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infotek 2020-11-18 10:58

十字元件热成像分析

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在探测器上,并显示其热成像图。 yy5|8L  
B 2NIV7  
成像示意图
&J/EBmY[  
首先我们建立十字元件命名为Target a<-aE4wdm  
g%J\YRo  
创建方法: E:qh}wY  
=Htt'""DN  
面1 : jG ouwta  
面型:plane ^x0N] /  
材料:Air {`):X_$T  
孔径:X=1.5, Y=6,Z=0.075,形状选择Box mX>N1zAz  
!Ge;f/@  
6?x F!VIL  
辅助数据: 1L`V{\_0s  
首先在第一行输入temperature :300K, oLkzLJ  
emissivity:0.1; #e.x]v:  
2|"D\N  
>,Y+ 1  
面2 : 53hX%{3  
面型:plane f@`|2wG  
材料:Air *SJ[~  
孔径:X=1.5, Y=6,Z=0.075,形状选择Box v{$?Ow T/u  
A,&711Y  
-~c-mt  
位置坐标:绕Z轴旋转90度, Z'A 3\f   
yf*'=q  
*ELU">!}G  
辅助数据: %KVmpWku  
^P{y^@XI  
首先在第一行输入temperature :300K,emissivity: 0.1; t<dFH}U`w  
1>[#./@  
H*G(`Zl}  
Target 元件距离坐标原点-161mm; ; o'>`=Y  
_# Hd2h  
(Q*x"G#4>  
单透镜参数设定:F=100, bend=0, 位置位于坐标原点 r?u4[ Oe#  
,8zJD&HMx  
n;Mk\*Cg  
探测器参数设定: 4IW fp&Q!  
eV%{XR?y  
在菜单栏中选择Create/Element Primitive /plane $hc=H  
CF3x\6.q}  
K. B\F)K  
j|8!gW  
-uN{28;@  
}Tk:?U{  
元件半径为20mm*20,mm,距离坐标原点200mm。 sCJ|U6Q-  
w;Azxcw  
光源创建: 5MG4S  
T-yEn&r4)  
光源类型选择为任意平面,光源半角设定为15度。 kI a16m  
pq]z%\$u  
7Cp /{l;d  
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。 ,){#J"W  
@H$8;CRM  
我们在位置选项又设定一行的目的是通过脚本自动控制光源在探测器平面不同划分区域内不同位置处追迹光线。 4r83;3WXs  
u[KxI9Q  
sMAj?]hI$  
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。 FO>!T@0G  
/JRZ?/<1  
创建分析面: qi/k`T  
>o13?-S%e  
S0OL;[*.  
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。 _QHk&-Lp  
w:nH_x#C4  
k?HdW(HA  
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。 SFh<>J^ 0a  
mW{uChHP  
FRED在探测器上穿过多个像素点迭代来创建热图 Y,L[0%  
IR]5,K^l  
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。 a e-tAA[1Y  
将如下的代码放置在树形文件夹 Embedded Scripts, 3]'ab-,Vp  
-rYb{<;ST  
_t"[p_llo  
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。 g$2#TWW5  
(Z @dz  
绿色字体为说明文字, (X^,.qy  
sqpo5~  
'#Language "WWB-COM" x>mI$K(6M  
'script for calculating thermal image map F0&ubspt\  
'edited rnp 4 november 2005 IhK SwT  
Z" H;t\P  
'declarations a_/4^+  
Dim op As T_OPERATION IO&U=-pn&  
Dim trm As T_TRIMVOLUME SIm1fC  
Dim irrad(32,32) As Double 'make consistent with sampling ]v5/K  
Dim temp As Double qLX<[UL  
Dim emiss As Double R}w}G6"\  
Dim fname As String, fullfilepath As String XPf{R619  
^ )"Il  
'Option Explicit %^E 7Iqc  
@1xVWSF  
Sub Main XXX y*/P  
    'USER INPUTS l]D $QT3  
    nx = 31 NAtDt=  
    ny = 31 N LQ".mM+  
    numRays = 1000 (Nz`w  
    minWave = 7    'microns ChUE,)  
    maxWave = 11   'microns f*"T]AX0  
    sigma = 5.67e-14 'watts/mm^2/deg k^4 :qqG%RB  
    fname = "teapotimage.dat" k7@QFw4 j  
0+1!-Wo  
    Print "" zJ(DO>,p&  
    Print "THERMAL IMAGE CALCULATION" At<MY`ka  
G"m0[|XH  
    detnode = FindFullName( "Geometry.Detector.Surface" ) '找到探测器平面节点 ;{H Dz$  
p),* 4@2<  
    Print "found detector array at node " & detnode T=~d. &J  
P-[})Z=  
    srcnode = FindFullName( "Optical Sources.Source 1" ) '找到光源节点 8<0P Ssx  
ox<&T|  
    Print "found differential detector area at node " & srcnode &d6ud |  
jK/F zD0-  
    GetTrimVolume detnode, trm 6W1+@ q  
    detx = trm.xSemiApe $X-PjQb1Bb  
    dety = trm.ySemiApe \ ;]{`  
    area = 4 * detx * dety $ S3b<]B  
    Print "detector array semiaperture dimensions are " & detx & " by " & dety tb oQn~&4  
    Print "sampling is " & nx & " by " & ny -,;woOG  
3^&`E} r  
    'reset differential detector area dimensions to be consistent with sampling ;*zLf 9i  
    pixelx = 2 * detx / nx ^1c7\"{  
    pixely = 2 * dety / ny *XWu)>*o  
    SetSourcePosGridRandom srcnode, pixelx / 2, pixely / 2, numRays, False -Wmb M]Z  
    Print "resetting source dimensions to " & pixelx / 2 & " by " & pixely / 2 re%XaL  
5Hj/7~ =  
    'reset the source power Xl2g Hh  
    SetSourcePower( srcnode, Sin(DegToRad(15))^2 ) w[l#0ZZ  
    Print "resetting the source power to " & GetSourcePower( srcnode ) & " units" !nJl.Y$  
MUZ]*n&0  
    'zero out irradiance array kq(><T  
    For i = 0 To ny - 1 i Pr(X  
        For j = 0 To nx - 1 }OnU32P  
            irrad(i,j) = 0.0 6J JA"] `  
        Next j uUHWTyoO  
    Next i s}Go")p<:  
UE5,Ml~X  
    'main loop IFr"IOr'l  
    EnableTextPrinting( False ) ns5Dydo{T  
Z/:yYSq  
    ypos =  dety + pixely / 2 \fC;b"j  
    For i = 0 To ny - 1 rq7yNt  
        xpos = -detx - pixelx / 2 ]Oo!>iTQi  
        ypos = ypos - pixely DC> R  
 (t5y$b c  
        EnableTextPrinting( True ) [ R8BcO(  
        Print i i83Jy w,f  
        EnableTextPrinting( False ) PCgr`($U  
52# *{q}  
'>1M~B  
        For j = 0 To nx - 1 fX,O9d$  
2P'Vp7f6 Y  
            xpos = xpos + pixelx :O@n6%pSL  
bxxLAWQ(  
            'shift source $1d{R;b[  
            LockOperationUpdates srcnode, True NRG~ya >  
            GetOperation srcnode, 1, op [bo"!Qk%  
            op.val1 = xpos 3j$, L(  
            op.val2 = ypos 2<n 18-|OQ  
            SetOperation srcnode, 1, op "8z Me L  
            LockOperationUpdates srcnode, False kzUj)  
*wmkcifF;  
            'raytrace rmvrv.$3  
            DeleteRays yr>J^Et%_  
            CreateSource srcnode E>*b,^J7g  
            TraceExisting 'draw lQ ki58.  
_a"| :kX  
            'radiometry CiHx.5TiC  
            For k = 0 To GetEntityCount()-1 B/lIn' =  
                If IsSurface( k ) Then xA:;wV  
                    temp = AuxDataGetData( k, "temperature" ) cC$YD]XdIA  
                    emiss = AuxDataGetData( k, "emissivity" ) G='`*_$  
                    If ( temp <> 0 And emiss <> 0 ) Then Citumc)E  
                        ProjSolidAngleByPi = GetSurfIncidentPower( k ) G] tT=X[  
                        frac = BlackBodyFractionalEnergy ( minWave, maxWave, temp ) DtGkhq;  
                        irrad(i,j) = irrad(i,j) + frac * emiss * sigma * temp^4 * ProjSolidAngleByPi #<&@-D8  
                    End If /i@.Xg@:  
r/NaoIrJV  
                End If LR#.xFQ+  
<T.R%Jys  
            Next k 9dszn^]T  
m^ar:mK@  
        Next j #LR6wEk  
KdHkX+-R  
    Next i VY~*QF~P  
    EnableTextPrinting( True ) UBQtD|m\  
!7#*Wdt+P  
    'write out file p\'X%R  
    fullfilepath = CurDir() & "\" & fname GpXf).a@  
    Open fullfilepath For Output As #1 P*?2+.  
    Print #1, "GRID " & nx & " " & ny $`0^E#Nl  
    Print #1, "1e+308" ~/SLGyu  
    Print #1, pixelx & " " & pixely ^HP$r*  
    Print #1, -detx+pixelx/2 & " " & -dety+pixely/2 c??m9=OX1  
UDcr5u eKn  
    maxRow = nx - 1 ?_uan  
    maxCol = ny - 1 K|~ !oQ  
    For rowNum = 0 To maxRow                    ' begin loop over rows (constant X) O@H D'  
            row = "" ?_S);  
        For colNum = maxCol To 0 Step -1            ' begin loop over columns (constant Y) wp~KrUlR  
            row = row & irrad(colNum,rowNum) & " "     ' append column data to row string 8?EKF+.u|  
        Next colNum                     ' end loop over columns ],R\oMYy|P  
h= YTgJ  
            Print #1, row '{JMWNY  
Td^62D;  
    Next rowNum                         ' end loop over rows l_ x jsu  
    Close #1 8BS Nm  
:N<o<qn  
    Print "File written: " & fullfilepath \:n<&<aVSr  
    Print "All done!!" 2"Unk\Y  
End Sub #>5T,[{?j  
[["eK9 }0  
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: LG("<CU  
i}<fg*6@E  
Pa|*Jcr  
找到Tools工具,点击Open plot files in 3D chart并找到该文件 0!:%Ge_  
  
y?}<SnjP:  
ky]L`w  
打开后,选择二维平面图: 5wvh @Sc\  
!14v Ovj4{  
QQ:2987619807
mv*M2NuhT  
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