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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。 v>cE59('0  
    >b"z`{tE  
    成像示意图
    DP'Dg /D  
    首先我们建立十字元件命名为Target JX,#W!d  
    ~^ 5n$jq  
    创建方法: `h{mj|~  
    $Aoqtz d\  
    面1 : [<1+Q =;  
    面型:plane $j2)_(<A%Q  
    材料:Air 6!D  
    孔径:X=1.5, Y=6,Z=0.075,形状选择Box 'pls]I]  
    3V!&y/c<  
    I)/7M}t`  
    辅助数据: %oKc?'L0  
    首先在第一行输入temperature :300K,  G#n)|p  
    emissivity:0.1; 9^*YYK}%  
    )KhVUFS1  
    j I@$h_n  
    面2 : }eRG$)'  
    面型:plane z ex.0OT;  
    材料:Air zZ0V6T}  
    孔径:X=1.5, Y=6,Z=0.075,形状选择Box l7y`$8Co  
    Y52xrIvl\  
    7tO$'q*h  
    位置坐标:绕Z轴旋转90度,  KGwL09)  
    bh6wI%8H  
    , p=8tf#  
    辅助数据: !*. nR(>d  
    qvT+d l3#[  
    首先在第一行输入temperature :300K,emissivity: 0.1; 4 J2F>m40  
    f<:SdtG5  
    H D ^~4\%  
    Target 元件距离坐标原点-161mm; Z8 n%=(He  
    v7u}nx  
    Bo(l!G  
    单透镜参数设定:F=100, bend=0, 位置位于坐标原点 8VGXw;(Y,d  
    -#M~Nb I,  
    2s ,n!u Fd  
    探测器参数设定: k3h53QTmC  
    Dk6\p~q  
    在菜单栏中选择Create/Element Primitive /plane 0c6AQP"=V  
    YHtI%  
    QjbPBk Q  
    vszAr( t  
    fx"+ZR  
    ^G<M+RF2J  
    元件半径为20mm*20,mm,距离坐标原点200mm。 mzR @P$:36  
    O*CX@Ne  
    光源创建: 717m.t,x  
    T mE4p  
    光源类型选择为任意平面,光源半角设定为15度。 &b8D'XQu  
    Ybg`Z  
    ~i#xjD5  
    我们将光源设定在探测器位置上,具体的原理解释请见本章第二部分。 #$)rwm.jW?  
    V]cY+4Y  
    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 9@+X?Nhv5  
    u;1NhD<n  
    v@SrEmg  
    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。 k~F/Ho+R&  
    3goJ(XI  
    创建分析面: -iX!F~qS,  
    DQQjx>CK  
    FeRuZww._J  
    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。 G\AQql(f4  
    f|E'eFrFk  
    v>PHn69PU  
    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。 IsL/p3|  
    x"T^>Q  
    FRED在探测器上穿过多个像素点迭代来创建热图 h"S/D[  
    ^yZEpQN_  
    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。 %/C[\w p81  
    将如下的代码放置在树形文件夹 Embedded Scripts, q0<`XDD`  
    )$g /PQ  
    !g:UM R  
    打开后清空里面的内容,此脚本为通用脚本适用于一切可热成像的应用。 >GRuS\B  
    ir?9{t/()  
    绿色字体为说明文字, IGQ8-#=  
    KgS xF#  
    '#Language "WWB-COM" w;_=$L'H&G  
    'script for calculating thermal image map =? aB@&  
    'edited rnp 4 november 2005 o`0H(\en  
    +y(h/NcQ  
    'declarations -6>rR{z  
    Dim op As T_OPERATION -lEh}r  
    Dim trm As T_TRIMVOLUME k]sT'}[n  
    Dim irrad(32,32) As Double 'make consistent with sampling Z2}b1#U?  
    Dim temp As Double J n/=v\K@  
    Dim emiss As Double \}W.RQ^3  
    Dim fname As String, fullfilepath As String $ 7!GA9Bn  
    mYX) =B{  
    'Option Explicit ^f]pK&MAmN  
    H_]kR&F8  
    Sub Main #Xly5J  
        'USER INPUTS 5Bk  
        nx = 31 voEc'JET  
        ny = 31 wl9icrR>  
        numRays = 1000 WFG/vzJ  
        minWave = 7    'microns h08T Q=n  
        maxWave = 11   'microns 5<poN)"  
        sigma = 5.67e-14 'watts/mm^2/deg k^4 y 6< tV.  
        fname = "teapotimage.dat" ;<H2N0qJ(  
    KG@hjO  
        Print "" (""&$BJQ|  
        Print "THERMAL IMAGE CALCULATION" eH6cBX#P.  
    RqR  X  
        detnode = FindFullName( "Geometry.Detector.Surface" ) '找到探测器平面节点 (z{xd  
    e +U o-CO  
        Print "found detector array at node " & detnode g^FH[(P[G  
    ?=&*6H_v  
        srcnode = FindFullName( "Optical Sources.Source 1" ) '找到光源节点 )&K%Me  
    g> f394j  
        Print "found differential detector area at node " & srcnode r9[J3t*({~  
    {rQ`#?J}^?  
        GetTrimVolume detnode, trm x`&W[AA4  
        detx = trm.xSemiApe 5 B6:pH6e  
        dety = trm.ySemiApe `N+ P ,  
        area = 4 * detx * dety u QCS%|8C  
        Print "detector array semiaperture dimensions are " & detx & " by " & dety PoZBiw@  
        Print "sampling is " & nx & " by " & ny 2z:9^a/]Na  
    X +R_TC  
        'reset differential detector area dimensions to be consistent with sampling cxV3Vrx@A  
        pixelx = 2 * detx / nx X*@S j;|m  
        pixely = 2 * dety / ny E:AXnnGKO  
        SetSourcePosGridRandom srcnode, pixelx / 2, pixely / 2, numRays, False GU`2I/R  
        Print "resetting source dimensions to " & pixelx / 2 & " by " & pixely / 2 :O2N'vl47A  
    L 'y+^L|X  
        'reset the source power = 4L.  
        SetSourcePower( srcnode, Sin(DegToRad(15))^2 ) G(i/ @>l  
        Print "resetting the source power to " & GetSourcePower( srcnode ) & " units" =zdRoXBY[b  
    , {^g}d8  
        'zero out irradiance array p{Uro!J,K  
        For i = 0 To ny - 1 xp = ]J UQ  
            For j = 0 To nx - 1 } 2KuY\5\i  
                irrad(i,j) = 0.0 -VL3em|0  
            Next j hI$an%Y(  
        Next i }tN"C 3)@  
    zKv}J  
        'main loop K2JS2Y]  
        EnableTextPrinting( False ) e8Jd*AKjb  
    }I"^WCyH  
        ypos =  dety + pixely / 2 GI/o!0"_  
        For i = 0 To ny - 1 3~ylBJJ  
            xpos = -detx - pixelx / 2 hz!.|U@,{<  
            ypos = ypos - pixely 0t8-oui  
    HzV3O-Qz]  
            EnableTextPrinting( True ) 'a}pWkLB  
            Print i {>#Ya;E  
            EnableTextPrinting( False ) -4.+&'  
    R/=yS7@{)  
    h8Gp>b  
            For j = 0 To nx - 1 N]3XDd|q  
    ^VD14V3  
                xpos = xpos + pixelx *`[LsG]ZF  
    `J;_!~:  
                'shift source 92EvCtf  
                LockOperationUpdates srcnode, True c(:GsoO  
                GetOperation srcnode, 1, op czafBO6  
                op.val1 = xpos t2>Vj>U  
                op.val2 = ypos 'Q# KjY  
                SetOperation srcnode, 1, op wml`3$"cf  
                LockOperationUpdates srcnode, False 5=eGiF;0\  
    n,`&f~tap  
    'raytrace @<_4Nb  
                DeleteRays W1 E(( 2  
                CreateSource srcnode O:4.xe  
                TraceExisting 'draw d:3G4g  
    v q|W&  
                'radiometry d bw`E"g  
                For k = 0 To GetEntityCount()-1 m6s32??m  
                    If IsSurface( k ) Then  C+_ NG  
                        temp = AuxDataGetData( k, "temperature" ) L49`=p<  
                        emiss = AuxDataGetData( k, "emissivity" ) w1[F]|  
                        If ( temp <> 0 And emiss <> 0 ) Then rQU;?[y  
                            ProjSolidAngleByPi = GetSurfIncidentPower( k ) ^j@,N&W:lG  
                            frac = BlackBodyFractionalEnergy ( minWave, maxWave, temp ) > #SQDVFf  
                            irrad(i,j) = irrad(i,j) + frac * emiss * sigma * temp^4 * ProjSolidAngleByPi *+5AN306  
                        End If J*.qiUAgW  
    #8cY,%<S]  
                    End If ydw')Em  
    bV}43zI.  
                Next k n(&6 E3ZcI  
    #,Rmu  
            Next j :WE(1!P@  
    C;_10Rb2ut  
        Next i Eg>MG87  
        EnableTextPrinting( True ) Jjv, )@yo  
    !9B)/Xi  
        'write out file |+%K89W  
        fullfilepath = CurDir() & "\" & fname !$P&`n]@  
        Open fullfilepath For Output As #1 dF"Sz4DY#  
        Print #1, "GRID " & nx & " " & ny W,:*`  
        Print #1, "1e+308" F]x o*  
        Print #1, pixelx & " " & pixely V#zDYrp  
        Print #1, -detx+pixelx/2 & " " & -dety+pixely/2 ]h,XRDK  
    X2~>Z^, U  
        maxRow = nx - 1 Ygr1 S(=  
        maxCol = ny - 1 C*=#=.~~{  
        For rowNum = 0 To maxRow                    ' begin loop over rows (constant X) U\P ;,o  
                row = "" p3&w/K{L6w  
            For colNum = maxCol To 0 Step -1            ' begin loop over columns (constant Y) \f .ceh;!  
                row = row & irrad(colNum,rowNum) & " "     ' append column data to row string ZdfIe~Oni  
            Next colNum                     ' end loop over columns mJl|dk_c  
    |d&a&6U:  
                Print #1, row ULj'DzlfH  
    ex1bjM7  
        Next rowNum                         ' end loop over rows j"hfsA<_I  
        Close #1 h5>JBLawQP  
    m z) O  
        Print "File written: " & fullfilepath /2 ')u|  
        Print "All done!!" |}t[- a  
    End Sub % [b~4,c1  
    =otJf~  
    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: ?"\X46Gz;  
    BNL Q]  
    t[|^[%i  
    找到Tools工具,点击Open plot files in 3D chart并找到该文件 blEs!/A`  
      
    L> > %  
    F<VoPqHq  
    打开后,选择二维平面图: =y.?=`"  
    sz9C':`W  
     
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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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