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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。 +e_NpC  
$ ;cZq  
成像示意图
tqyR~  
首先我们建立十字元件命名为Target s.z(1MB]  
)G6{JL-I  
创建方法: 1~\YJEsb}d  
)s^D}I(  
面1 : ("UcjB^62  
面型:plane [pi!+k  
材料:Air A&_H%]{<:  
孔径:X=1.5, Y=6,Z=0.075,形状选择Box O#}T.5t  
(+}H ih  
@,0W(  
辅助数据: CDcZ6.f  
首先在第一行输入temperature :300K, 7Pspx'u  
emissivity:0.1; .}gGtH,b3  
+[C(hhk("  
V+My]9ki  
面2 : d*80eB9P  
面型:plane dH"wYMNL  
材料:Air SQ7Ws u>T@  
孔径:X=1.5, Y=6,Z=0.075,形状选择Box 3u+A/  
lA}(63j+b  
4PG]L`J{  
位置坐标:绕Z轴旋转90度, b*w izd  
~/LO @  
Gkci_A*  
辅助数据: TZ8:3ti  
"w}}q>P+sA  
首先在第一行输入temperature :300K,emissivity: 0.1; &u) R+7bl,  
/c 3A>  
 ! K:  
Target 元件距离坐标原点-161mm; `8^4,  
@ *W)r~ "~  
?;NC(Z,  
单透镜参数设定:F=100, bend=0, 位置位于坐标原点 #~]S  
_7df(+.{<A  
@H%)!f]zWt  
探测器参数设定: ,S(^r1R   
" %$jl0i_c  
在菜单栏中选择Create/Element Primitive /plane ! h7?Ap  
fLM5L_S}Y  
# +OEO  
~)Z{ Yj9)S  
.bcoH  
TC7&IqT  
元件半径为20mm*20,mm,距离坐标原点200mm。 1b*Me'  
t5 :4'%|  
光源创建: QN`K|,}H^  
/[ _aw&W}Z  
光源类型选择为任意平面,光源半角设定为15度。 I =G3  
_XLGXJ[B  
wuRB[KLe  
我们将光源设定在探测器位置上,具体的原理解释请见本章第二部分。 "9W] TG  
iZsZSW \  
我们在位置选项又设定一行的目的是通过脚本自动控制光源在探测器平面不同划分区域内不同位置处追迹光线。 3$x[{\ {  
D c5tRO  
45g:q  
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。 7K"{}:  
@~t^zI1  
创建分析面: VRe7Q0  
}4'5R  
[ 6+iR  
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。 &>Zm gz  
7 YS'Tf  
KZ8Hp=s  
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。 QH~;B[->  
-G\svwv@)  
FRED在探测器上穿过多个像素点迭代来创建热图 &Pk #v  
q [}<LU  
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。 j1[Ng #.  
将如下的代码放置在树形文件夹 Embedded Scripts, pxf(C<y6_  
`^3N|76Y  
c*>8VW>  
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。 z;T_%?u  
(2 nSZRB  
绿色字体为说明文字, S*"uXTS  
HpbSf1VvAf  
'#Language "WWB-COM" 0v7#vZ  
'script for calculating thermal image map #bI ,;]T  
'edited rnp 4 november 2005 ^,-2";2Xh  
c5 ^CWk K  
'declarations V\1pn7~V  
Dim op As T_OPERATION Jd]kg,/  
Dim trm As T_TRIMVOLUME ~PaEhj&8  
Dim irrad(32,32) As Double 'make consistent with sampling Sj=x.Tr\  
Dim temp As Double Nuc;Y  
Dim emiss As Double xxnvz  
Dim fname As String, fullfilepath As String E;`@S  
<'y}y}%  
'Option Explicit H$D),s gv  
2Dc2uU@`r  
Sub Main RA];hQI?  
    'USER INPUTS {J&[JA\   
    nx = 31 -BV8,1  
    ny = 31 7uUo DM  
    numRays = 1000 != uaB.  
    minWave = 7    'microns ( *&E~ g  
    maxWave = 11   'microns  =1MVF  
    sigma = 5.67e-14 'watts/mm^2/deg k^4 _%R]TlL  
    fname = "teapotimage.dat" -eE r|Gs)  
$U/|+*  
    Print "" 1]&FB{l  
    Print "THERMAL IMAGE CALCULATION"  a,ff8Qm  
ax)>rP,V  
    detnode = FindFullName( "Geometry.Detector.Surface" ) '找到探测器平面节点 mJU1n  
NIo!WOi  
    Print "found detector array at node " & detnode yg@8&;bP`  
_O,k0O   
    srcnode = FindFullName( "Optical Sources.Source 1" ) '找到光源节点 pie8 3Wy>  
4*U5o!w1{  
    Print "found differential detector area at node " & srcnode e 48N[p  
mb\"qD5  
    GetTrimVolume detnode, trm -){aBMOv3  
    detx = trm.xSemiApe 3< 'bi}{  
    dety = trm.ySemiApe 7oy}<9  
    area = 4 * detx * dety <q`'[1Y4  
    Print "detector array semiaperture dimensions are " & detx & " by " & dety /:Q  
    Print "sampling is " & nx & " by " & ny S+ 3l X7  
=w5]o@  
    'reset differential detector area dimensions to be consistent with sampling ''Y'ZsQ;  
    pixelx = 2 * detx / nx % lK/2-  
    pixely = 2 * dety / ny `GUGy.b  
    SetSourcePosGridRandom srcnode, pixelx / 2, pixely / 2, numRays, False H`bS::JI-  
    Print "resetting source dimensions to " & pixelx / 2 & " by " & pixely / 2 ,{C hHnJ%#  
cjp~I/U  
    'reset the source power +\R__tx;  
    SetSourcePower( srcnode, Sin(DegToRad(15))^2 ) e"(SlR  
    Print "resetting the source power to " & GetSourcePower( srcnode ) & " units" B&+)s5hh  
%,UTFuM`  
    'zero out irradiance array 11iV{ h  
    For i = 0 To ny - 1 &cp `? k  
        For j = 0 To nx - 1 n&%0G2m:  
            irrad(i,j) = 0.0 ^wIg|Gc  
        Next j E[ttamU  
    Next i h(K}N5`  
LgxsO:mi  
    'main loop r"|UgCc  
    EnableTextPrinting( False ) WYN0,rv1:+  
?={S"qK(q  
    ypos =  dety + pixely / 2 8-"D.b4  
    For i = 0 To ny - 1 5wa'SexqE  
        xpos = -detx - pixelx / 2 m:D0O]2  
        ypos = ypos - pixely U#G<cV79  
.% 79(r^  
        EnableTextPrinting( True ) Q~f mVWq  
        Print i 6z5wFzJv?q  
        EnableTextPrinting( False ) 9e*o$)j_  
R>t?6HOcp  
w `nm}4M  
        For j = 0 To nx - 1 }nRTw2-z  
z"c,TlVN3  
            xpos = xpos + pixelx 60G(jO14  
A<y]D.Z"  
            'shift source ,4j^ lgJ  
            LockOperationUpdates srcnode, True 7?;ZE:  
            GetOperation srcnode, 1, op H+ 7HD|GE  
            op.val1 = xpos J9/EJ'My  
            op.val2 = ypos 0|DyYu  
            SetOperation srcnode, 1, op 9H/C(Vo  
            LockOperationUpdates srcnode, False .lAPlJOO  
25j?0P"&  
raytrace QM24cm T  
            DeleteRays BJt]k7ku+  
            CreateSource srcnode PA*1]i#2M=  
            TraceExisting 'draw TkR#Kzv380  
R"y xpw  
            'radiometry VHi'~B#'*  
            For k = 0 To GetEntityCount()-1 ;@*<M\O  
                If IsSurface( k ) Then q`3HHq  
                    temp = AuxDataGetData( k, "temperature" ) H;seT XL  
                    emiss = AuxDataGetData( k, "emissivity" ) dZY|6  
                    If ( temp <> 0 And emiss <> 0 ) Then ^-Rqlr,F;  
                        ProjSolidAngleByPi = GetSurfIncidentPower( k ) o)GesgxFa5  
                        frac = BlackBodyFractionalEnergy ( minWave, maxWave, temp ) ~d3|zlh  
                        irrad(i,j) = irrad(i,j) + frac * emiss * sigma * temp^4 * ProjSolidAngleByPi "A*;V  
                    End If Rk-G| 52g  
Y!`  pF  
                End If `-.6;T}2U  
3+\Zom4  
            Next k UIkO_/}  
*'*,mfk[  
        Next j 8!b>[Nsc  
}qJ`nN8  
    Next i wRZFBf~ :  
    EnableTextPrinting( True ) nIZsKbnw  
Nt;1&dwUb  
    'write out file P:WxhO/  
    fullfilepath = CurDir() & "\" & fname RG=i74a  
    Open fullfilepath For Output As #1 ]T{v~]7:{  
    Print #1, "GRID " & nx & " " & ny bXeJk]#y  
    Print #1, "1e+308" 1\%@oD_zG  
    Print #1, pixelx & " " & pixely o@hj.)u  
    Print #1, -detx+pixelx/2 & " " & -dety+pixely/2 !*3]PZ25a(  
qnb/zr)p  
    maxRow = nx - 1 * H~=dPC  
    maxCol = ny - 1 Av0(zA2  
    For rowNum = 0 To maxRow                    ' begin loop over rows (constant X) CED[\ n  
            row = "" "sIww  
        For colNum = maxCol To 0 Step -1            ' begin loop over columns (constant Y) PI@?I&Bo  
            row = row & irrad(colNum,rowNum) & " "     ' append column data to row string <(_Tanx9Q  
        Next colNum                     ' end loop over columns 3ZN\F  
x:Q$1&3N  
            Print #1, row >xA( *7  
 7|yEf  
    Next rowNum                         ' end loop over rows r/@Wn  
    Close #1 G^cMY$?99  
*8+HQ[[#  
    Print "File written: " & fullfilepath q{%~(A5*H  
    Print "All done!!" E,dUO;  
End Sub `EfFyhG$  
{>PEl; ,-  
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: Mnk-"d  
b@Dt]6_ UL  
Vc6 >i|"-O  
找到Tools工具,点击Open plot files in 3D chart并找到该文件 aI=Q_}8-  
  
;>/yY]F7  
cv1PiIl  
打开后,选择二维平面图: 8_ascvs5  
&EYoviFp  
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