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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。 WZ&@ JB  
|sa7Y_  
成像示意图
h\d($Ki  
首先我们建立十字元件命名为Target b]BA,D 4  
]ECZU   
创建方法: MPn>&28"|K  
)`mF.87b&h  
面1 : PAV2w_X~  
面型:plane D~OhwsL4  
材料:Air `YNC_r#tG  
孔径:X=1.5, Y=6,Z=0.075,形状选择Box Qu FCc1Q  
m 1i+{((  
B:4qW[U#  
辅助数据: 0t?<6-3`/  
首先在第一行输入temperature :300K, X#,[2&17Fh  
emissivity:0.1; lMez!qx,=  
' u};z:t  
dY@Tt&k8E  
面2 : kZ-~ ;fBe  
面型:plane Z'dI!8(Nf  
材料:Air Y0O<]2yVx  
孔径:X=1.5, Y=6,Z=0.075,形状选择Box hX| UE  
*9Js:z7I  
9~'Ip7X,!  
位置坐标:绕Z轴旋转90度, 5qQ(V)ah  
Q EGanpz  
P8,jA<W  
辅助数据: AJlIA[Kt:  
jQeE07g  
首先在第一行输入temperature :300K,emissivity: 0.1; p]|ME  
j_uY8c>3\q  
zw0 r i6  
Target 元件距离坐标原点-161mm; IOZ|85u =  
GVc[p\h(  
1qKxg  
单透镜参数设定:F=100, bend=0, 位置位于坐标原点 FJ,\?ooGf  
S%s|P=u  
7K]U |K#  
探测器参数设定: `pAp[]SfQd  
gc:p@<  
在菜单栏中选择Create/Element Primitive /plane DD6`k*RIk.  
9g5{3N3  
ySK Yqt z  
7U )qC}(  
NT9- j#V  
_E<O+leWf  
元件半径为20mm*20,mm,距离坐标原点200mm。 u:H 3.5)%  
y#Za|nt  
光源创建: CE7pg&dJ)i  
^@LhUs>3  
光源类型选择为任意平面,光源半角设定为15度。 }Oh'YX#[  
u3i| }`  
2\CkX  
我们将光源设定在探测器位置上,具体的原理解释请见本章第二部分。 aU]O$Pg{  
F;&f x(  
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。 {9|$%4kRl  
Iam-'S5  
m57tO X  
功率数值设定为:P=sin2(theta) theta为光源半角15度。我们为什么要这么设定,在第二部分会给出详细的公式推导。 c;8"vJ  
i&'^9"Z)O  
创建分析面: J%-lw{FC  
< J<;?%]  
L1!hF3G  
到这里元件参数设定完成,现在我们设定元件的光学属性,在前面我们分别对第一和第二面设定的温度和发射系数,散射属性我们设定为黑朗伯,4%的散射。并分别赋予到面一和面二。 'UXj\vJ3E  
#b"5L2D`y'  
>7(~'#x8A"  
到此,所有的光学结构和属性设定完成,通过光线追迹我们可以查看光线是否可以穿过元件。 W/ZahPPq  
voej ~z+  
FRED在探测器上穿过多个像素点迭代来创建热图 ;'Vipj   
X6N]gD  
FRED具有一个内置的可编译的Basic脚本语言。从Visual Basic脚本语言里,几乎所有用户图形界面(GUI)命令是可用这里的。FRED同样具有自动的客户端和服务器能力,它可以被调用和并调用其他可启动程序,如Excel。因此可以在探测器像素点上定义多个离轴光源,及在FRED Basic脚本语言里的For Next loops语句沿着探测器像素点向上和向下扫描来反向追迹光线,这样可以使用三维图表查看器(Tools/Open plot files in 3D chart)调用和查看数据。 #nf%ojh  
将如下的代码放置在树形文件夹 Embedded Scripts, Dss/>! mN  
>gZk 581/  
lF}$`6  
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。 o +QzQ+ Z  
Xm^h5jAr  
绿色字体为说明文字, $6&GAJe  
!Nxn[^[?.  
'#Language "WWB-COM" E_![`9i  
'script for calculating thermal image map \`Ph=lJO  
'edited rnp 4 november 2005 Rqb{)L X*  
6|9g4@Hy  
'declarations o~.o^0Y  
Dim op As T_OPERATION w(e+o.:  
Dim trm As T_TRIMVOLUME sAjKf\][  
Dim irrad(32,32) As Double 'make consistent with sampling @(,{_c]  
Dim temp As Double MNf@HG  
Dim emiss As Double DvRA2(M  
Dim fname As String, fullfilepath As String S `m- 5  
X@h^T> ["  
'Option Explicit il>x!)?o  
rPo\Dz  
Sub Main )(?UA$"  
    'USER INPUTS #EQx  
    nx = 31 z7t'6Fy9'  
    ny = 31 Z*)y.i`  
    numRays = 1000 EYJi6#  
    minWave = 7    'microns WDoKbTv  
    maxWave = 11   'microns |?fW!y  
    sigma = 5.67e-14 'watts/mm^2/deg k^4 ~*PK080N}  
    fname = "teapotimage.dat" '!yS72{$2  
Ah"'hFY  
    Print "" Oj4u!SY\j  
    Print "THERMAL IMAGE CALCULATION" .n)!ZN  
DQ n`@  
    detnode = FindFullName( "Geometry.Detector.Surface" ) '找到探测器平面节点 -e`oW.+  
aX[1H6&=7  
    Print "found detector array at node " & detnode a$xeiy9  
oXQ<9t1(  
    srcnode = FindFullName( "Optical Sources.Source 1" ) '找到光源节点 veX"CY`hn  
_@BRpLs:4  
    Print "found differential detector area at node " & srcnode Hlt8al3  
n2jvXLJq  
    GetTrimVolume detnode, trm MR?*GI's  
    detx = trm.xSemiApe "J8;4p  
    dety = trm.ySemiApe m<FWv2)^  
    area = 4 * detx * dety } :RT,<  
    Print "detector array semiaperture dimensions are " & detx & " by " & dety EZ%w=  
    Print "sampling is " & nx & " by " & ny !e:iB7<  
&sZ9$s:(^  
    'reset differential detector area dimensions to be consistent with sampling OD?y  
    pixelx = 2 * detx / nx eC+"mhB  
    pixely = 2 * dety / ny R%Ui6dCLo  
    SetSourcePosGridRandom srcnode, pixelx / 2, pixely / 2, numRays, False tL={y*  
    Print "resetting source dimensions to " & pixelx / 2 & " by " & pixely / 2 7g A08M[O  
Ss#@=:"P  
    'reset the source power d%#!nq{vd  
    SetSourcePower( srcnode, Sin(DegToRad(15))^2 ) qLQ <1>u  
    Print "resetting the source power to " & GetSourcePower( srcnode ) & " units" Sc4obcw%  
t g KG&  
    'zero out irradiance array eq@am(#&kY  
    For i = 0 To ny - 1 }pl]9  
        For j = 0 To nx - 1 M('s|>\l  
            irrad(i,j) = 0.0 Z>(r9 R3{  
        Next j "EcX_>  
    Next i *PSvHXNi  
X$7Oo^1;  
    'main loop JQKC ;p  
    EnableTextPrinting( False ) .N~PHyXZR  
&=F-moDD  
    ypos =  dety + pixely / 2 ,hpH!J'5f/  
    For i = 0 To ny - 1 V;h=8C5J  
        xpos = -detx - pixelx / 2 PGPISrf  
        ypos = ypos - pixely 8sN#e(@  
7BL |x  
        EnableTextPrinting( True ) Jv_.itc  
        Print i fm(mO%  
        EnableTextPrinting( False ) DA<F{n.Z:  
Zg -]sp]  
0bMoUy*q  
        For j = 0 To nx - 1 q"gqO%Wb|  
7d&DrI@~  
            xpos = xpos + pixelx Ds%9cp*6  
;{<aA 5  
            'shift source ?PBa'g  
            LockOperationUpdates srcnode, True -PNi^ K_  
            GetOperation srcnode, 1, op v,/[&ASz  
            op.val1 = xpos v8ba~  
            op.val2 = ypos )v[XmJ>H~o  
            SetOperation srcnode, 1, op `I5O4|K)  
            LockOperationUpdates srcnode, False (GCG/8s  
2t+D8 d|c<  
raytrace )PR3s1S^  
            DeleteRays ojHhT\M`  
            CreateSource srcnode A_!QrM  
            TraceExisting 'draw PJzc=XPU  
]UDd :2yt  
            'radiometry 6cM<>&e  
            For k = 0 To GetEntityCount()-1 6X/wd k  
                If IsSurface( k ) Then "jMqt9ysN  
                    temp = AuxDataGetData( k, "temperature" ) 7ftR 4  
                    emiss = AuxDataGetData( k, "emissivity" ) sLb8*fak  
                    If ( temp <> 0 And emiss <> 0 ) Then H&M1>JtE  
                        ProjSolidAngleByPi = GetSurfIncidentPower( k ) t/}L36@+  
                        frac = BlackBodyFractionalEnergy ( minWave, maxWave, temp ) \tY"BC4.  
                        irrad(i,j) = irrad(i,j) + frac * emiss * sigma * temp^4 * ProjSolidAngleByPi {Fbg]'FQ  
                    End If geksjVwPH  
tR kF   
                End If JIzY,%`\  
|,b2b2v ?  
            Next k z~,mRgc$B  
$9 K(F~/  
        Next j |^R*4;Phe  
\K;op2  
    Next i axmsrj W#  
    EnableTextPrinting( True ) -."kq.m*  
+b^]Pz5  
    'write out file OTj,O77k  
    fullfilepath = CurDir() & "\" & fname i}v9ut]B  
    Open fullfilepath For Output As #1 t8QRi!\=  
    Print #1, "GRID " & nx & " " & ny ;j{7!GeKa  
    Print #1, "1e+308" H+ lX-,  
    Print #1, pixelx & " " & pixely yGxv?%%2  
    Print #1, -detx+pixelx/2 & " " & -dety+pixely/2 Ojq]HM6f  
mzWP8Hlw  
    maxRow = nx - 1 >!L&>OOx  
    maxCol = ny - 1 g+xw$A ou  
    For rowNum = 0 To maxRow                    ' begin loop over rows (constant X) e+.\pe\  
            row = "" DECB*9O ^  
        For colNum = maxCol To 0 Step -1            ' begin loop over columns (constant Y) Oe51PEqn  
            row = row & irrad(colNum,rowNum) & " "     ' append column data to row string VPt9QL(  
        Next colNum                     ' end loop over columns %Tv^GP{}  
?7 \\e;j}  
            Print #1, row Tzzq#z&F  
U&UKUACn"  
    Next rowNum                         ' end loop over rows  B/G-Yh$E  
    Close #1 b O=yi)  
P ZxFZvE  
    Print "File written: " & fullfilepath +`B'r '  
    Print "All done!!" 2?W7I/F  
End Sub }u%"$[I}  
ySe$4deJ  
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: n2 {SV  
\ECu5L4  
=>|C~@C?  
找到Tools工具,点击Open plot files in 3D chart并找到该文件 */z??fI27  
  
~>Kq<]3~  
>xqM5#m`E$  
打开后,选择二维平面图: s =Umj'1k  
fKHE;A*>%  
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