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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。 s_e#y{ {C2  
uX 5B>32  
成像示意图
%L,,  
首先我们建立十字元件命名为Target r?{LQWP>e  
<PA$hTYM  
创建方法: _:z;j{@4  
:.o0<  
面1 : !QzMeN;D  
面型:plane }t{^*(  
材料:Air 9"v ox   
孔径:X=1.5, Y=6,Z=0.075,形状选择Box ZCq\Zk1O&  
K^p"Z$$  
^|axtVhMO  
辅助数据: ZkG##Jp\>  
首先在第一行输入temperature :300K, tbt9V2U:"n  
emissivity:0.1; ^{,}, i  
YH6 K-}  
\fGYJ37  
面2 : X!'Xx8  
面型:plane NomK(%8m$  
材料:Air H  "/e%  
孔径:X=1.5, Y=6,Z=0.075,形状选择Box +\@\,{Ujy  
pc(9(. |  
-cS4B//IK8  
位置坐标:绕Z轴旋转90度, T%b^|="@  
@o.i2iG  
f;I"tugO  
辅助数据: uX!y,a/"  
I Q`aDo-V  
首先在第一行输入temperature :300K,emissivity: 0.1; kxiyF$ 9  
I(eR3d:  
Xrs~ove1V  
Target 元件距离坐标原点-161mm; _ 25]>D$  
Hqy>!1 !  
T</gWW  
单透镜参数设定:F=100, bend=0, 位置位于坐标原点 l`G:@}P>G  
Y2~{qY  
 y3$\ m  
探测器参数设定: %Y[/Ucdm  
lY8Qy2k|  
在菜单栏中选择Create/Element Primitive /plane Hw3 ES  
x=<>%m5R  
O-m}P  
3m9 E2R,  
Z%d4V<fn  
h*'5h!  
元件半径为20mm*20,mm,距离坐标原点200mm。 YtKX\q^.  
Y\F H4}\S  
光源创建: JVYYwA^ .  
))zaL2UP.  
光源类型选择为任意平面,光源半角设定为15度。 H`..)zL|  
,S K6*tpI  
BuO J0$  
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。  D -EM  
)O'<jwp$  
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 9mZQq  
m$j;FKz+|  
Vi~+C@96  
功率数值设定为:P=sin2(theta) theta为光源半角15度。我们为什么要这么设定,在第二部分会给出详细的公式推导。 tG&B D\  
clV/i&]Qa  
创建分析面: dXN&<Q,  
;0{*V5A  
vUExS Z^  
到这里元件参数设定完成,现在我们设定元件的光学属性,在前面我们分别对第一和第二面设定的温度和发射系数,散射属性我们设定为黑朗伯,4%的散射。并分别赋予到面一和面二。 JH, +F  
@AyW9!vV;3  
V,,iKr@TG  
到此,所有的光学结构和属性设定完成,通过光线追迹我们可以查看光线是否可以穿过元件。 Jk{2!uP  
.;Yei6H  
FRED在探测器上穿过多个像素点迭代来创建热图 61 |xv_/  
LLN^^>5|l  
FRED具有一个内置的可编译的Basic脚本语言。从Visual Basic脚本语言里,几乎所有用户图形界面(GUI)命令是可用这里的。FRED同样具有自动的客户端和服务器能力,它可以被调用和并调用其他可启动程序,如Excel。因此可以在探测器像素点上定义多个离轴光源,及在FRED Basic脚本语言里的For Next loops语句沿着探测器像素点向上和向下扫描来反向追迹光线,这样可以使用三维图表查看器(Tools/Open plot files in 3D chart)调用和查看数据。 k82LCV+6  
将如下的代码放置在树形文件夹 Embedded Scripts, b8Sl3F?-~  
Sv",E@!f  
dg<fUQ  
打开后清空里面的内容,此脚本为通用脚本适用于一切可热成像的应用。 _JB3+0@  
@1X1E 2:  
绿色字体为说明文字, p8bTR!rvz  
S}yb~uc,  
'#Language "WWB-COM" W{2y*yqY  
'script for calculating thermal image map ,\"gN5[$(  
'edited rnp 4 november 2005 s_Gp +-  
I<f M8t.Y>  
'declarations X^)5O>>|t  
Dim op As T_OPERATION 81 C?U5  
Dim trm As T_TRIMVOLUME +[qy HTcG  
Dim irrad(32,32) As Double 'make consistent with sampling (.) s =  
Dim temp As Double /pEki g7M  
Dim emiss As Double SesO$=y  
Dim fname As String, fullfilepath As String W;yZ$k#q}(  
xEqrs6sR  
'Option Explicit ^4i3#}  
n`1i k'x?  
Sub Main b9jm= U  
    'USER INPUTS 0}!lN{m?  
    nx = 31 b?,y%D) '  
    ny = 31 ~KvCb3~X  
    numRays = 1000 %UhF=C  
    minWave = 7    'microns s"Wdbw(O'  
    maxWave = 11   'microns dDn:^)  
    sigma = 5.67e-14 'watts/mm^2/deg k^4 ,@MPzpH  
    fname = "teapotimage.dat" ^%.<(:k[L  
DO; 2)ZQ%  
    Print "" W@Wh@eSb;  
    Print "THERMAL IMAGE CALCULATION" j/\XeG>  
,y @3'~  
    detnode = FindFullName( "Geometry.Detector.Surface" ) '找到探测器平面节点 6cvm\ opH  
n9yxZu   
    Print "found detector array at node " & detnode (Nf.a4O  
d)HK9T|B  
    srcnode = FindFullName( "Optical Sources.Source 1" ) '找到光源节点 4)z](e$  
A>k;o0r  
    Print "found differential detector area at node " & srcnode c+c^F/  
*!kg@ _0K  
    GetTrimVolume detnode, trm Bc@e;k@i  
    detx = trm.xSemiApe P^ VNB  
    dety = trm.ySemiApe a;sZNUSn  
    area = 4 * detx * dety J(]nPwm=.-  
    Print "detector array semiaperture dimensions are " & detx & " by " & dety V8/o@I{U[  
    Print "sampling is " & nx & " by " & ny !ywc).]e  
6=k^gH[g  
    'reset differential detector area dimensions to be consistent with sampling t+tGN\q  
    pixelx = 2 * detx / nx /r6DPR0\  
    pixely = 2 * dety / ny hb{(r@[WHv  
    SetSourcePosGridRandom srcnode, pixelx / 2, pixely / 2, numRays, False ' wEP:}  
    Print "resetting source dimensions to " & pixelx / 2 & " by " & pixely / 2 fi)ypv*  
([|M,P6e)U  
    'reset the source power eAj}/2y"  
    SetSourcePower( srcnode, Sin(DegToRad(15))^2 ) YL+W 4 ld  
    Print "resetting the source power to " & GetSourcePower( srcnode ) & " units" AKVmUS;70  
'n=D$j]X  
    'zero out irradiance array KK}&4^q  
    For i = 0 To ny - 1 l;ugrAo?  
        For j = 0 To nx - 1 p#w,+)1!d  
            irrad(i,j) = 0.0 ]c D!~nJ  
        Next j 3ba"[C|  
    Next i (~~=<0S  
,~!lNyL  
    'main loop 4^r}&9C ~  
    EnableTextPrinting( False ) h?b{{  
,3K?=e2  
    ypos =  dety + pixely / 2 sq%f%?(V  
    For i = 0 To ny - 1 Fpb1.Iz  
        xpos = -detx - pixelx / 2 /"U<0jot  
        ypos = ypos - pixely 20q T1!j u  
>_o_&;=`v  
        EnableTextPrinting( True ) nz(OHh!}u  
        Print i 8{RiaF8  
        EnableTextPrinting( False ) KK?}`o  
[": x  
-;v:. [o.  
        For j = 0 To nx - 1 o7 kGZ  
.IqS}Rh  
            xpos = xpos + pixelx A U](pXK;  
G8SJ<\?  
            'shift source c~V\,lcI  
            LockOperationUpdates srcnode, True })":F  
            GetOperation srcnode, 1, op 9Ah4N2nL-b  
            op.val1 = xpos b#b#r  
            op.val2 = ypos j<c_*^/'9  
            SetOperation srcnode, 1, op QxK%ZaFZA  
            LockOperationUpdates srcnode, False B`vV[w?  
r`=d4dK-  
raytrace ms?h/*E<H  
            DeleteRays m4EkL  
            CreateSource srcnode 5b&'gd^d  
            TraceExisting 'draw bV"0}|A~K  
gG}<l ':  
            'radiometry @c/~qP4  
            For k = 0 To GetEntityCount()-1 6|zA,-=  
                If IsSurface( k ) Then _jtBU  
                    temp = AuxDataGetData( k, "temperature" ) /+rHy7(\  
                    emiss = AuxDataGetData( k, "emissivity" ) lHx$F ?  
                    If ( temp <> 0 And emiss <> 0 ) Then NTV0DkX  
                        ProjSolidAngleByPi = GetSurfIncidentPower( k ) `0L!F"W  
                        frac = BlackBodyFractionalEnergy ( minWave, maxWave, temp ) ,QK>e;:Be  
                        irrad(i,j) = irrad(i,j) + frac * emiss * sigma * temp^4 * ProjSolidAngleByPi `18G 5R  
                    End If <+6)E@Y  
m^wYRA.  
                End If aJub("  
ZY83, :<  
            Next k 7&X^y+bMe6  
/t816,i  
        Next j )msqt!Ev  
C&Rv)j  
    Next i !nTq"d%(W  
    EnableTextPrinting( True ) O:1YG$uKa  
o/Z?/alt4  
    'write out file c[4Z_5B  
    fullfilepath = CurDir() & "\" & fname hp)3@&T  
    Open fullfilepath For Output As #1 ]86U -`p  
    Print #1, "GRID " & nx & " " & ny u|+O%s TQ  
    Print #1, "1e+308" GSypdEBj+w  
    Print #1, pixelx & " " & pixely )s!x)< d;  
    Print #1, -detx+pixelx/2 & " " & -dety+pixely/2 +~7@K{6 q-  
f;QWlh"9  
    maxRow = nx - 1 |W?x6]~.R  
    maxCol = ny - 1 R#oXQaBJ  
    For rowNum = 0 To maxRow                    ' begin loop over rows (constant X) myH#.$=A  
            row = "" t/HE@xPxI5  
        For colNum = maxCol To 0 Step -1            ' begin loop over columns (constant Y) BwbvZfV|  
            row = row & irrad(colNum,rowNum) & " "     ' append column data to row string u{HB5QqK  
        Next colNum                     ' end loop over columns 9'}m797I'  
p 5P<3(  
            Print #1, row 9Czc$fSSt  
D{ c`H}/`  
    Next rowNum                         ' end loop over rows oM J5;  
    Close #1 /']Gnt G.  
 I"r*p?  
    Print "File written: " & fullfilepath w!h!%r  
    Print "All done!!" zg[ksny  
End Sub Qd$d*mwg:  
gV A$P  
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: 1V\q%  
Bisht%]^  
41$7P[M;  
找到Tools工具,点击Open plot files in 3D chart并找到该文件 \T>f+0=4  
  
TTS }, `  
gwNv ;g  
打开后,选择二维平面图: Z>'.+OW  
^IY1^x  
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