfilepath = CurDir() & "\" & fname 6uxF<  
        Open fullfilepath For Output As #1 I7W?}bR*6  
        Print #1, "GRID " & nx & " " & ny f/U~X;  
        Print #1, "1e+308" |{La@X  
        Print #1, pixelx & " " & pixely 4)Ew rU  
        Print #1, -detx+pixelx/2 & " " & -dety+pixely/2 VP*B<u  
    ps33&  
        maxRow = nx - 1 37 *2/N2  
        maxCol = ny - 1 g|M>C:ZT  
        For rowNum = 0 To maxRow                    ' begin loop over rows (constant X) 3*-!0  
                row = "" <DhuY/o  
            For colNum = maxCol To 0 Step -1            ' begin loop over columns (constant Y) #JR$RH  
                row = row & irrad(colNum,rowNum) & " "     ' append column data to row string E5Lq-   
            Next colNum                     ' end loop over columns 60l!3o"p!  
    B?ipo,2~{  
                Print #1, row ' ?a d  
    $F6GCM3Cx  
        Next rowNum                         ' end loop over rows 8L[\(~Zf  
        Close #1 ?O0,)hro  
    @]L$eOV_  
        Print "File written: " & fullfilepath HBA|NV3.  
        Print "All done!!" @eYD@!  
    End Sub o1H6E1$=  
    s\(@f4p  
    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: " s/ws  
    fC/P W`4Ae  
    4@0Z<8Mo  
    找到Tools工具,点击Open plot files in 3D chart并找到该文件 q[x|tO  
      
    1*:BOoYx  
    Rp>%umDyL  
    打开后,选择二维平面图: <3x:nH @  
    (]-RL A>  
     
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    只看该作者 1楼 发表于: 2023-04-07
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