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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。 k[@/N+;")`  
9kbczL^Y  
成像示意图
:-(qqC:  
首先我们建立十字元件命名为Target 2R;#XmKS  
),^pi?  
创建方法: .kgt? r  
M)H*$!x}>  
面1 : #qK5i1<  
面型:plane Y_~otoSoY  
材料:Air 8PWEQ<ev7>  
孔径:X=1.5, Y=6,Z=0.075,形状选择Box aY6F4,7/B  
2zuQeFsK  
@3S:W2k  
辅助数据: iqN?'8  
首先在第一行输入temperature :300K, HuQdQ*Q  
emissivity:0.1; I8YCXh  
.>LJ(Sx9b  
OGG9f??  
面2 : 4Tb"+Y}  
面型:plane gP |>gy#e  
材料:Air %J1oz3n  
孔径:X=1.5, Y=6,Z=0.075,形状选择Box x@[6u  
#qxo1uV(c  
4U u`1gtz  
位置坐标:绕Z轴旋转90度, u1\r:q  
yD@eT:lyi  
!fjB oK+  
辅助数据: wzBw5n f\  
V7cr%tY5  
首先在第一行输入temperature :300K,emissivity: 0.1; sa"}9IE*8  
L^bX[.uZw  
t6lwKK  
Target 元件距离坐标原点-161mm; Jb-.x_Bf  
% iZM9Q&NC  
<;Tr   
单透镜参数设定:F=100, bend=0, 位置位于坐标原点 [ugr<[6  
<d >!%  
q>5j (,6F  
探测器参数设定: _KkP{g,Y  
)ybF@emc  
在菜单栏中选择Create/Element Primitive /plane OB*V4Yv  
<y&&{*KW8m  
6RDy2JAOP  
Ba** S8{/`  
e*U6^Xex  
FW|_8q?}<  
元件半径为20mm*20,mm,距离坐标原点200mm。 Cl{Ar8d}  
J;4aghzY  
光源创建: mkl^2V13~  
[+!&iN  
光源类型选择为任意平面,光源半角设定为15度。 8)ng> l  
e+MQmW A'F  
LWhP d\  
我们将光源设定在探测器位置上,具体的原理解释请见本章第二部分。 i4nFjz  
4S[UJ%  
我们在位置选项又设定一行的目的是通过脚本自动控制光源在探测器平面不同划分区域内不同位置处追迹光线。 RgZ9ZrE\  
v G9>e&Be  
nd7g8P9p  
功率数值设定为:P=sin2(theta) theta为光源半角15度。我们为什么要这么设定,在第二部分会给出详细的公式推导。 T Q5kM  
K9y~ e  
创建分析面: ,Q0H)// ~  
&HtTh {  
_ElG&hyp  
到这里元件参数设定完成,现在我们设定元件的光学属性,在前面我们分别对第一和第二面设定的温度和发射系数,散射属性我们设定为黑朗伯,4%的散射。并分别赋予到面一和面二。 =|8hG*D8  
ncUS8z  
A7|L|+ ?  
到此,所有的光学结构和属性设定完成,通过光线追迹我们可以查看光线是否可以穿过元件。 '$?!>HN4  
q6<P\CSHy<  
FRED在探测器上穿过多个像素点迭代来创建热图 SvrUXf  
O;|Cu7WU  
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。 -Mz [S  
将如下的代码放置在树形文件夹 Embedded Scripts, "?<h,Hvi  
E+#<WK-  
, 2xv  
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。 "Mhn?PTq  
lk[Y6yE  
绿色字体为说明文字, R<(xWH  
h72CGA|  
'#Language "WWB-COM" N_Kdi%q  
'script for calculating thermal image map u05Yy&(f  
'edited rnp 4 november 2005 '+27_j  
!a-B=pn!]  
'declarations i^V(LGQF  
Dim op As T_OPERATION #sDb611}#  
Dim trm As T_TRIMVOLUME yMTO5~U{  
Dim irrad(32,32) As Double 'make consistent with sampling )*S:C   
Dim temp As Double ^$sq U  
Dim emiss As Double 2#r4dr0  
Dim fname As String, fullfilepath As String Pg{1'-  
/zoy,t-i  
'Option Explicit :O$bsw:3w<  
Wpi35JrC  
Sub Main t(9q 6x3|e  
    'USER INPUTS 7GWOJ^)  
    nx = 31 7(N+'8  
    ny = 31 L+(ng  
    numRays = 1000 x5mg<y2`Ng  
    minWave = 7    'microns ^gZ,A]  
    maxWave = 11   'microns A`ajsZ{q,  
    sigma = 5.67e-14 'watts/mm^2/deg k^4 u+KZ. n/  
    fname = "teapotimage.dat" > pP&/  
;R[3nb9%  
    Print "" r$}C<a[U  
    Print "THERMAL IMAGE CALCULATION" c38XM]Jeq  
qc 5[ e  
    detnode = FindFullName( "Geometry.Detector.Surface" ) '找到探测器平面节点 IA({RE  
lM{ fld  
    Print "found detector array at node " & detnode 2wHbhW[  
j)6p>6  
    srcnode = FindFullName( "Optical Sources.Source 1" ) '找到光源节点 Xq&BL,lS  
F_jHi0A  
    Print "found differential detector area at node " & srcnode [!-gb+L  
1{ %y(?`  
    GetTrimVolume detnode, trm P <+0sh  
    detx = trm.xSemiApe 9;?u%  
    dety = trm.ySemiApe Zo yO[#  
    area = 4 * detx * dety $[n:IDa*@1  
    Print "detector array semiaperture dimensions are " & detx & " by " & dety HP1QI/*v  
    Print "sampling is " & nx & " by " & ny @q q"X'3t  
p2{7+m  
    'reset differential detector area dimensions to be consistent with sampling +ovK~K $A  
    pixelx = 2 * detx / nx %.<_+V#h  
    pixely = 2 * dety / ny 5$D"uAp<V  
    SetSourcePosGridRandom srcnode, pixelx / 2, pixely / 2, numRays, False E<[ s+iX  
    Print "resetting source dimensions to " & pixelx / 2 & " by " & pixely / 2 Bhd)# P  
.'gm2  
    'reset the source power >m,hna]RZ  
    SetSourcePower( srcnode, Sin(DegToRad(15))^2 ) AXW.`~ 4  
    Print "resetting the source power to " & GetSourcePower( srcnode ) & " units" N}K [Q=  
_wS=*-fT  
    'zero out irradiance array "+- 'o+  
    For i = 0 To ny - 1 Mz p<s<BX  
        For j = 0 To nx - 1 yJq<&g  
            irrad(i,j) = 0.0 yXJ25Axb  
        Next j 49$<:{~  
    Next i VNHce H  
7|DG1p9C  
    'main loop Y \-W`  
    EnableTextPrinting( False ) \}s/<Q  
%+N]$Q  
    ypos =  dety + pixely / 2 ,=P&{38\q  
    For i = 0 To ny - 1 SG&,o =I$  
        xpos = -detx - pixelx / 2 A51 a/p#  
        ypos = ypos - pixely ^H3N1eC,`F  
 D}98ZKi  
        EnableTextPrinting( True ) ~v.mbh  
        Print i 8(L$a1#5W  
        EnableTextPrinting( False ) ^w60AqR8  
b0{i +R  
&*=!B9OBI  
        For j = 0 To nx - 1 6]?mjG6  
P1Hab2%+  
            xpos = xpos + pixelx AafS6]y  
S\g9 @g.  
            'shift source Z8 #nu  
            LockOperationUpdates srcnode, True qk2E>  
            GetOperation srcnode, 1, op g X!>ef  
            op.val1 = xpos i6'=]f'{  
            op.val2 = ypos D_DwP$wSo  
            SetOperation srcnode, 1, op uL`#@nI  
            LockOperationUpdates srcnode, False = :gKh  
| ys5.|  
raytrace ^l!SIu  
            DeleteRays :> 0ywg  
            CreateSource srcnode Zv;nY7B  
            TraceExisting 'draw 4v\HaOk  
SK}sf9gTv  
            'radiometry {dpC;jsW1  
            For k = 0 To GetEntityCount()-1 eiKY az  
                If IsSurface( k ) Then mWT+15\5r(  
                    temp = AuxDataGetData( k, "temperature" ) k$3pmy*  
                    emiss = AuxDataGetData( k, "emissivity" ) (,U|H`  
                    If ( temp <> 0 And emiss <> 0 ) Then x77L"5g  
                        ProjSolidAngleByPi = GetSurfIncidentPower( k ) !kovrvM6F  
                        frac = BlackBodyFractionalEnergy ( minWave, maxWave, temp ) ,|A^ <R`  
                        irrad(i,j) = irrad(i,j) + frac * emiss * sigma * temp^4 * ProjSolidAngleByPi "lh4Vg\7n  
                    End If 9zwD%3Ufn  
NfV|c~?d  
                End If J3eud}w  
L 4j#0I]lq  
            Next k 4&mY-N7A  
[ohLG_9  
        Next j IVNH.g'  
 XIInI  
    Next i 9 C[~*,qx  
    EnableTextPrinting( True ) ,a #>e  
0= $/  
    'write out file Lh[0B.g<  
    fullfilepath = CurDir() & "\" & fname lVvcrU  
    Open fullfilepath For Output As #1 d&+]@ Ii  
    Print #1, "GRID " & nx & " " & ny A8'RM F1  
    Print #1, "1e+308" N%dY.Fk  
    Print #1, pixelx & " " & pixely q\EYsN</;  
    Print #1, -detx+pixelx/2 & " " & -dety+pixely/2 Cn~VJ,l g  
xt^1,V4Ei~  
    maxRow = nx - 1 ?'> .>  
    maxCol = ny - 1 KU|W85ye  
    For rowNum = 0 To maxRow                    ' begin loop over rows (constant X) @z1QoZ^w  
            row = "" /vSGmW-*  
        For colNum = maxCol To 0 Step -1            ' begin loop over columns (constant Y) QX=TuyO  
            row = row & irrad(colNum,rowNum) & " "     ' append column data to row string w}3N!jNDv  
        Next colNum                     ' end loop over columns ^*ZaqMA  
_E C7r>V&  
            Print #1, row 1#d2 +J*  
sX1DbEjj[o  
    Next rowNum                         ' end loop over rows *K/K97  
    Close #1 ]}L'jK 0  
:h(HKMSk1  
    Print "File written: " & fullfilepath ;M~,S^U  
    Print "All done!!" ;fNCbyg4 I  
End Sub ;J W ]b]  
t% qep|  
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: 4S26TgY  
o/{`\4  
s<YN*~  
找到Tools工具,点击Open plot files in 3D chart并找到该文件 NY.Cr.}  
  
#*iUZo  
#}^waYAk)  
打开后,选择二维平面图: wkp2A18n  
v2;E Wp  
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