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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。 5?lc%,-&  
z$e6T&u5B  
成像示意图
h:nybLw?  
首先我们建立十字元件命名为Target %WgN+A0  
_p^ "l2%D/  
创建方法: b, Oh8O;>  
qx t0Jr8  
面1 : cg.{oMwa  
面型:plane q0iJy@?A  
材料:Air nN\H'{Wzd  
孔径:X=1.5, Y=6,Z=0.075,形状选择Box uMJ \  
$@D a|d4  
qOwql(vX  
辅助数据: Ix5&B6L8  
首先在第一行输入temperature :300K, 93>4n\  
emissivity:0.1; d ~Z\%4  
rZ~w_DK*  
.\n` 4A1z  
面2 : $-iEcxsi  
面型:plane )th[fUC(  
材料:Air "9wD|wsz  
孔径:X=1.5, Y=6,Z=0.075,形状选择Box Y()" 2CCV  
1^!SuAA@  
-QrC>3xZR  
位置坐标:绕Z轴旋转90度, <s9?9^!!V^  
;]u9o}[ 2  
%2?+:R5.  
辅助数据: U ? +_\  
DN*5q9.  
首先在第一行输入temperature :300K,emissivity: 0.1; UFG_ZoD+  
{KG6#/%;  
q,vWu(.  
Target 元件距离坐标原点-161mm; kAki 9a(=!  
j3gDGw;  
^7-zwl(>?N  
单透镜参数设定:F=100, bend=0, 位置位于坐标原点 |eqBCZn  
*m~-8_ >;  
S#7YJ7 K"N  
探测器参数设定: E>!=~ 7.  
5*AXL .2ih  
在菜单栏中选择Create/Element Primitive /plane YmziHns`b  
5(3O/C{?~  
qt@L&v}~j  
o~Se[p  
p+VU:%.t  
9iA rBL"  
元件半径为20mm*20,mm,距离坐标原点200mm。 :D D<0  
1E+12{~m"i  
光源创建: '5e,@t%y  
-(qRC0V  
光源类型选择为任意平面,光源半角设定为15度。 g7\ =  
H@Dpht>[  
b/wpk~qi  
我们将光源设定在探测器位置上,具体的原理解释请见本章第二部分。 b 7UJ  
rUiYR]mV  
我们在位置选项又设定一行的目的是通过脚本自动控制光源在探测器平面不同划分区域内不同位置处追迹光线。 *'%V}R[>  
%FO{:@CH  
v}G^+-?  
功率数值设定为:P=sin2(theta) theta为光源半角15度。我们为什么要这么设定,在第二部分会给出详细的公式推导。 i5'&u:  
t" .Ytz>  
创建分析面: a`xq h2P  
L, JQ\!c  
;]{ee?Q^ld  
到这里元件参数设定完成,现在我们设定元件的光学属性,在前面我们分别对第一和第二面设定的温度和发射系数,散射属性我们设定为黑朗伯,4%的散射。并分别赋予到面一和面二。 qt/K$'  
Nwvlv{k'  
kv+%  
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。 22gh!F%)  
2u"lc'9v  
FRED在探测器上穿过多个像素点迭代来创建热图 YR%iZ"`*+O  
O$Rz/&  
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。 g^AQBF  
将如下的代码放置在树形文件夹 Embedded Scripts, ,YYEn^:>  
wPA^nZ^}9c  
JK k0f9)  
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。 2hh8G5IaQ  
i5,iJe0cA  
绿色字体为说明文字, *ByHTd  
5/meH[R\M  
'#Language "WWB-COM" NYm"I`5w  
'script for calculating thermal image map $3-v W{<  
'edited rnp 4 november 2005 rP@#_(22  
!X>u.}?g  
'declarations 0RUk^  
Dim op As T_OPERATION 2MkrVQQ9g  
Dim trm As T_TRIMVOLUME $.G 7Vt  
Dim irrad(32,32) As Double 'make consistent with sampling 1!#85SMx  
Dim temp As Double |V9[a a*c  
Dim emiss As Double *@U{[J  
Dim fname As String, fullfilepath As String +H)'(<  
H;H=8'  
'Option Explicit Fn4v/)*H  
-YRIe<}E -  
Sub Main I>c,Bo7  
    'USER INPUTS u-_r2U  
    nx = 31 5!-TLwl`j\  
    ny = 31 bJ^JK  
    numRays = 1000 $] 6u#5  
    minWave = 7    'microns ho]:)!|VY  
    maxWave = 11   'microns n 8cA8<  
    sigma = 5.67e-14 'watts/mm^2/deg k^4 P7x;G5'.  
    fname = "teapotimage.dat" 4aW@c<-r?  
m[hL GD'Fi  
    Print "" Lvk}%,S8t  
    Print "THERMAL IMAGE CALCULATION" nJD GNm,  
ys_2?uv  
    detnode = FindFullName( "Geometry.Detector.Surface" ) '找到探测器平面节点 j\>LJai"  
Xn7G2Yp  
    Print "found detector array at node " & detnode 7& M-^Ev  
\Mf>X\}  
    srcnode = FindFullName( "Optical Sources.Source 1" ) '找到光源节点  Fr%#  
M`MxdwR  
    Print "found differential detector area at node " & srcnode )rc!irac]  
y^. 66BH  
    GetTrimVolume detnode, trm Epzg|L1)  
    detx = trm.xSemiApe "wUIsuG/p  
    dety = trm.ySemiApe GES}o9?#  
    area = 4 * detx * dety T j$'B[cv  
    Print "detector array semiaperture dimensions are " & detx & " by " & dety 3Ax'v|&Hg  
    Print "sampling is " & nx & " by " & ny U82a]i0  
@]\fO)\f  
    'reset differential detector area dimensions to be consistent with sampling Fs+ tcr/\[  
    pixelx = 2 * detx / nx ou,[0B3n0  
    pixely = 2 * dety / ny exRw, Nk4  
    SetSourcePosGridRandom srcnode, pixelx / 2, pixely / 2, numRays, False U,P_bz*)  
    Print "resetting source dimensions to " & pixelx / 2 & " by " & pixely / 2 e`*}?N4d  
/dnwN7Gf  
    'reset the source power 9A .RD`fg  
    SetSourcePower( srcnode, Sin(DegToRad(15))^2 ) SV7;B?e%Y  
    Print "resetting the source power to " & GetSourcePower( srcnode ) & " units" n<?U6~F&~  
$vn6%M[  
    'zero out irradiance array pR0[qsQM  
    For i = 0 To ny - 1 spK8^sh  
        For j = 0 To nx - 1 Sp `l>BL  
            irrad(i,j) = 0.0 ycA<l"  
        Next j QM$UxWo-  
    Next i 2"/MM2s  
1gI7$y+?  
    'main loop -D^I;[j_  
    EnableTextPrinting( False ) 5Xy(za  
,67Q!/O  
    ypos =  dety + pixely / 2 8|&,JdT  
    For i = 0 To ny - 1 lu utyK!  
        xpos = -detx - pixelx / 2 _&KqmQ8$7  
        ypos = ypos - pixely ) u?f| D  
a~o <>H  
        EnableTextPrinting( True ) yOM/UdWq  
        Print i YAi-eL67l  
        EnableTextPrinting( False ) Mz+I YP`L  
Vaxg   
]m1fo'  
        For j = 0 To nx - 1 \!KE_7HRu  
w,|@e_|J  
            xpos = xpos + pixelx d0J /"<  
X9>fE{)!  
            'shift source I}$`gUXX8x  
            LockOperationUpdates srcnode, True r&=ulg  
            GetOperation srcnode, 1, op s{^98*  
            op.val1 = xpos 2=cx`"a$  
            op.val2 = ypos W'G|sk  
            SetOperation srcnode, 1, op q<Rj Ai  
            LockOperationUpdates srcnode, False Y,L`WeQY.  
`IHP_IfR  
            'raytrace X'A`" }=_  
            DeleteRays .:_'l)-  
            CreateSource srcnode pyEQb#  
            TraceExisting 'draw UB~K/r`.|  
zCs34=3 D[  
            'radiometry J+D|/^  
            For k = 0 To GetEntityCount()-1 0d2P   
                If IsSurface( k ) Then >`QBN1 Y  
                    temp = AuxDataGetData( k, "temperature" ) HG"ZN)~  
                    emiss = AuxDataGetData( k, "emissivity" ) Y:*% [\R  
                    If ( temp <> 0 And emiss <> 0 ) Then M1jT+  
                        ProjSolidAngleByPi = GetSurfIncidentPower( k ) }G4I9Py  
                        frac = BlackBodyFractionalEnergy ( minWave, maxWave, temp ) aIgexi,  
                        irrad(i,j) = irrad(i,j) + frac * emiss * sigma * temp^4 * ProjSolidAngleByPi :>-zT[Lcn  
                    End If \p!UY 3'  
vNi;)"&*  
                End If \p^V~fy7rU  
5:PS74/  
            Next k Va!G4_OT  
n%Oi~7>  
        Next j (Jp~=6&lKf  
FDo PW~+[  
    Next i  bPsvoG  
    EnableTextPrinting( True ) N:G]wsh  
Mo/R+\u+Y  
    'write out file ]($ \7+  
    fullfilepath = CurDir() & "\" & fname r3V1l8MV  
    Open fullfilepath For Output As #1 e;i 6C%DB  
    Print #1, "GRID " & nx & " " & ny hcVu`Bn  
    Print #1, "1e+308" 2V~E <K-  
    Print #1, pixelx & " " & pixely 8W3zrnc  
    Print #1, -detx+pixelx/2 & " " & -dety+pixely/2 [;m@A\F  
0E\#!L  
    maxRow = nx - 1 d` GN!^  
    maxCol = ny - 1 c[ 2t,+O  
    For rowNum = 0 To maxRow                    ' begin loop over rows (constant X) $(}rTm  
            row = "" F:/x7]7??Z  
        For colNum = maxCol To 0 Step -1            ' begin loop over columns (constant Y) S1|5+PPs  
            row = row & irrad(colNum,rowNum) & " "     ' append column data to row string o Mz{j:  
        Next colNum                     ' end loop over columns *eg0^ByeD  
k26C=tlkv"  
            Print #1, row Kebr>t8^  
,#;hI{E  
    Next rowNum                         ' end loop over rows (wj:Gc  
    Close #1 '2X$. ^aW  
<^s31.&p  
    Print "File written: " & fullfilepath !B`z|#  
    Print "All done!!" # WjQ'c:  
End Sub /? %V% n  
sOqFEvzo1%  
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: 6B]=\H  
%OoH<\w w  
;*?>w|t}w  
找到Tools工具,点击Open plot files in 3D chart并找到该文件 R;HE{q[ f  
  
!-MY< '  
cs6oD!h  
打开后,选择二维平面图: 20I`F>-*  
ge`GQ>  
QQ:2987619807
cr;:5D%_  
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