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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。 w^ OB  
K!.t}s.t  
成像示意图
i;U*Y *f  
首先我们建立十字元件命名为Target $B_%MfI  
fU?#^Lg  
创建方法: Je6wio- 4  
 oC*a;o  
面1 : |Tc4a4jS  
面型:plane Q$:Q6 /5.  
材料:Air > *VvV/UU  
孔径:X=1.5, Y=6,Z=0.075,形状选择Box @fJsRWvGq  
[U8/nT  
ZJQFn  
辅助数据: ~59lkr8  
首先在第一行输入temperature :300K, zfv@<'  
emissivity:0.1; `=P_ed%&'  
>e R^G5rn;  
"mQcc }8  
面2 : ~F@n `!c  
面型:plane ;Tp9)UP)  
材料:Air [M,4qe8,}  
孔径:X=1.5, Y=6,Z=0.075,形状选择Box WV.hQX9P  
$x+7.%1m)~  
)=d)j^ t9  
位置坐标:绕Z轴旋转90度, h !K" ;qw  
g:a[N%[C  
'JJKnE zQ  
辅助数据: hN6wp_  
qbfX(`nS  
首先在第一行输入temperature :300K,emissivity: 0.1; #gO[di0WhC  
k|?[EWIi^  
9N'fU),I  
Target 元件距离坐标原点-161mm; )Yy5u'}  
2#R$-* ;#  
B I)@n:p  
单透镜参数设定:F=100, bend=0, 位置位于坐标原点 CYgokS\=,  
rFpYlMct  
(w)%2vZ^  
探测器参数设定: a;Y:UwD9*  
qe{;EH*  
在菜单栏中选择Create/Element Primitive /plane 5l1R")0`t_  
T?m@`"L,  
anbw\yh8  
'(3 QyCD  
|<h}'  
[B;okW  
元件半径为20mm*20,mm,距离坐标原点200mm。 )MF@'zRK  
<3BGW?=WP  
光源创建: sV,Yz3E<u$  
$Y_S`#c@i  
光源类型选择为任意平面,光源半角设定为15度。 `x/i1^/_@  
SA}Dkt&,  
d=qVIpZ  
我们将光源设定在探测器位置上,具体的原理解释请见本章第二部分。 vLHn4>J,R  
^C ~Ryw7  
我们在位置选项又设定一行的目的是通过脚本自动控制光源在探测器平面不同划分区域内不同位置处追迹光线。 q9rm9#}[J#  
9 ;p5z[jI  
L<@*6QH  
功率数值设定为:P=sin2(theta) theta为光源半角15度。我们为什么要这么设定,在第二部分会给出详细的公式推导。 CO@G%1#  
@ewaj!  
创建分析面: NL$z4m0  
;!S5P(  
\^" Vqx  
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。 G`O*AQ}[  
n]$rLm%^  
AF"7 _  
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。 |{kbc0*  
$Bz};@  
FRED在探测器上穿过多个像素点迭代来创建热图 1m"WrTen  
>dJuk6J&c&  
FRED具有一个内置的可编译的Basic脚本语言。从Visual Basic脚本语言里,几乎所有用户图形界面(GUI)命令是可用这里的。FRED同样具有自动的客户端和服务器能力,它可以被调用和并调用其他可启动程序,如Excel。因此可以在探测器像素点上定义多个离轴光源,及在FRED Basic脚本语言里的For Next loops语句沿着探测器像素点向上和向下扫描来反向追迹光线,这样可以使用三维图表查看器(Tools/Open plot files in 3D chart)调用和查看数据。 /Q(boY{  
将如下的代码放置在树形文件夹 Embedded Scripts, #z.n?d2Gd  
z6@8IszU  
4!!PrXE  
打开后清空里面的内容,此脚本为通用脚本适用于一切可热成像的应用。 02t({>`  
_-y1>{]H  
绿色字体为说明文字, 2H.g!( Oza  
lb'tVO  
'#Language "WWB-COM" '[liZCg  
'script for calculating thermal image map @a@}xgn{  
'edited rnp 4 november 2005 PY7H0\S)  
__ 9FQ{Ra  
'declarations x6R M)rr  
Dim op As T_OPERATION e`g+Jf`AT  
Dim trm As T_TRIMVOLUME r+C4<-dT  
Dim irrad(32,32) As Double 'make consistent with sampling XyN " Jr  
Dim temp As Double stajTN*J  
Dim emiss As Double o{#aF=`{  
Dim fname As String, fullfilepath As String v(yJGEf0  
9zqo!&  
'Option Explicit UU>+b:  
<`pNdy4  
Sub Main . KLEx]f.  
    'USER INPUTS U$gR}8\e  
    nx = 31 b-VtQ%Q  
    ny = 31 zTB&Wlt  
    numRays = 1000 E5rV}>(Y  
    minWave = 7    'microns |D-[M_T5  
    maxWave = 11   'microns L#K`F8Wi=  
    sigma = 5.67e-14 'watts/mm^2/deg k^4 W/BPf{U  
    fname = "teapotimage.dat" &^#iS<s1  
dX/7n=  
    Print "" I m I$~q'  
    Print "THERMAL IMAGE CALCULATION" :<zIWje  
2)\->$Q(H  
    detnode = FindFullName( "Geometry.Detector.Surface" ) '找到探测器平面节点 5xdeuBEY8  
e&ysj:W5 "  
    Print "found detector array at node " & detnode  ]Pe>T&  
Z C01MDIY  
    srcnode = FindFullName( "Optical Sources.Source 1" ) '找到光源节点 P05`DX}r,  
i#b/.oa  
    Print "found differential detector area at node " & srcnode m_0y]RfG  
``jNj1t{}  
    GetTrimVolume detnode, trm [k%hl`}  
    detx = trm.xSemiApe HBe*wkPd  
    dety = trm.ySemiApe -)(=~|,Pq/  
    area = 4 * detx * dety \B~ g5}=  
    Print "detector array semiaperture dimensions are " & detx & " by " & dety !@Qk=Xkg  
    Print "sampling is " & nx & " by " & ny y*^UGJC:  
q]OIP"yv  
    'reset differential detector area dimensions to be consistent with sampling n?cC]k;P~  
    pixelx = 2 * detx / nx b)'CP Cu*  
    pixely = 2 * dety / ny GgY8\>u  
    SetSourcePosGridRandom srcnode, pixelx / 2, pixely / 2, numRays, False hJ ^+asr  
    Print "resetting source dimensions to " & pixelx / 2 & " by " & pixely / 2 W{'hn&vU  
rmA?Xlh\  
    'reset the source power 'k\j[fk/K  
    SetSourcePower( srcnode, Sin(DegToRad(15))^2 ) EP@u4F  
    Print "resetting the source power to " & GetSourcePower( srcnode ) & " units" KX9IC 5pR  
r craf4%  
    'zero out irradiance array _[&V9 Jt  
    For i = 0 To ny - 1 J.h` 0$!  
        For j = 0 To nx - 1 WT,I~'r=S  
            irrad(i,j) = 0.0 Lp:VU-S  
        Next j N2s"$Ttq  
    Next i 7d>w]R,Z  
W;I{4ed6  
    'main loop xP'0a  
    EnableTextPrinting( False ) w;ZT-Fti  
ben-<3r  
    ypos =  dety + pixely / 2 ;]1t| td8  
    For i = 0 To ny - 1 %" bI2  
        xpos = -detx - pixelx / 2 >&;J/ME  
        ypos = ypos - pixely  Rw0|q  
lgiKNZgB?  
        EnableTextPrinting( True ) PI%l  
        Print i 2o<*rH  
        EnableTextPrinting( False ) JR]elRR  
;&J>a8B$  
,V 52Fj  
        For j = 0 To nx - 1 N}U+K  
-(TC'  
            xpos = xpos + pixelx L@T/4e./  
sG#Os  
            'shift source 7I w^  
            LockOperationUpdates srcnode, True TfZM0Wz  
            GetOperation srcnode, 1, op eG(YORkR  
            op.val1 = xpos Sc{&h8KMTb  
            op.val2 = ypos wp1O*)/q  
            SetOperation srcnode, 1, op "W6cQsi  
            LockOperationUpdates srcnode, False wX)'1H):T  
7WmLC  
raytrace %!Eh9C*  
            DeleteRays aMe &4Q  
            CreateSource srcnode f3! Oc  
            TraceExisting 'draw P<R^eLZ<&  
=I'iD0eR  
            'radiometry IIY_Q9in  
            For k = 0 To GetEntityCount()-1 TW& s c9  
                If IsSurface( k ) Then Xxh^4vKjX  
                    temp = AuxDataGetData( k, "temperature" ) c`3`}&g#  
                    emiss = AuxDataGetData( k, "emissivity" ) 16Ka>=G  
                    If ( temp <> 0 And emiss <> 0 ) Then mr}o0@5av  
                        ProjSolidAngleByPi = GetSurfIncidentPower( k ) axC{azo|  
                        frac = BlackBodyFractionalEnergy ( minWave, maxWave, temp ) Ld_uMe?Z  
                        irrad(i,j) = irrad(i,j) + frac * emiss * sigma * temp^4 * ProjSolidAngleByPi QmSj6pB>  
                    End If ;q-c[TZC  
NqF*hat  
                End If ek5j;%~g1  
I52nQCXi  
            Next k Jk}3c>^D  
+$ djX=3  
        Next j YC%x W*  
U>!TM##1QD  
    Next i xS@jV6E~  
    EnableTextPrinting( True )  j7_,V?5z  
STu(I\9  
    'write out file Y{j~;G@Wl  
    fullfilepath = CurDir() & "\" & fname Nt\07*`qCr  
    Open fullfilepath For Output As #1 -ABj>y[  
    Print #1, "GRID " & nx & " " & ny HkRvcX 5  
    Print #1, "1e+308" qdk!.A{   
    Print #1, pixelx & " " & pixely 2d|^$$#`  
    Print #1, -detx+pixelx/2 & " " & -dety+pixely/2 HHw&BNQG  
j^#\km B  
    maxRow = nx - 1 X n0HJ^"_  
    maxCol = ny - 1 oNXYBeu+  
    For rowNum = 0 To maxRow                    ' begin loop over rows (constant X) n+=7u[AZi  
            row = "" Oq<3&*  
        For colNum = maxCol To 0 Step -1            ' begin loop over columns (constant Y) .6[8$8c  
            row = row & irrad(colNum,rowNum) & " "     ' append column data to row string ES,JdImZ|  
        Next colNum                     ' end loop over columns *j(fk[,i  
DHn\ =M  
            Print #1, row ,~$sJ2 g7  
pR0 !bgC  
    Next rowNum                         ' end loop over rows >j]Gz-wC  
    Close #1 ozS'n]8*  
T@vE@D  
    Print "File written: " & fullfilepath gF9GU5T:  
    Print "All done!!" j# c@dze  
End Sub )$Ib6tYY  
}duqX R  
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: (Q `Ps /  
/C`AA/@  
K;THYMp/[  
找到Tools工具,点击Open plot files in 3D chart并找到该文件 hQ:wW}HWW  
  
2PPb  
;gHcDnH)  
打开后,选择二维平面图: 3k_\ xQ  
QN#Lbsd  
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