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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。 p%j@2U  
783a Z8  
成像示意图
]jM D'vg^b  
首先我们建立十字元件命名为Target SR8[ 7MU  
igz&7U8gg  
创建方法: v3`J~,V<  
F[~qgS*;  
面1 : 6~D:O?2  
面型:plane Xr':/Qjf  
材料:Air BhNwC[G?m  
孔径:X=1.5, Y=6,Z=0.075,形状选择Box W;j*lII  
1q/z&@+B  
Qza[~6  
辅助数据: p61"a,Xc  
首先在第一行输入temperature :300K, "%0RR?  
emissivity:0.1; i"_JF-IbN  
en#W<"_"  
N[=nh)m7b  
面2 : )v'3pTs2  
面型:plane Vd|/]Zj  
材料:Air w6Ue5Ix,!  
孔径:X=1.5, Y=6,Z=0.075,形状选择Box +)ro EJ_  
?jb7Oq#[  
?ILNp`k  
位置坐标:绕Z轴旋转90度, R:OoQ^c  
8CMI\yk  
g"<kj"  
辅助数据: Hs2L$TX  
'L=g(  
首先在第一行输入temperature :300K,emissivity: 0.1; BXLhi(.s  
$8X?|fV)  
Z;lE-`Z*(F  
Target 元件距离坐标原点-161mm; ISOPKZ#F  
*FOTq'%i  
]}C#"Xt  
单透镜参数设定:F=100, bend=0, 位置位于坐标原点 OB5{EILej  
'gQm%:qU3r  
%_} #IS1  
探测器参数设定: 2{ }5WH  
-3ha LdRk6  
在菜单栏中选择Create/Element Primitive /plane Qb9) 1  
_es>G'S  
NOo&5@z;H  
Bxz{rR0XV  
&zUo",}9  
{}vW=  
元件半径为20mm*20,mm,距离坐标原点200mm。 DR^mT$  
(S1$g ~t;  
光源创建: i_f"?X;D  
b abDLaC@  
光源类型选择为任意平面,光源半角设定为15度。 )HR'FlxOd  
awo=%vJ&  
^> ZQ:xs@(  
我们将光源设定在探测器位置上,具体的原理解释请见本章第二部分。 '[:].?M  
hg=\L5R  
我们在位置选项又设定一行的目的是通过脚本自动控制光源在探测器平面不同划分区域内不同位置处追迹光线。 Y`\zLX"_m  
(#7pGGp*E  
nn5S7!  
功率数值设定为:P=sin2(theta) theta为光源半角15度。我们为什么要这么设定,在第二部分会给出详细的公式推导。 oa47TqFt  
>0B [  
创建分析面: r=8]Ub[  
pLrNYo*d  
V/J[~mN9  
到这里元件参数设定完成,现在我们设定元件的光学属性,在前面我们分别对第一和第二面设定的温度和发射系数,散射属性我们设定为黑朗伯,4%的散射。并分别赋予到面一和面二。 \-`L}$  
QMHeU>  
9sJbz=o]r  
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。 6 3Kec  
pO=bcs8Z  
FRED在探测器上穿过多个像素点迭代来创建热图 C[<&% =  
G74<sD  
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。 v]Pw]m5=U  
将如下的代码放置在树形文件夹 Embedded Scripts, K\=bpc"Fy  
Ab8~'<F$B  
F1gDeLmJ  
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。 Cg8{NNeD  
W=PDOzB>K  
绿色字体为说明文字, ';zLh  
$F;$-2  
'#Language "WWB-COM" bAt!9uFn  
'script for calculating thermal image map >PL/>   
'edited rnp 4 november 2005 024*IoVZ  
0Rrz   
'declarations 5as';1^P&*  
Dim op As T_OPERATION +xFtGF)  
Dim trm As T_TRIMVOLUME l&U3jeW-o  
Dim irrad(32,32) As Double 'make consistent with sampling E8#y9q  
Dim temp As Double >p2v"XX  
Dim emiss As Double 3l<)|!f]g  
Dim fname As String, fullfilepath As String &A=d7ASN=  
&> }MoB  
'Option Explicit vWjK[5 M%  
/O/u5P{J  
Sub Main iTqv=  
    'USER INPUTS LP#CA^*S  
    nx = 31 p^\>{  
    ny = 31 plb'EP>e  
    numRays = 1000 z&cfFx#h)  
    minWave = 7    'microns 75I* &Wl  
    maxWave = 11   'microns D;d 'ss;  
    sigma = 5.67e-14 'watts/mm^2/deg k^4 +- c#UO>  
    fname = "teapotimage.dat" y#YCc{K [  
K31Fp;K  
    Print "" E5-8tHV   
    Print "THERMAL IMAGE CALCULATION" 7o0e j#  
*l_1T4]S  
    detnode = FindFullName( "Geometry.Detector.Surface" ) '找到探测器平面节点 \'BKI;  
(J$JIPF  
    Print "found detector array at node " & detnode q35%t61Lc  
ax'Dp{Q  
    srcnode = FindFullName( "Optical Sources.Source 1" ) '找到光源节点 aH,0+|  
};29'_.."x  
    Print "found differential detector area at node " & srcnode nb(#;3DQ  
x\I9J4Q  
    GetTrimVolume detnode, trm q\d'}:kfu  
    detx = trm.xSemiApe "2Js[uf  
    dety = trm.ySemiApe _aa3Qw x  
    area = 4 * detx * dety )<-kS  
    Print "detector array semiaperture dimensions are " & detx & " by " & dety ;)c SdA9  
    Print "sampling is " & nx & " by " & ny #^xiv/ sV  
$o {f)'.>n  
    'reset differential detector area dimensions to be consistent with sampling Lr40rLx;u  
    pixelx = 2 * detx / nx W53i5u(  
    pixely = 2 * dety / ny |hOqz2|  
    SetSourcePosGridRandom srcnode, pixelx / 2, pixely / 2, numRays, False ;l}TUo  
    Print "resetting source dimensions to " & pixelx / 2 & " by " & pixely / 2 q^O{LGN  
PM o>J|^  
    'reset the source power DV{Qbe#In  
    SetSourcePower( srcnode, Sin(DegToRad(15))^2 ) 7QQ1oPV  
    Print "resetting the source power to " & GetSourcePower( srcnode ) & " units" 6i=m1Yk  
r|?2@VE  
    'zero out irradiance array &eK8v]|"W  
    For i = 0 To ny - 1 kw}J~f2  
        For j = 0 To nx - 1 b3y@!_'c  
            irrad(i,j) = 0.0 6i{W=$ RQ  
        Next j yBs  
    Next i Jq/([  
{jggiMwo.v  
    'main loop !{r Gt`y  
    EnableTextPrinting( False ) 4+ yd/^S  
A%%WPBk{O  
    ypos =  dety + pixely / 2   7&l  
    For i = 0 To ny - 1 }g>&l.2X  
        xpos = -detx - pixelx / 2 GJ{]}fl  
        ypos = ypos - pixely 7NoB   
]U'KYrh  
        EnableTextPrinting( True ) 1mf|:2,  
        Print i oy/#,R_n%  
        EnableTextPrinting( False )  Ur]5AJ  
U2@?!B[\d`  
H[!by)H  
        For j = 0 To nx - 1 -DU[dU*~  
+}X@{DB  
            xpos = xpos + pixelx T9N /;3  
spd>.Cm`  
            'shift source 0'VwObq  
            LockOperationUpdates srcnode, True jJ|O]v$N  
            GetOperation srcnode, 1, op 9J0m  
            op.val1 = xpos C!~&c7  
            op.val2 = ypos O8 k$Uc  
            SetOperation srcnode, 1, op WAkKbqJV  
            LockOperationUpdates srcnode, False :;)K>g,b  
RUSBJsMB  
raytrace 8[2^`g  
            DeleteRays ;`s/|v  
            CreateSource srcnode [ V/*{Z  
            TraceExisting 'draw Ko2{[%  
4 K)P Yk  
            'radiometry !XzRV?Ih;  
            For k = 0 To GetEntityCount()-1 X;ijCZb3b  
                If IsSurface( k ) Then a|lcOU  
                    temp = AuxDataGetData( k, "temperature" ) vKol@7%N  
                    emiss = AuxDataGetData( k, "emissivity" ) v34XcA  
                    If ( temp <> 0 And emiss <> 0 ) Then /m.6NVu7  
                        ProjSolidAngleByPi = GetSurfIncidentPower( k ) ),dXaP[  
                        frac = BlackBodyFractionalEnergy ( minWave, maxWave, temp ) Fag%#jxI  
                        irrad(i,j) = irrad(i,j) + frac * emiss * sigma * temp^4 * ProjSolidAngleByPi O62H4oT  
                    End If VmV/~-<Z  
fZT=q^26  
                End If Pou`PNvH  
T+N%KRl  
            Next k rjx6Ad/\  
iI&J_Y{1a_  
        Next j +hV7o!WxC  
|f?tyQ  
    Next i X0Xs"--}  
    EnableTextPrinting( True ) 9.D'!  
 K7 U`  
    'write out file vX/~34o]\  
    fullfilepath = CurDir() & "\" & fname *siS4RX2  
    Open fullfilepath For Output As #1 :74)nbS  
    Print #1, "GRID " & nx & " " & ny $iupzVrro  
    Print #1, "1e+308" Abd&p N  
    Print #1, pixelx & " " & pixely `=vL?w^QS  
    Print #1, -detx+pixelx/2 & " " & -dety+pixely/2 G8Ns?  
_l{G Hz  
    maxRow = nx - 1 e>z3 \4  
    maxCol = ny - 1 /i"L@t)\t  
    For rowNum = 0 To maxRow                    ' begin loop over rows (constant X) FF)F%o+:w  
            row = "" oCXBek?\  
        For colNum = maxCol To 0 Step -1            ' begin loop over columns (constant Y) 1^b-J0  
            row = row & irrad(colNum,rowNum) & " "     ' append column data to row string egK,e?~  
        Next colNum                     ' end loop over columns mJ)o-BV  
]fnc.^{  
            Print #1, row [8(e`6xePb  
`N]!-=o  
    Next rowNum                         ' end loop over rows Ca0~K42~  
    Close #1 ^<.mUaP  
pg [F{T<  
    Print "File written: " & fullfilepath gj0gs  
    Print "All done!!" CES^ c-. k  
End Sub gH(,>}{^K  
t+|c)"\5h  
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' 0l},  
E#Smi507p  
fnN"a Z  
找到Tools工具,点击Open plot files in 3D chart并找到该文件 {I&>`?7.  
  
)F8G q,  
1I<D `H%  
打开后,选择二维平面图: &CV%+  
j7?53e  
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