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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。 2&"qNpPtE  
[rkw k\m*  
成像示意图
NnH]c+  
首先我们建立十字元件命名为Target jme`Tyd  
VV;%q3}:  
创建方法: 3k3 C\Cw  
vPz$+&{I  
面1 : O 1D|T"@  
面型:plane P_4E<"eK  
材料:Air 9X?RJ."J  
孔径:X=1.5, Y=6,Z=0.075,形状选择Box )I#{\^  
qnCjNN  
@ ]40xKF  
辅助数据: Lqdapx"Z_  
首先在第一行输入temperature :300K, N4#D&5I",  
emissivity:0.1; G6QD`ED  
It7R}0Smg  
UX+vU@Co[  
面2 : %x.du9  
面型:plane 0kSM$D_  
材料:Air Q^;:Kl.b  
孔径:X=1.5, Y=6,Z=0.075,形状选择Box qA;Gl"HF  
;4U"y8PVTh  
Esu {c9,  
位置坐标:绕Z轴旋转90度, ta6>St7.  
9: .m]QN  
h%U}Y5Ps~  
辅助数据: [GPCd@  
Y)@Y$_  
首先在第一行输入temperature :300K,emissivity: 0.1; 43x2BW&&  
MVnN0K4  
2"HTD|yy  
Target 元件距离坐标原点-161mm; ,-hbwd~M  
| p!($  
?JG^GD7D  
单透镜参数设定:F=100, bend=0, 位置位于坐标原点 p^|6 /b  
-%5#0Ogh M  
/o%VjP"<  
探测器参数设定: 81"` B2  
jQxhR  
在菜单栏中选择Create/Element Primitive /plane L2+cVR  
tAE(`ow/Ur  
&8w# 4*W  
Y0.'u{J*  
~Th,<w*o  
]Zt]wnL+  
元件半径为20mm*20,mm,距离坐标原点200mm。 WQ 2{`'z  
N2k<W?wQ  
光源创建: &e6UEG  
rf-yUH]&S  
光源类型选择为任意平面,光源半角设定为15度。 r<vy6  
Xp_m=QQsm  
SkMFJ?J/  
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。 [al$sCD]+  
;1[Z&Uv8  
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。 S :8  
/q+;!EM  
+}N'Xa/Jt  
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。 ~5`oNa  
|ZE^'e*k  
创建分析面: lyX3'0c  
M,S'4Sz uk  
RYA@{.O  
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。 /W)A[jR  
;xe.0j0h  
~x!up 9  
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。 hiBsksZRnk  
/ZD6pF  
FRED在探测器上穿过多个像素点迭代来创建热图 }rI:pp^KS  
0W}qp?  
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。 u*v<dsGQ  
将如下的代码放置在树形文件夹 Embedded Scripts, ?*yyne  
^t5My[R  
')!X1A{  
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。 C=V2Y_j  
g&c ~grD  
绿色字体为说明文字, w^ut,`yW R  
Jr( =Y@Z '  
'#Language "WWB-COM" l>}f{az-T  
'script for calculating thermal image map n V7Vc;  
'edited rnp 4 november 2005 Cp(2]Eb  
u30D`sky  
'declarations g/JF(nkP  
Dim op As T_OPERATION i-Rn,}v  
Dim trm As T_TRIMVOLUME ey=KAt  
Dim irrad(32,32) As Double 'make consistent with sampling H:]cBk^[,  
Dim temp As Double 29,ET}~  
Dim emiss As Double >P SO]%mE  
Dim fname As String, fullfilepath As String zk FX[-'O  
s{Y4wvQyB  
'Option Explicit =&}_bd/]  
>< $LV&  
Sub Main /T)E&=Ds  
    'USER INPUTS ![^pAEgx  
    nx = 31 uy'seJ  
    ny = 31 \jtA8o%n  
    numRays = 1000 zo( #tQ-'m  
    minWave = 7    'microns x{SlJ%V  
    maxWave = 11   'microns 2Qp}f^  
    sigma = 5.67e-14 'watts/mm^2/deg k^4 dHUbaf:e)T  
    fname = "teapotimage.dat" m+hI3@j  
^;RK-)  
    Print "" m4 (p MrJ  
    Print "THERMAL IMAGE CALCULATION" xKG7d8=  
`SFeln{1B  
    detnode = FindFullName( "Geometry.Detector.Surface" ) '找到探测器平面节点 aX^T[  
3&+dyhL'w  
    Print "found detector array at node " & detnode Nv7-6C6<  
:J`@@H  
    srcnode = FindFullName( "Optical Sources.Source 1" ) '找到光源节点 -!Myw&*\V  
8u+kA mI  
    Print "found differential detector area at node " & srcnode ixu*@{<Z(  
G kjfDY:  
    GetTrimVolume detnode, trm {h@\C|nF  
    detx = trm.xSemiApe P9bM+@5e  
    dety = trm.ySemiApe 2|,L 9  
    area = 4 * detx * dety ?eIb7O  
    Print "detector array semiaperture dimensions are " & detx & " by " & dety x,,y}_YX  
    Print "sampling is " & nx & " by " & ny tp] 5[U  
[yXmnrxA  
    'reset differential detector area dimensions to be consistent with sampling 3F2IL)Hn  
    pixelx = 2 * detx / nx |#@7$#j  
    pixely = 2 * dety / ny -`~qmRpqY  
    SetSourcePosGridRandom srcnode, pixelx / 2, pixely / 2, numRays, False B`B =bn+4  
    Print "resetting source dimensions to " & pixelx / 2 & " by " & pixely / 2 z%YNZ ^d  
/l*v *tl  
    'reset the source power ('5?-  
    SetSourcePower( srcnode, Sin(DegToRad(15))^2 ) jmID@37t  
    Print "resetting the source power to " & GetSourcePower( srcnode ) & " units" .>B'oD  
a{]=BY oL  
    'zero out irradiance array mVZh_R=a  
    For i = 0 To ny - 1 _6NUtU  
        For j = 0 To nx - 1 N-M.O:p  
            irrad(i,j) = 0.0 hpAdoy[  
        Next j a;HAuy`M x  
    Next i c* {6T}VZr  
OyZR&,q  
    'main loop =Z^5'h~  
    EnableTextPrinting( False ) DXLXGvcM  
N)X Tmh2v|  
    ypos =  dety + pixely / 2 IL].!9  
    For i = 0 To ny - 1 >!=@TK(~  
        xpos = -detx - pixelx / 2 d05xn7%!{  
        ypos = ypos - pixely .11l(M  
1>J.kQR^  
        EnableTextPrinting( True ) p R'J4~  
        Print i ENTcTrTn  
        EnableTextPrinting( False ) 7ftn gBv?  
PftK>,+,  
G?W:O{n3  
        For j = 0 To nx - 1 /f3/}x!po  
2LwJ%!  
            xpos = xpos + pixelx P1eSx#3bR  
(9]Uuvfp6"  
            'shift source aA`eKy) \  
            LockOperationUpdates srcnode, True !#KKJ`uB"  
            GetOperation srcnode, 1, op 2Vx4"fHP#N  
            op.val1 = xpos *G58t`]r  
            op.val2 = ypos .@VZ3"  
            SetOperation srcnode, 1, op {[H_Vl@  
            LockOperationUpdates srcnode, False | &X<-  
I=0c\ U}  
raytrace 8Qg10Yjy  
            DeleteRays 54_}9_g  
            CreateSource srcnode op6]"ZV-C  
            TraceExisting 'draw (T%F^s5D  
KL&/Yt   
            'radiometry s@\3|e5g  
            For k = 0 To GetEntityCount()-1 0?7yM:!l  
                If IsSurface( k ) Then 6 4_}"fU  
                    temp = AuxDataGetData( k, "temperature" ) Fw<"]*iu  
                    emiss = AuxDataGetData( k, "emissivity" ) ZJ/528Ju  
                    If ( temp <> 0 And emiss <> 0 ) Then N*Aw-\Bk  
                        ProjSolidAngleByPi = GetSurfIncidentPower( k ) b"I#\;Ym  
                        frac = BlackBodyFractionalEnergy ( minWave, maxWave, temp ) f;e#7_  
                        irrad(i,j) = irrad(i,j) + frac * emiss * sigma * temp^4 * ProjSolidAngleByPi Vebv!  
                    End If $BwWQ?lp  
f8Hq&_Pn   
                End If u[GZ~L  
^j<v~GT x+  
            Next k 7hk)I`o65  
v vErzUxN  
        Next j pv]@}+<Dt  
xs"i_se  
    Next i t!?`2Z5  
    EnableTextPrinting( True ) ^#_gk uyd!  
Px_8lB/;  
    'write out file  Ng#psN  
    fullfilepath = CurDir() & "\" & fname IK -vcG  
    Open fullfilepath For Output As #1 Ic/hVKYG5  
    Print #1, "GRID " & nx & " " & ny j\uZo.Ot+  
    Print #1, "1e+308" F-;JN  
    Print #1, pixelx & " " & pixely mY 1l2  
    Print #1, -detx+pixelx/2 & " " & -dety+pixely/2 i2qN 0?n  
YgEd%Z%4  
    maxRow = nx - 1 L=<xTbY  
    maxCol = ny - 1 3qWrSziD  
    For rowNum = 0 To maxRow                    ' begin loop over rows (constant X) 5U?O1}P  
            row = "" uX7L1~s-  
        For colNum = maxCol To 0 Step -1            ' begin loop over columns (constant Y) Oc)n,D)0  
            row = row & irrad(colNum,rowNum) & " "     ' append column data to row string a ,mgM&yD  
        Next colNum                     ' end loop over columns (PpY*jKR  
wkt4vE87  
            Print #1, row nDrRK  
8{4'G$6  
    Next rowNum                         ' end loop over rows stw@@GQ  
    Close #1 oiyvKMHz7  
[<B,6nAl  
    Print "File written: " & fullfilepath >@N.jw>#T  
    Print "All done!!" SzLlJUVX  
End Sub *"^X)Y{c+l  
Q=Q+*oog  
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: i;HXz`vT7  
amsl>wc!  
*JOK8[Qn  
找到Tools工具,点击Open plot files in 3D chart并找到该文件 xM_#FxJb  
  
5H._Q  
29Uqdo  
打开后,选择二维平面图: &OU.BR >  
I(6%'s2  
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