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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。 &>Q_  
_^'fp  
成像示意图
lM C4j  
首先我们建立十字元件命名为Target ur-&- G^  
7'_zJI^  
创建方法: O^I~d{M 5I  
`Y-uNJ'.N  
面1 : l tr =_  
面型:plane ` !HGM>  
材料:Air %b2.JGBqJ  
孔径:X=1.5, Y=6,Z=0.075,形状选择Box >De\2gbJ  
o_p//S#q  
A+3@N99HeH  
辅助数据: >~I~!i3  
首先在第一行输入temperature :300K, \BaN?u)a  
emissivity:0.1; S=^yJ6 xJ  
!m rB+<:  
 &(\z  
面2 : Zgo^M,g  
面型:plane SC`.VCfc.  
材料:Air Dg/&m*Yl  
孔径:X=1.5, Y=6,Z=0.075,形状选择Box .e5GJAW~9  
X~Uvh8O  
_/ZIDIn  
位置坐标:绕Z轴旋转90度, "g\  
'5KgRK"  
g.X?wyg5  
辅助数据: LpJ\OI*v  
m1=3@>  
首先在第一行输入temperature :300K,emissivity: 0.1; 3x9O<H}  
`h( JD$w  
`!DrB08A  
Target 元件距离坐标原点-161mm; =L9sb!  
;Aiuy{<  
H=z@!rJc.  
单透镜参数设定:F=100, bend=0, 位置位于坐标原点 g1L$+xD^  
%xf6U>T  
Ck2O?Ne  
探测器参数设定: )MLOYX  
(1fE^KF@f  
在菜单栏中选择Create/Element Primitive /plane zuWj@YG\.  
g/W<;o<v(I  
n[CESo%[  
I)V2cOrXM  
:#"gQ^YNp  
|:`f#H  
元件半径为20mm*20,mm,距离坐标原点200mm。 -]R7[5C:  
HQK%Y2S  
光源创建: FD*`$.e3\  
MftW^7W-  
光源类型选择为任意平面,光源半角设定为15度。 K_oBSa`  
bgqN&J)Jr)  
tX cc#!'4C  
我们将光源设定在探测器位置上,具体的原理解释请见本章第二部分。 0K`3BuBs  
`&b 8wF  
我们在位置选项又设定一行的目的是通过脚本自动控制光源在探测器平面不同划分区域内不同位置处追迹光线。 2J^6(vk  
RO=[Rr!   
g4&zBn  
功率数值设定为:P=sin2(theta) theta为光源半角15度。我们为什么要这么设定,在第二部分会给出详细的公式推导。 o8BbSZVu  
n`? j. s  
创建分析面: F*o{dLJ)  
cfMj^*I  
"X g@X5BG  
到这里元件参数设定完成,现在我们设定元件的光学属性,在前面我们分别对第一和第二面设定的温度和发射系数,散射属性我们设定为黑朗伯,4%的散射。并分别赋予到面一和面二。 NQ !t`  
w#U3h]>,  
5Y#yz>B@ ]  
到此,所有的光学结构和属性设定完成,通过光线追迹我们可以查看光线是否可以穿过元件。 ;FQAL@"Yj  
t=NPo+fm  
FRED在探测器上穿过多个像素点迭代来创建热图 ooref orr  
s\1h=V)!H  
FRED具有一个内置的可编译的Basic脚本语言。从Visual Basic脚本语言里,几乎所有用户图形界面(GUI)命令是可用这里的。FRED同样具有自动的客户端和服务器能力,它可以被调用和并调用其他可启动程序,如Excel。因此可以在探测器像素点上定义多个离轴光源,及在FRED Basic脚本语言里的For Next loops语句沿着探测器像素点向上和向下扫描来反向追迹光线,这样可以使用三维图表查看器(Tools/Open plot files in 3D chart)调用和查看数据。 bv5,Yk  
将如下的代码放置在树形文件夹 Embedded Scripts, D)8&v` L S  
&OK(6o2m;  
sb Z)z#Tr  
打开后清空里面的内容,此脚本为通用脚本适用于一切可热成像的应用。 F(^vD_G  
\eH~1@\S  
绿色字体为说明文字, )\l}i%L:  
YwQxN"  
'#Language "WWB-COM" 9xyj,;P>  
'script for calculating thermal image map d3_aFs Q  
'edited rnp 4 november 2005 ! pR&&uG  
IUAx*R  
'declarations r#JE7uneT  
Dim op As T_OPERATION ZK1d3  
Dim trm As T_TRIMVOLUME EA|*|o4)  
Dim irrad(32,32) As Double 'make consistent with sampling 2HoTj|  
Dim temp As Double '}e_8 FS  
Dim emiss As Double eZIqyw  
Dim fname As String, fullfilepath As String 6C4c.+S  
b %L8mX  
'Option Explicit Zk__CgS#  
\Pi\c~)Pr  
Sub Main oS0l Tf\  
    'USER INPUTS EeG7 %S 5(  
    nx = 31 8s-y+M@.  
    ny = 31 E'j>[C:U  
    numRays = 1000 0#<q]M?hW  
    minWave = 7    'microns *%7[{Loz  
    maxWave = 11   'microns IP7j)SM!  
    sigma = 5.67e-14 'watts/mm^2/deg k^4 2Hw&}8  
    fname = "teapotimage.dat" >N62t9Ll[  
zR6,?Tzg  
    Print "" Hdw;=]-  
    Print "THERMAL IMAGE CALCULATION" f 5"1WtB  
^90';ACFy  
    detnode = FindFullName( "Geometry.Detector.Surface" ) '找到探测器平面节点 9+ nB;vA  
C$(US8:{  
    Print "found detector array at node " & detnode x^Q:U1  
aY}:9qBice  
    srcnode = FindFullName( "Optical Sources.Source 1" ) '找到光源节点 @X+m,u  
]W~\%`#8?  
    Print "found differential detector area at node " & srcnode 0_q8t!<xJw  
:m]~o3KRy  
    GetTrimVolume detnode, trm 7DDd 1"jE  
    detx = trm.xSemiApe }(A`aB_  
    dety = trm.ySemiApe [Ul"I-K  
    area = 4 * detx * dety Atc9[<~WG  
    Print "detector array semiaperture dimensions are " & detx & " by " & dety XLb lVi@  
    Print "sampling is " & nx & " by " & ny ~~a,Fyko2  
!TvNT}4Z  
    'reset differential detector area dimensions to be consistent with sampling Q)c3=.[>  
    pixelx = 2 * detx / nx WvR-0>E  
    pixely = 2 * dety / ny r*HbglB  
    SetSourcePosGridRandom srcnode, pixelx / 2, pixely / 2, numRays, False ^\ A[^' 9  
    Print "resetting source dimensions to " & pixelx / 2 & " by " & pixely / 2 G d~ v _  
#V&98 F  
    'reset the source power ?!^ow5"8  
    SetSourcePower( srcnode, Sin(DegToRad(15))^2 ) 0b6jGa  
    Print "resetting the source power to " & GetSourcePower( srcnode ) & " units" )12.W=p  
q;Tdqv!Ju  
    'zero out irradiance array H xs'VK*  
    For i = 0 To ny - 1 ]xC#XYE:dy  
        For j = 0 To nx - 1 }A jE- K{  
            irrad(i,j) = 0.0 86Hg?!<i.  
        Next j v e($l"T  
    Next i E! d?@Xr@  
`NYu|:JK:  
    'main loop OL]P(HRm]~  
    EnableTextPrinting( False ) 2(LF @xb  
@W}cM  
    ypos =  dety + pixely / 2 'yxN1JF  
    For i = 0 To ny - 1 m%m<-.'-  
        xpos = -detx - pixelx / 2 2[~|#0x  
        ypos = ypos - pixely g>G+?PY  
9d&@;&al  
        EnableTextPrinting( True ) p3r("\Za,  
        Print i aItQ(+y  
        EnableTextPrinting( False ) 2[|52+zhc  
`#HtVI  
Hb}O/G$a*  
        For j = 0 To nx - 1 yPY}b_W  
`-t8ag 3  
            xpos = xpos + pixelx :I_p4S.)  
YP E1s  
            'shift source }uZ/^_U.  
            LockOperationUpdates srcnode, True >~@O\n-t  
            GetOperation srcnode, 1, op P5Lb)9_Jw  
            op.val1 = xpos M~%P1@%  
            op.val2 = ypos Q$ +6f,m#W  
            SetOperation srcnode, 1, op fGZ56eH:  
            LockOperationUpdates srcnode, False 5aj%<r  
b@QCdi,u  
raytrace ) >;7"v  
            DeleteRays L0l'4RRm\  
            CreateSource srcnode w*?SGW  
            TraceExisting 'draw e!W U  
cWtuI(.  
            'radiometry T@wgWE<0y_  
            For k = 0 To GetEntityCount()-1 rn^cajO^  
                If IsSurface( k ) Then vB74r]'F  
                    temp = AuxDataGetData( k, "temperature" ) |I[/Fl:  
                    emiss = AuxDataGetData( k, "emissivity" ) d| #&j. "  
                    If ( temp <> 0 And emiss <> 0 ) Then vf&_ N  
                        ProjSolidAngleByPi = GetSurfIncidentPower( k ) Qb%o%z?hee  
                        frac = BlackBodyFractionalEnergy ( minWave, maxWave, temp ) mT:NC'b<9  
                        irrad(i,j) = irrad(i,j) + frac * emiss * sigma * temp^4 * ProjSolidAngleByPi H;nEU@>"Z  
                    End If fj|b;8_}l  
M*!WXQlud  
                End If  `j1oxJm  
}y%c.  
            Next k u6nO\.TTtY  
lArKfs/   
        Next j dI%?uk  
eFh7#~m  
    Next i zmU@ k  
    EnableTextPrinting( True ) =cpUc]~  
}u9#S  
    'write out file "(r%`.l=I  
    fullfilepath = CurDir() & "\" & fname =oBlUE  
    Open fullfilepath For Output As #1 HYg! <y  
    Print #1, "GRID " & nx & " " & ny \q($8<  
    Print #1, "1e+308" beaSvhPU  
    Print #1, pixelx & " " & pixely W#)X@TlE  
    Print #1, -detx+pixelx/2 & " " & -dety+pixely/2 gw!d[{#  
G9^xv  
    maxRow = nx - 1 IRGcE&m  
    maxCol = ny - 1 @XJ#oxM^  
    For rowNum = 0 To maxRow                    ' begin loop over rows (constant X) q<j9l'dHG  
            row = "" He,, bq  
        For colNum = maxCol To 0 Step -1            ' begin loop over columns (constant Y) E!'6v DVC:  
            row = row & irrad(colNum,rowNum) & " "     ' append column data to row string ^@3,/dH1 t  
        Next colNum                     ' end loop over columns dz?On\66  
|1GOm=GNK  
            Print #1, row SRtw  
<UF0Xc&X'  
    Next rowNum                         ' end loop over rows 'W,*mfB  
    Close #1 B0U(B\~Y  
?&'Kw>s@  
    Print "File written: " & fullfilepath []v$QR&u#v  
    Print "All done!!" hq&|   
End Sub lb$_$+@Vr  
RL:B.Lv/W  
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: eF]8Ar1  
N>Ih2>8t  
DK eB%k  
找到Tools工具,点击Open plot files in 3D chart并找到该文件 4Q/{lqG  
  
CuD}Uo+u  
r<'DS9m  
打开后,选择二维平面图: )Gavjj&uJ  
ufCpX>lNF  
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