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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。 heV=)8  
kY-N>E:  
成像示意图
RwpdRBb  
首先我们建立十字元件命名为Target <^5Z:n!q  
P*3BB>FO   
创建方法: 1cpiHZa  
qKr8)}h  
面1 : rrik,qyv6  
面型:plane pL/DZ|S3  
材料:Air i#vYyVr[  
孔径:X=1.5, Y=6,Z=0.075,形状选择Box  Ac2n  
l 3ko?k  
(ROY?5 @c  
辅助数据: s@K4u^$A  
首先在第一行输入temperature :300K, -"' j7t:  
emissivity:0.1; L.*M&Ry  
R6;=n"Ueb  
1W^t aJH]  
面2 : ux vqMgR  
面型:plane uKUiV%p!  
材料:Air FQ<Ju.  
孔径:X=1.5, Y=6,Z=0.075,形状选择Box / F4zg3  
P3+5?.p.  
R{<kW9!  
位置坐标:绕Z轴旋转90度, 7q?, ?  
< $lCkSx<Q  
hKL4cpK4  
辅助数据: P}n_IV*@  
{?}E^5Z*g  
首先在第一行输入temperature :300K,emissivity: 0.1; sBvzAVBL  
r!_-"~`7E  
p6>Svcc  
Target 元件距离坐标原点-161mm; u8&Z!p\  
ls\WXCH  
G|!Tj X7s  
单透镜参数设定:F=100, bend=0, 位置位于坐标原点 fg_4zUGM+g  
CkOz  
&^ 1$^=  
探测器参数设定: riY~%9iV'  
zy/@ WFPE  
在菜单栏中选择Create/Element Primitive /plane BC&S>#\  
.o(fe\KHf  
=Y{(%sn  
!/'t5~x[  
:}'=`wa  
4;e5H_}Oo  
元件半径为20mm*20,mm,距离坐标原点200mm。 3]}D`Qs6  
]7W&JKmA&  
光源创建: +h|`/ &,  
Xv ]W(f1  
光源类型选择为任意平面,光源半角设定为15度。 1H? u Qy  
I8hz(2jI  
q;T{|5/O  
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。 <'y?KiphL  
8]M;T>n[  
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。 LO9=xGj.  
?GKb7Oj  
W <9T0sZ  
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。 eVjBGJ=2e  
44ek IV+?  
创建分析面: BTqS'NuT  
ZCMw3]*  
$v4.sl:x  
到这里元件参数设定完成,现在我们设定元件的光学属性,在前面我们分别对第一和第二面设定的温度和发射系数,散射属性我们设定为黑朗伯,4%的散射。并分别赋予到面一和面二。 ^me-[ 5  
Qp)v?k ]  
^S4d:-.3  
到此,所有的光学结构和属性设定完成,通过光线追迹我们可以查看光线是否可以穿过元件。 (9''MlGd%  
2Q/x@aT,h  
FRED在探测器上穿过多个像素点迭代来创建热图 }|0^EWL  
pnl{&<$C%C  
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。 /?uPEKr  
将如下的代码放置在树形文件夹 Embedded Scripts, Ec3}_`  
}"nItcp.1  
%<\vGqsM  
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。 \ :%(q/v"X  
I5k$H$  
绿色字体为说明文字, |s7s6k)mm  
|HiE@  
'#Language "WWB-COM" Y071Y:  
'script for calculating thermal image map -]0OKE&  
'edited rnp 4 november 2005 g!g#]9j  
8bTn^!1  
'declarations  U f:`  
Dim op As T_OPERATION {fPy=,>Nb  
Dim trm As T_TRIMVOLUME C)um9}  
Dim irrad(32,32) As Double 'make consistent with sampling epA:v|S  
Dim temp As Double Z;h t  
Dim emiss As Double 0IsPIi"7  
Dim fname As String, fullfilepath As String %f&/E"M  
QyEn pZ8?a  
'Option Explicit U$O\f18  
m~iXl,r  
Sub Main C.WX.Je  
    'USER INPUTS Z)I+@2  
    nx = 31 "3X2VFwoJ  
    ny = 31 2,DXc30I  
    numRays = 1000 Mo|;'+  
    minWave = 7    'microns [T8WThs  
    maxWave = 11   'microns g#"zQvON  
    sigma = 5.67e-14 'watts/mm^2/deg k^4 EuZ<quwWg  
    fname = "teapotimage.dat" :i0uPh\0  
kjTduZ/3 "  
    Print "" %R}qg6dL  
    Print "THERMAL IMAGE CALCULATION" Tm~" IB*  
P{8iJ`rBG  
    detnode = FindFullName( "Geometry.Detector.Surface" ) '找到探测器平面节点 ui< N[  
H`*LBqDk  
    Print "found detector array at node " & detnode p)KheLiZ  
D#_3^Kiawj  
    srcnode = FindFullName( "Optical Sources.Source 1" ) '找到光源节点 D>`xzt'.6  
tIWmp30S  
    Print "found differential detector area at node " & srcnode ]N~2 .h  
8v:T.o;<  
    GetTrimVolume detnode, trm J4k=A7^N  
    detx = trm.xSemiApe _~'=C#XI)  
    dety = trm.ySemiApe j_qbAP  
    area = 4 * detx * dety %:M ^4~dc  
    Print "detector array semiaperture dimensions are " & detx & " by " & dety (of#(I[m7  
    Print "sampling is " & nx & " by " & ny GoJ.&aH $  
rlMLW  
    'reset differential detector area dimensions to be consistent with sampling Q)~aiI0  
    pixelx = 2 * detx / nx 35h 8O,Y  
    pixely = 2 * dety / ny p\Q5,eg  
    SetSourcePosGridRandom srcnode, pixelx / 2, pixely / 2, numRays, False MU($|hwiL  
    Print "resetting source dimensions to " & pixelx / 2 & " by " & pixely / 2 Q7HRzA^-  
` )/vq-9  
    'reset the source power ~k"=4j9  
    SetSourcePower( srcnode, Sin(DegToRad(15))^2 ) ^7 w+l @  
    Print "resetting the source power to " & GetSourcePower( srcnode ) & " units" RFi S@.7  
$[Sc0dzJ  
    'zero out irradiance array xipU8'ac/  
    For i = 0 To ny - 1 DHy q^pJ  
        For j = 0 To nx - 1 b(,M1.[qt  
            irrad(i,j) = 0.0 R   
        Next j `68@+|#  
    Next i D@,6M#SK  
TtJH7  
    'main loop 6O7'!@@  
    EnableTextPrinting( False ) EGGWrl}1  
qFicBpB  
    ypos =  dety + pixely / 2 HCIU!4rH  
    For i = 0 To ny - 1 _:ReN_0  
        xpos = -detx - pixelx / 2 )\1@V+!E%  
        ypos = ypos - pixely [meO[otb  
l#g\X'bK  
        EnableTextPrinting( True ) ;nI] !g:  
        Print i KKb,d0T[  
        EnableTextPrinting( False ) E:,/!9n  
?so=;gh  
kGH}[w  
        For j = 0 To nx - 1 +=>,Pto<  
ntu5{L'8  
            xpos = xpos + pixelx )1Y{Q Y}l  
%@<8<6&q  
            'shift source VRVO-Sk  
            LockOperationUpdates srcnode, True ^\hG"5#  
            GetOperation srcnode, 1, op w VvF^VHV^  
            op.val1 = xpos b10cuy|a/X  
            op.val2 = ypos MOQ6 :  
            SetOperation srcnode, 1, op >Ifr [  
            LockOperationUpdates srcnode, False 6gkV*|U,e  
{yBs7[Wn  
            'raytrace X1:V<,}"  
            DeleteRays 0XOp3  
            CreateSource srcnode C0sX gM  
            TraceExisting 'draw oro$wFxJO  
ISzqEi  
            'radiometry ^NLmgw Q  
            For k = 0 To GetEntityCount()-1 ;/bewivNJ  
                If IsSurface( k ) Then %gInje  
                    temp = AuxDataGetData( k, "temperature" ) LHyB3V  
                    emiss = AuxDataGetData( k, "emissivity" ) Z@yW bjE7Z  
                    If ( temp <> 0 And emiss <> 0 ) Then $1SPy|y  
                        ProjSolidAngleByPi = GetSurfIncidentPower( k ) DKH-Q(M56  
                        frac = BlackBodyFractionalEnergy ( minWave, maxWave, temp ) kAKK bmE  
                        irrad(i,j) = irrad(i,j) + frac * emiss * sigma * temp^4 * ProjSolidAngleByPi e- ~N"  
                    End If imVo<Je7z(  
 FK^p")i  
                End If bc*X/).  
C/_ZUF(V  
            Next k .14~J6  
b k~( ^!R  
        Next j +*\u :n  
7( #:GD  
    Next i @g|v;B|{  
    EnableTextPrinting( True ) .L+6 $8m  
4aug{}h("  
    'write out file G5{T5#  
    fullfilepath = CurDir() & "\" & fname J; S (>c  
    Open fullfilepath For Output As #1 *}Xf!"I#]N  
    Print #1, "GRID " & nx & " " & ny M+-*QyCFK  
    Print #1, "1e+308" Zj_b>O-V  
    Print #1, pixelx & " " & pixely s'3 s^Dd  
    Print #1, -detx+pixelx/2 & " " & -dety+pixely/2 @MoKWfc  
T!uM+6|Y  
    maxRow = nx - 1 6 [k\@&V-  
    maxCol = ny - 1 D,FHZD t  
    For rowNum = 0 To maxRow                    ' begin loop over rows (constant X) *$#W]bO  
            row = "" %Wg'i!?cB  
        For colNum = maxCol To 0 Step -1            ' begin loop over columns (constant Y) 8aZ=?_gvT  
            row = row & irrad(colNum,rowNum) & " "     ' append column data to row string nz%DM<0$  
        Next colNum                     ' end loop over columns i)\ L:qF5  
'_<{ p3M  
            Print #1, row Fzm*Pz3  
evenq$ H  
    Next rowNum                         ' end loop over rows f0!))/rSD  
    Close #1 ,yC-+VL  
1v#%Ei$6`t  
    Print "File written: " & fullfilepath CMe 06^U   
    Print "All done!!" qjwxhabc  
End Sub B)$| vK=  
C^s^D:   
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: Y&`=jDI  
ky8_UnaO  
rUTcpGH  
找到Tools工具,点击Open plot files in 3D chart并找到该文件 mD/9J5:  
  
'Jiw@t<o3`  
\Bz_p'[G  
打开后,选择二维平面图: MvuQz7M#d  
$Y;U[_l#  
QQ:2987619807
Y2|#V#  
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