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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。 Ll, U>yo  
    o8~<t]Ejw  
    成像示意图
    -PTfsQk  
    首先我们建立十字元件命名为Target 6eb~Z6n&?  
     %e(DPX  
    创建方法: 5,?^SK|'x  
    Q9i[?=F:z  
    面1 : b-RuUfUn0  
    面型:plane 1p8hn!V  
    材料:Air Z1{>"o:@  
    孔径:X=1.5, Y=6,Z=0.075,形状选择Box I.it4~]H  
    OoQLR  
    mDO! o  
    辅助数据: U:bnX51D4  
    首先在第一行输入temperature :300K, QW_BT ^d"  
    emissivity:0.1; a\}` f=T  
    =yWdtBng  
    FM7`q7d  
    面2 : :QC |N@C  
    面型:plane Y|buQQ|  
    材料:Air Zgo%Jo  
    孔径:X=1.5, Y=6,Z=0.075,形状选择Box I3u)y|Y=  
    }s[`T   
    6FY.kN\  
    位置坐标:绕Z轴旋转90度, bnJ4Edy  
    tV h"C%Vkr  
    ;,s9jw  
    辅助数据: ZEso2|   
    A9MTAm{  
    首先在第一行输入temperature :300K,emissivity: 0.1; z0Z1J8Qq6.  
    FH%M5RD  
    'mZQ}U=<  
    Target 元件距离坐标原点-161mm; qfjUJ/  
    r1 b"ta  
    FIUQQQ\3  
    单透镜参数设定:F=100, bend=0, 位置位于坐标原点 eJeL{`NS  
    d4p6.3  
    !t}yoN n|  
    探测器参数设定: p(nEcu  
    "C?H:8W  
    在菜单栏中选择Create/Element Primitive /plane =.w~qL  
    >`p? CE  
    d{"@<0i?  
    <W+9 h0c  
    u60RuP&  
    >dgz/n?:v  
    元件半径为20mm*20,mm,距离坐标原点200mm。 Hg$7[um  
    v0?SN>fZ  
    光源创建: #\_ 8y`{x  
    P](8Qrl  
    光源类型选择为任意平面,光源半角设定为15度。 >GLoeCRNu  
    {h PB%  
    Pm,.[5uc  
    我们将光源设定在探测器位置上,具体的原理解释请见本章第二部分。 k SgE_W)  
    * eX/Z Cn  
    我们在位置选项又设定一行的目的是通过脚本自动控制光源在探测器平面不同划分区域内不同位置处追迹光线 7O:g;UI#  
    wJ7^)tTRF  
    u:mndTpB6x  
    功率数值设定为:P=sin2(theta) theta为光源半角15度。我们为什么要这么设定,在第二部分会给出详细的公式推导。 4c[/%e:\-  
    K)5j  
    创建分析面: Sp*4Z`^je  
    CD%Cb53  
    Qqx!'fft  
    到这里元件参数设定完成,现在我们设定元件的光学属性,在前面我们分别对第一和第二面设定的温度和发射系数,散射属性我们设定为黑朗伯,4%的散射。并分别赋予到面一和面二。 [P6m8%Y|s  
    w*&vH/D  
    `WnsM; 1Y"  
    到此,所有的光学结构和属性设定完成,通过光线追迹我们可以查看光线是否可以穿过元件。 xaVn.&Wl  
    n$v4$_qS  
    FRED在探测器上穿过多个像素点迭代来创建热图 K?r  
    WdlGnFAWh  
    FRED具有一个内置的可编译的Basic脚本语言。从Visual Basic脚本语言里,几乎所有用户图形界面(GUI)命令是可用这里的。FRED同样具有自动的客户端和服务器能力,它可以被调用和并调用其他可启动程序,如Excel。因此可以在探测器像素点上定义多个离轴光源,及在FRED Basic脚本语言里的For Next loops语句沿着探测器像素点向上和向下扫描来反向追迹光线,这样可以使用三维图表查看器(Tools/Open plot files in 3D chart)调用和查看数据。 '.M4yif \g  
    将如下的代码放置在树形文件夹 Embedded Scripts, v5@M 34  
    ('AAHq/  
    -/V(Z+dj  
    打开后清空里面的内容,此脚本为通用脚本适用于一切可热成像的应用。 (m6V)y  
    o8|qT)O@U  
    绿色字体为说明文字, ifu!6_b.  
    dfKGO$}V  
    '#Language "WWB-COM" vbd)L$$20+  
    'script for calculating thermal image map ;8dffsyq  
    'edited rnp 4 november 2005 >^GV #z  
    V)l:fUm2  
    'declarations JgA{1@h  
    Dim op As T_OPERATION w%8y5v5  
    Dim trm As T_TRIMVOLUME @0]WMI9B"B  
    Dim irrad(32,32) As Double 'make consistent with sampling d4*SfzB  
    Dim temp As Double ir"t@"Y;o  
    Dim emiss As Double fGqX dlP  
    Dim fname As String, fullfilepath As String g6;smtu_T  
    aKWxLe  
    'Option Explicit >3@3~F%xAX  
    J7^ UQ  
    Sub Main M=lU`Sm  
        'USER INPUTS yj#*H  
        nx = 31 3ce$eZE  
        ny = 31 ^X}r ^  
        numRays = 1000 9} m?E<6&  
        minWave = 7    'microns \"))P1  
        maxWave = 11   'microns 2QM{e!9  
        sigma = 5.67e-14 'watts/mm^2/deg k^4 {-8Nq`w  
        fname = "teapotimage.dat" %ut 8/T  
    #QIY+muN  
        Print "" C\~}ySQc.e  
        Print "THERMAL IMAGE CALCULATION" 6h2keyod  
    J?yasjjgP  
        detnode = FindFullName( "Geometry.Detector.Surface" ) '找到探测器平面节点 {it}\[3  
    rq4g~e!S  
        Print "found detector array at node " & detnode AvB=/p@]  
    jC4>%!{m  
        srcnode = FindFullName( "Optical Sources.Source 1" ) '找到光源节点 Nw$OJ9$L>  
    ybw\^t  
        Print "found differential detector area at node " & srcnode =gD)j&~}_  
    Q;w [o  
        GetTrimVolume detnode, trm DXI4DM"15I  
        detx = trm.xSemiApe !Q15qvRS  
        dety = trm.ySemiApe l`ZL^uT  
        area = 4 * detx * dety KFwuz()7  
        Print "detector array semiaperture dimensions are " & detx & " by " & dety T3@2e0u )  
        Print "sampling is " & nx & " by " & ny @#OL{yMy  
    eZqEFMBTm  
        'reset differential detector area dimensions to be consistent with sampling vt2. i$u  
        pixelx = 2 * detx / nx OKlR`Vaty  
        pixely = 2 * dety / ny lZL+j6Q  
        SetSourcePosGridRandom srcnode, pixelx / 2, pixely / 2, numRays, False (${ #l  
        Print "resetting source dimensions to " & pixelx / 2 & " by " & pixely / 2 \t&! &R#  
    n qO*z<  
        'reset the source power 5X=1a*2']  
        SetSourcePower( srcnode, Sin(DegToRad(15))^2 ) ]vvA]e  
        Print "resetting the source power to " & GetSourcePower( srcnode ) & " units" xc 1d[dCdp  
    [,,@>nyD  
        'zero out irradiance array xb3G,F  
        For i = 0 To ny - 1 bs?\ )R5/  
            For j = 0 To nx - 1 rzIWQFv  
                irrad(i,j) = 0.0 5L[imOM0  
            Next j $cHU,  
        Next i oI/_WY[t  
    ''@Tke3IG6  
        'main loop w01[oU$x=  
        EnableTextPrinting( False ) [0y,K{8t  
    Zf3(! a[  
        ypos =  dety + pixely / 2 *3`R W<Z  
        For i = 0 To ny - 1 #p>&|I  
            xpos = -detx - pixelx / 2 PL{lYexJ  
            ypos = ypos - pixely [|oG}'Xz  
    d{JI] !  
            EnableTextPrinting( True ) oSD=3DQ;  
            Print i (WC =om  
            EnableTextPrinting( False ) JX&]>#6|E  
    v#&;z_I+  
    0*b8?e  
            For j = 0 To nx - 1 A{ T9-f@X  
    @I?,!3`jS  
                xpos = xpos + pixelx 7>y]uT@ar  
    4"kc(J`c  
                'shift source )VkVZf | S  
                LockOperationUpdates srcnode, True ocWl]h].  
                GetOperation srcnode, 1, op e}yF2|0FD  
                op.val1 = xpos v)_c*+6u  
                op.val2 = ypos 9e K~g0m  
                SetOperation srcnode, 1, op m_oUl(pk  
                LockOperationUpdates srcnode, False `aAE4Ry?  
    m`-:j"]b$  
    'raytrace <Hr<QiAK  
                DeleteRays @[9  
                CreateSource srcnode j!i* &  
                TraceExisting 'draw /)J]ItJlz  
    >8I~i:hn  
                'radiometry :?zq!  
                For k = 0 To GetEntityCount()-1 !AE;s}v)0{  
                    If IsSurface( k ) Then jFdgFK c)  
                        temp = AuxDataGetData( k, "temperature" ) 0SYJ*7lPX  
                        emiss = AuxDataGetData( k, "emissivity" ) Yq00<kIDJ  
                        If ( temp <> 0 And emiss <> 0 ) Then 1?H; c5?d&  
                            ProjSolidAngleByPi = GetSurfIncidentPower( k ) rtz-kQ38R  
                            frac = BlackBodyFractionalEnergy ( minWave, maxWave, temp )  VQH48{X  
                            irrad(i,j) = irrad(i,j) + frac * emiss * sigma * temp^4 * ProjSolidAngleByPi ^g6v#]&WA  
                        End If z3i`O La  
    Lm=EN%*#9  
                    End If yg'CL/P  
    ^UKY1Q .  
                Next k XLpn3sX$  
    }EwE#sZ#  
            Next j 1q!k#Cliu  
    #M!$CGi (  
        Next i Y QC.jnb2  
        EnableTextPrinting( True ) )yb~ kbe  
    _0rt.NRD  
        'write out file ,jC~U s<  
        fullfilepath = CurDir() & "\" & fname zqdkt `  
        Open fullfilepath For Output As #1 /ojwOJ  
        Print #1, "GRID " & nx & " " & ny YT!iI   
        Print #1, "1e+308" +BtLd+)R  
        Print #1, pixelx & " " & pixely A'jL+dI.  
        Print #1, -detx+pixelx/2 & " " & -dety+pixely/2 18%$Z$K,  
    >$rH,Er  
        maxRow = nx - 1 qpe9?`vVX  
        maxCol = ny - 1 Uz_ob9l<#H  
        For rowNum = 0 To maxRow                    ' begin loop over rows (constant X) y|O3*`&m  
                row = "" &77J,\C$:  
            For colNum = maxCol To 0 Step -1            ' begin loop over columns (constant Y) 8/R$}b><  
                row = row & irrad(colNum,rowNum) & " "     ' append column data to row string Z1q<) O1QX  
            Next colNum                     ' end loop over columns }rmr0Bh  
    :!Q(v(M  
                Print #1, row hk5!$#^  
    jG `PyIgw  
        Next rowNum                         ' end loop over rows .jP|b~  
        Close #1 1VFCK&  
    +sn0bi/rG  
        Print "File written: " & fullfilepath "" ^n^$  
        Print "All done!!" 1N$OXLu  
    End Sub W#g!Usf:/  
    h& 4#5{=  
    在输出报告中,我们会看到脚本对光源的孔径和功率做了修改,并最终经过31次迭代,将所有的热成像数据以dat的格式放置于: ,/p+#|>C=  
    ^^ix4[1$Z  
    Z<d=v3q  
    找到Tools工具,点击Open plot files in 3D chart并找到该文件 .R` _"7  
      
    nnRb   
    [^a7l$fmi  
    打开后,选择二维平面图: }KUK|p5  
    x4kQGe(  
     
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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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