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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。 hg:$H9\%  
>qOj^WO~  
成像示意图
ho B[L}<c  
首先我们建立十字元件命名为Target BX6kn/i  
m2YsE  j7  
创建方法: '\+"3!$  
>@ xe-0z  
面1 : !*HJBZ]q  
面型:plane r b\t0tg  
材料:Air ~t/i0pKq.  
孔径:X=1.5, Y=6,Z=0.075,形状选择Box 1c429&-  
KZ%us6  
U 8p %MFD  
辅助数据: ]h&1|j1  
首先在第一行输入temperature :300K, j_~mP>el)  
emissivity:0.1; ~IWdFUKk  
`W" ;4A  
~ iQBgd@D^  
面2 : ~b!la  
面型:plane nT +ZSr  
材料:Air /#&jF:h  
孔径:X=1.5, Y=6,Z=0.075,形状选择Box A%7f;&x!  
Iu~<Y(8^q#  
NI.ROk1{+4  
位置坐标:绕Z轴旋转90度, = &?&}pVF  
#qR6TM&;  
r>i95u82'  
辅助数据: I{WP:]"Yf  
Iz'Et'w8!  
首先在第一行输入temperature :300K,emissivity: 0.1; GA/afc,V  
X9SOcg3a  
8O(L;&h  
Target 元件距离坐标原点-161mm; @D=%J!!*  
6 >;OVX  
wfEL .h  
单透镜参数设定:F=100, bend=0, 位置位于坐标原点 42A'`io[w]  
@Tq-3Um  
U6*[}Ww  
探测器参数设定: rFkZ'rp74b  
Iz j-,a  
在菜单栏中选择Create/Element Primitive /plane ]W4{|%@H"  
6&0G'PMf  
oWLP|c~ Ap  
XEagN:  
FE^/us7r  
yzT1Zg_ER  
元件半径为20mm*20,mm,距离坐标原点200mm。 {:VK}w  
<?}pCX/O  
光源创建: C& XPn;f  
 qsXkm4  
光源类型选择为任意平面,光源半角设定为15度。 {X{S[(|  
s^IC]sW\%  
XqUQ{^;aI  
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。 ~Dz:n]Vk/  
7CSz  
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。 }$L1A   
!L q'o ?  
~o|sma5.  
功率数值设定为:P=sin2(theta) theta为光源半角15度。我们为什么要这么设定,在第二部分会给出详细的公式推导。 2p#d  
"aI)LlyCY  
创建分析面: m ie~. "  
m[Ihte->  
1#7|au%:)  
到这里元件参数设定完成,现在我们设定元件的光学属性,在前面我们分别对第一和第二面设定的温度和发射系数,散射属性我们设定为黑朗伯,4%的散射。并分别赋予到面一和面二。 pU<J?cU8N  
)\VuN-d  
<Opw"yY&q]  
到此,所有的光学结构和属性设定完成,通过光线追迹我们可以查看光线是否可以穿过元件。 ~6Fh,S1?  
3`{;E{  
FRED在探测器上穿过多个像素点迭代来创建热图 GD d'{qE6  
L kl E,W  
FRED具有一个内置的可编译的Basic脚本语言。从Visual Basic脚本语言里,几乎所有用户图形界面(GUI)命令是可用这里的。FRED同样具有自动的客户端和服务器能力,它可以被调用和并调用其他可启动程序,如Excel。因此可以在探测器像素点上定义多个离轴光源,及在FRED Basic脚本语言里的For Next loops语句沿着探测器像素点向上和向下扫描来反向追迹光线,这样可以使用三维图表查看器(Tools/Open plot files in 3D chart)调用和查看数据。 UF6U5],`u  
将如下的代码放置在树形文件夹 Embedded Scripts, kONn7Itbu  
\v\ONp"  
T,uF^%$@AQ  
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。 $joGda  
);}M"W8  
绿色字体为说明文字, skan1wQ  
DNgh#!\X  
'#Language "WWB-COM" KnA BFH  
'script for calculating thermal image map ":qHDL3  
'edited rnp 4 november 2005 ss}-YnG  
.|g@#XIwe#  
'declarations Qbjm,>H/^  
Dim op As T_OPERATION lxgfi@@+h  
Dim trm As T_TRIMVOLUME ^E\n^D-RV  
Dim irrad(32,32) As Double 'make consistent with sampling !v=/f_6  
Dim temp As Double Rs S:I6L  
Dim emiss As Double pO5j-d *  
Dim fname As String, fullfilepath As String f{O-\  
y( 22m+B  
'Option Explicit 7t#Q8u?  
(G} }h  
Sub Main lX2:8$?X  
    'USER INPUTS ^[}W}j>  
    nx = 31 C@t,oDU#  
    ny = 31 qN' 3{jiPL  
    numRays = 1000 /F"eqMN  
    minWave = 7    'microns Opg_-Bf  
    maxWave = 11   'microns 5{+2#-  
    sigma = 5.67e-14 'watts/mm^2/deg k^4 "q=ss:(  
    fname = "teapotimage.dat" .=<s@Sg,t  
e1JH N  
    Print "" dqQJC qc!  
    Print "THERMAL IMAGE CALCULATION" "s]  
_[(EsIqc(F  
    detnode = FindFullName( "Geometry.Detector.Surface" ) '找到探测器平面节点 : OjmaP  
M=95E$6  
    Print "found detector array at node " & detnode LWhy5H;Es  
 E^5  
    srcnode = FindFullName( "Optical Sources.Source 1" ) '找到光源节点 8tv4_Lbx  
?f3R+4  
    Print "found differential detector area at node " & srcnode 8EdaqF  
jck(cc= R  
    GetTrimVolume detnode, trm u*5}c7)uId  
    detx = trm.xSemiApe >?ar  
    dety = trm.ySemiApe [N~-9  
    area = 4 * detx * dety 0F_hXy@K  
    Print "detector array semiaperture dimensions are " & detx & " by " & dety )16+Pm8  
    Print "sampling is " & nx & " by " & ny Hhk`yX c_  
&J|I&p   
    'reset differential detector area dimensions to be consistent with sampling PZ'|)  
    pixelx = 2 * detx / nx FJ!`[.t1AU  
    pixely = 2 * dety / ny !T:7xEr  
    SetSourcePosGridRandom srcnode, pixelx / 2, pixely / 2, numRays, False BQ[R)o  
    Print "resetting source dimensions to " & pixelx / 2 & " by " & pixely / 2 Ah@e9`_r  
cV@^<  
    'reset the source power -}sMOy`  
    SetSourcePower( srcnode, Sin(DegToRad(15))^2 ) xZ%3e sp  
    Print "resetting the source power to " & GetSourcePower( srcnode ) & " units" <3N\OV2  
''q;yKpaz  
    'zero out irradiance array iR{@~JN=)  
    For i = 0 To ny - 1 zd- *UF i  
        For j = 0 To nx - 1 ;=^J_2ls  
            irrad(i,j) = 0.0 5W|wDy  
        Next j HN/YuP03[  
    Next i ;@gI*i N"  
bJ"2|VNH(  
    'main loop |E$q S)y  
    EnableTextPrinting( False ) 3$K[(>s  
@gf <%>  
    ypos =  dety + pixely / 2 b%"/8rK  
    For i = 0 To ny - 1 IDqUiN  
        xpos = -detx - pixelx / 2 ^qBm%R(  
        ypos = ypos - pixely &YD+ s%OL  
\Wppl,"6c  
        EnableTextPrinting( True ) G)b:UJa"  
        Print i qM 1ZCt  
        EnableTextPrinting( False ) g[@0H=  
^2%)Nq;O  
U Rq9:{  
        For j = 0 To nx - 1 1>OU~A"  
.`J*l=u$  
            xpos = xpos + pixelx ]c 'EJu  
b">"NvlB  
            'shift source n!X%i+|4x  
            LockOperationUpdates srcnode, True z52F-<  
            GetOperation srcnode, 1, op l<S3<'&  
            op.val1 = xpos !nsr( 7X2  
            op.val2 = ypos pjV70D8$A  
            SetOperation srcnode, 1, op BonjK#  
            LockOperationUpdates srcnode, False ]w]BKpU=  
pBBKfv  
            'raytrace n4XkhY|  
            DeleteRays ' Gx\  
            CreateSource srcnode |t3}>+"?z  
            TraceExisting 'draw %a0q|)Nrj  
Pd d(1K*  
            'radiometry `O.pT{Lf  
            For k = 0 To GetEntityCount()-1 ;"9Ks.  
                If IsSurface( k ) Then F >n_k  
                    temp = AuxDataGetData( k, "temperature" ) <j#IR  
                    emiss = AuxDataGetData( k, "emissivity" ) Vi'7m3&  
                    If ( temp <> 0 And emiss <> 0 ) Then (~F}O  
                        ProjSolidAngleByPi = GetSurfIncidentPower( k ) uP8 cW([  
                        frac = BlackBodyFractionalEnergy ( minWave, maxWave, temp ) @{3_7  
                        irrad(i,j) = irrad(i,j) + frac * emiss * sigma * temp^4 * ProjSolidAngleByPi &pz`gna  
                    End If 7OXRR)]V  
\ E5kpm  
                End If 6wq%4RI0  
vKdS1Dn1  
            Next k Tb:'M:dM"  
MDd 2B9cy[  
        Next j ix?Z:pIS0  
Ly v"2P  
    Next i v!<FeLW  
    EnableTextPrinting( True ) 3y:),;|5  
]eFNR1<OP  
    'write out file *(i%\  
    fullfilepath = CurDir() & "\" & fname /Q#eP m  
    Open fullfilepath For Output As #1 AtAu$"ue  
    Print #1, "GRID " & nx & " " & ny e(DuJ-  
    Print #1, "1e+308" XJS^{=/  
    Print #1, pixelx & " " & pixely K h&a#~c  
    Print #1, -detx+pixelx/2 & " " & -dety+pixely/2 33hP/p%  
^$oEM0h  
    maxRow = nx - 1 ~G^+.>j  
    maxCol = ny - 1 w`#9Re  
    For rowNum = 0 To maxRow                    ' begin loop over rows (constant X) L!ms{0rJ  
            row = "" 0BjP|API  
        For colNum = maxCol To 0 Step -1            ' begin loop over columns (constant Y) YVz,P_\(m  
            row = row & irrad(colNum,rowNum) & " "     ' append column data to row string )B~{G\jS  
        Next colNum                     ' end loop over columns d] E.F64{  
2U+Fa t@  
            Print #1, row W7~OU(}[`  
 @_WZZ  
    Next rowNum                         ' end loop over rows '=K~M  
    Close #1 ;\/ RgN  
"zFTPL"  
    Print "File written: " & fullfilepath iZ ;562Mo  
    Print "All done!!" t`V U<  
End Sub $"Ci{iE  
4Xv."L  
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: QNj6ETB-d  
gG(9&}@(  
y,<\d/YY@  
找到Tools工具,点击Open plot files in 3D chart并找到该文件 hrfSe$8  
  
-Zg@#H  
Fj <a;oV  
打开后,选择二维平面图: v:9Vp{)  
N{!@M_C^%R  
QQ:2987619807
x.(Sv]+[  
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