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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。 r7FFZNs!  
    G0h/]%I  
    成像示意图
    \%/Y(YVm  
    首先我们建立十字元件命名为Target 5}Z_A?gy  
    [cso$Tv  
    创建方法: JRr'81\  
    8[rZRc  
    面1 : AFdBf6/" i  
    面型:plane PN"SBsc*j-  
    材料:Air  ]j:aO  
    孔径:X=1.5, Y=6,Z=0.075,形状选择Box i87+9X  
    0zc~!r~  
    $N/"c$50,  
    辅助数据: )(V!& w6  
    首先在第一行输入temperature :300K, 68QA%m'J  
    emissivity:0.1; _Gtq]`y  
    {?uG] G7  
    ItxC}qT  
    面2 : |2!cPf^8  
    面型:plane |R3A$r#-  
    材料:Air 7N8a48$8  
    孔径:X=1.5, Y=6,Z=0.075,形状选择Box ~y" ^t@!E  
    "w&G1kw5I  
    fI }v}L^  
    位置坐标:绕Z轴旋转90度, |Ye%HpTTv  
    >5MHn@  
     2p;N|V  
    辅助数据: iM_Zn!|@\  
    -F&*>?I  
    首先在第一行输入temperature :300K,emissivity: 0.1; u.ub:  
    D<J, 3(Yu  
    ' }T6dS  
    Target 元件距离坐标原点-161mm; ~#PC(g  
    7-j=he/  
    ?TMrnR/d  
    单透镜参数设定:F=100, bend=0, 位置位于坐标原点 XK,l9 {*  
    8)V6yKGO  
    8/T,.<5  
    探测器参数设定: S*'  
    EF8'ycJk+  
    在菜单栏中选择Create/Element Primitive /plane zC|y"PTw  
    S r4/8BZ  
    RGz NZc  
    HOb0\X  
    dW9Ci"~v  
    dS)c~:&+  
    元件半径为20mm*20,mm,距离坐标原点200mm。 'eg;)e:`b+  
    L9^h .Y7  
    光源创建: aqoxj[V^3L  
    BkJNu_{m?  
    光源类型选择为任意平面,光源半角设定为15度。 @R s3i;"W  
    g3kF&+2i  
    XHYVcwmDz-  
    我们将光源设定在探测器位置上,具体的原理解释请见本章第二部分。 I3" GGp3L  
    U( (F<  
    我们在位置选项又设定一行的目的是通过脚本自动控制光源在探测器平面不同划分区域内不同位置处追迹光线 &vV_,$  
    jQi)pVT^  
    :FWo,fq?:{  
    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。 zOT(>1'  
    ~]C m  
    创建分析面: X%]m^[6  
    e!p?~70  
    #n6<jF1G  
    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。 e>Q_&6L  
    uBA84r%{QQ  
    gvy c(d  
    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。 B^lm'/,@  
    &pEr;:E  
    FRED在探测器上穿过多个像素点迭代来创建热图 xSL%1>MrN  
    /8"9 sf *  
    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。 K [M[0D  
    将如下的代码放置在树形文件夹 Embedded Scripts, v|#}LQZ  
    B,avI&7M;S  
    Fpckb18}(O  
    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。 ?n9?`8a#  
    | x/Z qY  
    绿色字体为说明文字, m+'vrxTY  
    6U[bAp  
    '#Language "WWB-COM" 9,>u,  
    'script for calculating thermal image map \K%A}gnHe  
    'edited rnp 4 november 2005 0PT\/imgN  
    >Qold7 M  
    'declarations 5$Da\?Fpn  
    Dim op As T_OPERATION q8[I` V{  
    Dim trm As T_TRIMVOLUME mIm.+U`a2  
    Dim irrad(32,32) As Double 'make consistent with sampling HZEDr}RN  
    Dim temp As Double *Rj(~Q/t  
    Dim emiss As Double ;.|).y1/`  
    Dim fname As String, fullfilepath As String JsyLWv@6xa  
    =6^phZ(  
    'Option Explicit }RN&w ]<  
    gbL!8Z1h  
    Sub Main J={R@}u  
        'USER INPUTS 18];fC  
        nx = 31 $9Asr07  
        ny = 31 iR6w)  
        numRays = 1000 $pGdGV\H  
        minWave = 7    'microns N_eZz#);  
        maxWave = 11   'microns KL4vr|i,  
        sigma = 5.67e-14 'watts/mm^2/deg k^4  k.("<)  
        fname = "teapotimage.dat" C,#FH}  
    ^L +@oS  
        Print "" kCVA~ %d7  
        Print "THERMAL IMAGE CALCULATION" g}Esj"7  
    d/!R;,^  
        detnode = FindFullName( "Geometry.Detector.Surface" ) '找到探测器平面节点 ncCgc5uP  
    }J-+^  
        Print "found detector array at node " & detnode :qL1jnR^  
    L-QzC<[F/  
        srcnode = FindFullName( "Optical Sources.Source 1" ) '找到光源节点 XLxr@1   
    `/\Z{j0_  
        Print "found differential detector area at node " & srcnode bL"!z"NA  
    P_8z'pYd>  
        GetTrimVolume detnode, trm N]iu o.  
        detx = trm.xSemiApe !i77v, (#|  
        dety = trm.ySemiApe eV)'@ 8p  
        area = 4 * detx * dety QfHO3Y6h[  
        Print "detector array semiaperture dimensions are " & detx & " by " & dety qmWn$,ax  
        Print "sampling is " & nx & " by " & ny f%JC;Y  
    f!n0kXVu6U  
        'reset differential detector area dimensions to be consistent with sampling 7GVI={ b  
        pixelx = 2 * detx / nx oGXndfd"  
        pixely = 2 * dety / ny ?OFl9%\ V  
        SetSourcePosGridRandom srcnode, pixelx / 2, pixely / 2, numRays, False E3==gYCe*  
        Print "resetting source dimensions to " & pixelx / 2 & " by " & pixely / 2 j!;y!g  
    /yn%0Wish  
        'reset the source power ne (zGJd  
        SetSourcePower( srcnode, Sin(DegToRad(15))^2 ) z-X_O32  
        Print "resetting the source power to " & GetSourcePower( srcnode ) & " units" 1?j[ '~aE  
    !Ey=  
        'zero out irradiance array Q>[Xm)jr:  
        For i = 0 To ny - 1  a }m>  
            For j = 0 To nx - 1 kvo V?<!  
                irrad(i,j) = 0.0 r#;GVJR6  
            Next j |A0)-sVZ  
        Next i *sbZ{{]e  
    t/`~(0F  
        'main loop !0k'fYCa  
        EnableTextPrinting( False ) W$bQS!7y  
    XwNJHOaF  
        ypos =  dety + pixely / 2 KqNbIw*sR  
        For i = 0 To ny - 1 * c1)x  
            xpos = -detx - pixelx / 2 MR{JMo=r  
            ypos = ypos - pixely LqA&@  
    !CO1I-yL  
            EnableTextPrinting( True ) b!J%s   
            Print i Z2cumx(  
            EnableTextPrinting( False ) |{en) {:  
    mtunD;_Dek  
    mIy|]e`SJ  
            For j = 0 To nx - 1 M1 5_  
      iE8  
                xpos = xpos + pixelx k6b0&il  
    f+K vym.  
                'shift source !/;/ X\d  
                LockOperationUpdates srcnode, True 8uZM%7kI6+  
                GetOperation srcnode, 1, op |0Y: /uL#)  
                op.val1 = xpos UG5AF Z\  
                op.val2 = ypos H/?@UJ5m  
                SetOperation srcnode, 1, op X{YY)}^  
                LockOperationUpdates srcnode, False *@1(!A  
    $2gX!)  
    'raytrace $t{;- DpNB  
                DeleteRays )5NjwLs  
                CreateSource srcnode >nqCUhS   
                TraceExisting 'draw {k"t`uo_  
    xxS>O%  
                'radiometry CNkI9>L=W`  
                For k = 0 To GetEntityCount()-1 Vhi4_~W3j]  
                    If IsSurface( k ) Then "AcC\iq  
                        temp = AuxDataGetData( k, "temperature" ) )4tOTi[  
                        emiss = AuxDataGetData( k, "emissivity" ) 4v?}K   
                        If ( temp <> 0 And emiss <> 0 ) Then cKM#0dq  
                            ProjSolidAngleByPi = GetSurfIncidentPower( k ) K275{ydN  
                            frac = BlackBodyFractionalEnergy ( minWave, maxWave, temp ) C^^AN~ZD  
                            irrad(i,j) = irrad(i,j) + frac * emiss * sigma * temp^4 * ProjSolidAngleByPi BGOajYD  
                        End If : FN-.1C  
    , R;k>'.  
                    End If z?I"[M  
    :I !}ZD+Z  
                Next k ALY3en9,  
    JLn)U4>z w  
            Next j GVK c4HGt  
    =euMOs  
        Next i f'WRszrF  
        EnableTextPrinting( True ) FD[o94`%  
    ,%X"Caz  
        'write out file Zb4+zps^-  
        fullfilepath = CurDir() & "\" & fname ]p-x ds#d  
        Open fullfilepath For Output As #1 "PePiW(i+  
        Print #1, "GRID " & nx & " " & ny E gD$A!6N8  
        Print #1, "1e+308" Mc@_[q!xY?  
        Print #1, pixelx & " " & pixely XEe$Wh  
        Print #1, -detx+pixelx/2 & " " & -dety+pixely/2 !+V."*]l  
    vKFEA7  
        maxRow = nx - 1 ]VcuD05"C  
        maxCol = ny - 1 b'1m 9T780  
        For rowNum = 0 To maxRow                    ' begin loop over rows (constant X) bHK[Z5  
                row = "" =_=0l+\}  
            For colNum = maxCol To 0 Step -1            ' begin loop over columns (constant Y) o5;|14O  
                row = row & irrad(colNum,rowNum) & " "     ' append column data to row string 3'z L,WW  
            Next colNum                     ' end loop over columns jb83Y>  
    &WJ;s*  
                Print #1, row Min {&?a  
    'Y22HVUX  
        Next rowNum                         ' end loop over rows ' TO/i:{\  
        Close #1 VoC|z Rd_  
    ]MmFtdvE  
        Print "File written: " & fullfilepath H g04pZupN  
        Print "All done!!" 8JojKH  
    End Sub ,:6.Gi)|  
    Sah!|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: l[Ko>  
    a^eR~efdu@  
    Uo0[ZsFD  
    找到Tools工具,点击Open plot files in 3D chart并找到该文件 rKkFflOVO  
      
    OIY  
    kk$D:UQX  
    打开后,选择二维平面图: qoAJcr2uN  
    E^C [G)7n  
     
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    在线谭健
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    只看该作者 1楼 发表于: 2023-04-07
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