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infotek 2022-01-24 09:30

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。 HVK./y qy  
"N*i!h  
成像示意图
keL!;q|r-)  
首先我们建立十字元件命名为Target ]~-vU{  
;OfZEy>7  
创建方法: WHvU|rJ  
1# X*kF  
面1 : e&J_uG  
面型:plane (k&r^V/=  
材料:Air ,?zOJ,wl  
孔径:X=1.5, Y=6,Z=0.075,形状选择Box ZMI vzQYI  
q X>\*@  
\cRe,(?O  
辅助数据: h`b[c.%  
首先在第一行输入temperature :300K, LX_{39?<{  
emissivity:0.1; Wg ?P"  
f6zS_y9gn  
Jdp@3mP  
面2 : JypXQC}~  
面型:plane qmM%MPv  
材料:Air J}J7A5P  
孔径:X=1.5, Y=6,Z=0.075,形状选择Box 6`l7saHXE  
\w+a Q?e_  
VPqMbr"L[  
位置坐标:绕Z轴旋转90度, ?\$\YX%/p  
A/#Xr  
K JX@?1"  
辅助数据: N_Y*Z`Xb  
#-Ad0/  
首先在第一行输入temperature :300K,emissivity: 0.1; fK{[=xMr@  
Y94/tjt  
v5N2$Sqp*  
Target 元件距离坐标原点-161mm; .&Ok53]b  
'{(/C?T  
Om=*b#k  
单透镜参数设定:F=100, bend=0, 位置位于坐标原点 `[zd  
ie%_-  
n%YG)5;  
探测器参数设定: :u$+lq  
Lc:DJA  
在菜单栏中选择Create/Element Primitive /plane .A2u7*h&  
+)gXU Vwd  
}th^l*g  
r06M.r   
&`J?`l X  
p/f!\  
元件半径为20mm*20,mm,距离坐标原点200mm。 bhb*,iWA  
A, )G$yT\  
光源创建: N2x!RYW  
=!cI@TI  
光源类型选择为任意平面,光源半角设定为15度。 G]- wN7G  
A->y#KQ  
Y4B< ]C4  
我们将光源设定在探测器位置上,具体的原理解释请见本章第二部分。 -=A W. Z o  
ttK`*Ng  
我们在位置选项又设定一行的目的是通过脚本自动控制光源在探测器平面不同划分区域内不同位置处追迹光线。 >.-$?2  
K9J"Q4pEC  
r 7mg>3  
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。 2iM8V  
|_P-  
创建分析面: ]$vJK  
OLdD3OI  
r4D 6I,  
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。 EdPN=  
-Jtx9P  
G2,r %|7ta  
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。 k<M~co;L  
_>moza  
FRED在探测器上穿过多个像素点迭代来创建热图 .u_k?.8|  
/@H2m\vBX  
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。 Q:x:k+O-  
将如下的代码放置在树形文件夹 Embedded Scripts, $qx&\@O  
[?$|   
yT>t[t60/S  
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。 B~u_zZE  
/Lc= K<  
绿色字体为说明文字, ^!*?vHx:  
<}E^r_NvD  
'#Language "WWB-COM" |@-%x.y  
'script for calculating thermal image map ; YaR|)B  
'edited rnp 4 november 2005 Qjj:r~l  
r $du-U  
'declarations q-.e9eoc\  
Dim op As T_OPERATION 6rnehv!p  
Dim trm As T_TRIMVOLUME e<> Lr  
Dim irrad(32,32) As Double 'make consistent with sampling aqb;H 'F  
Dim temp As Double S%ri/}qI[{  
Dim emiss As Double 5g- apod  
Dim fname As String, fullfilepath As String ,qRSB>5c  
F$K-Q;r]<  
'Option Explicit p 0.?R  
/)i)wxi  
Sub Main f$E66yG  
    'USER INPUTS }eX_p6bBw  
    nx = 31 f/b }X3K  
    ny = 31 FGOa! G  
    numRays = 1000 |7Q8WjCQ{m  
    minWave = 7    'microns c= 2e?  
    maxWave = 11   'microns e^@/ Bm+B  
    sigma = 5.67e-14 'watts/mm^2/deg k^4 4:}`X  
    fname = "teapotimage.dat" wS2iyrIB  
rI}E2J  
    Print "" ED/-,>[f  
    Print "THERMAL IMAGE CALCULATION" ISr~JQr  
13Z6dhZu  
    detnode = FindFullName( "Geometry.Detector.Surface" ) '找到探测器平面节点 ucj)t7O   
4[3T%jA  
    Print "found detector array at node " & detnode 71tMX[x  
![5<\  
    srcnode = FindFullName( "Optical Sources.Source 1" ) '找到光源节点 8mA6l0  
D,eJR(5I  
    Print "found differential detector area at node " & srcnode  FZ>*<&  
lkg-l<c\J  
    GetTrimVolume detnode, trm 4C /8hsn  
    detx = trm.xSemiApe ^BM/K&7^  
    dety = trm.ySemiApe i&,U);T  
    area = 4 * detx * dety l@*/1O)v  
    Print "detector array semiaperture dimensions are " & detx & " by " & dety #|XEBOmsQ  
    Print "sampling is " & nx & " by " & ny V8&/O)}o  
<nsl`C~6g0  
    'reset differential detector area dimensions to be consistent with sampling 5?kA)!|UB  
    pixelx = 2 * detx / nx !BEOeq@2.  
    pixely = 2 * dety / ny >`NY[Mn  
    SetSourcePosGridRandom srcnode, pixelx / 2, pixely / 2, numRays, False )O- x1U  
    Print "resetting source dimensions to " & pixelx / 2 & " by " & pixely / 2 -R'p^cMA  
p 2~Q  
    'reset the source power g}^ /8rW  
    SetSourcePower( srcnode, Sin(DegToRad(15))^2 ) YY!(/<VI  
    Print "resetting the source power to " & GetSourcePower( srcnode ) & " units" +lha^){  
,H[AC}z2X  
    'zero out irradiance array W? UCo6<m  
    For i = 0 To ny - 1 >q &ouVE  
        For j = 0 To nx - 1 K=5_jE^e  
            irrad(i,j) = 0.0 \Di~DN1  
        Next j )Q xv9:X  
    Next i n'*Ljp  
$fKwJFr  
    'main loop \S7OC   
    EnableTextPrinting( False ) _ z4rx  
|>3a9]  
    ypos =  dety + pixely / 2 CJKH"'u3^  
    For i = 0 To ny - 1 2Bjp{)*  
        xpos = -detx - pixelx / 2 , D1[}Lr=K  
        ypos = ypos - pixely 1yB;"q&Xd  
Y(SI`Xo[  
        EnableTextPrinting( True ) x>8f#B\Mr  
        Print i <$yer)_J!k  
        EnableTextPrinting( False ) hTG d Uw]  
|C&eH$?~=R  
aY:(0en]&  
        For j = 0 To nx - 1 Gm2rjpZeq  
tiE+x|Ju"  
            xpos = xpos + pixelx 'c$9[|x  
rFy9K4D  
            'shift source <dYk|5AdLF  
            LockOperationUpdates srcnode, True Fcr@Un'  
            GetOperation srcnode, 1, op k(qQvn  
            op.val1 = xpos ewY[vbF  
            op.val2 = ypos CLkVe  
            SetOperation srcnode, 1, op !F<?he<U  
            LockOperationUpdates srcnode, False *i?qOv /=>  
%xZ.+Ff%  
raytrace {H+?DMh  
            DeleteRays nIi_4=Z  
            CreateSource srcnode Fp]8f&l8  
            TraceExisting 'draw ?@#}%<yEq  
654%X(:q  
            'radiometry Gj ^bz'2  
            For k = 0 To GetEntityCount()-1 KFs` u6  
                If IsSurface( k ) Then ,){0y%c#y  
                    temp = AuxDataGetData( k, "temperature" ) iE Oyc59  
                    emiss = AuxDataGetData( k, "emissivity" ) nDOIE)#  
                    If ( temp <> 0 And emiss <> 0 ) Then j>b OnCp~  
                        ProjSolidAngleByPi = GetSurfIncidentPower( k ) >@L HJ61C  
                        frac = BlackBodyFractionalEnergy ( minWave, maxWave, temp ) 3 #wj-  
                        irrad(i,j) = irrad(i,j) + frac * emiss * sigma * temp^4 * ProjSolidAngleByPi "|G,P-5G"  
                    End If _[ phs06A  
QLUe{@ivc  
                End If >gSerDH8\  
\O:xw-eG   
            Next k +-nQ, fOV  
>eTlew<5  
        Next j *@& "MZ/M  
1%@~J\qF  
    Next i xKr,XZu  
    EnableTextPrinting( True ) g7P1]CZ}  
IID(mmy6 L  
    'write out file L&N"&\K2U  
    fullfilepath = CurDir() & "\" & fname JJ~?ON.H  
    Open fullfilepath For Output As #1 E&+ ^H on  
    Print #1, "GRID " & nx & " " & ny .;:xx~G_Q  
    Print #1, "1e+308" A%PPG+IfA  
    Print #1, pixelx & " " & pixely 'MUrszOO.e  
    Print #1, -detx+pixelx/2 & " " & -dety+pixely/2 0c5_L6_z  
K(d!0S  
    maxRow = nx - 1 YzZF^q^I  
    maxCol = ny - 1 WNb$2q=  
    For rowNum = 0 To maxRow                    ' begin loop over rows (constant X) W =zG  
            row = "" ger<JSL%  
        For colNum = maxCol To 0 Step -1            ' begin loop over columns (constant Y) xB(:d'1|  
            row = row & irrad(colNum,rowNum) & " "     ' append column data to row string }SV3PdE  
        Next colNum                     ' end loop over columns `"H?nf0  
wF uh6!J  
            Print #1, row zFtGc  
X4$e2f  
    Next rowNum                         ' end loop over rows 2f!oA~|2  
    Close #1 RNdnlD#P  
%)9]dOdOk  
    Print "File written: " & fullfilepath MQ*#oVqv  
    Print "All done!!" vVYduvw  
End Sub  z\tJ~  
pD#"8h  
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: WO-WoPO  
'u[o`31.  
MI(i%$R-A  
找到Tools工具,点击Open plot files in 3D chart并找到该文件 #'x?) AS  
  
k Ml<  
wP/9z(US  
打开后,选择二维平面图:  W6O.E  
@(c<av?  
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