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infotek 2023-04-06 08:38

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。 jG `PyIgw  
`Z>=5:+G@2  
成像示意图
9'H:pb2  
首先我们建立十字元件命名为Target Szu @{lpP@  
W#g!Usf:/  
创建方法: h& 4#5{=  
tE-bHu370  
面1 : o<48'>[  
面型:plane uaP5(hUI  
材料:Air $bMmyDw  
孔径:X=1.5, Y=6,Z=0.075,形状选择Box V_$<^z|  
j07A>G-=  
63\ CE_p  
辅助数据: ECL{`m(#n  
首先在第一行输入temperature :300K, G L0P&$h  
emissivity:0.1;  ) 4t%?wT  
:dipk,b?n  
]Gm4gd`  
面2 : TW 1`{SM  
面型:plane P*;[&Nn4  
材料:Air VSUWX1k4%  
孔径:X=1.5, Y=6,Z=0.075,形状选择Box `*Wg&u  
ZGh6- /  
=[aiW|Y  
位置坐标:绕Z轴旋转90度, \>oy2{=;'  
M*T!nwb  
Qo3Enwap=  
辅助数据: t 4M-;y  
(g[WZB3x  
首先在第一行输入temperature :300K,emissivity: 0.1; <6.`(isph  
wU'+4N".  
N?rE:0SJ  
Target 元件距离坐标原点-161mm; [C-FJ>=S  
PQ_A^95  
L"1AC&~ u  
单透镜参数设定:F=100, bend=0, 位置位于坐标原点 %b_0l<+  
S/eplz;  
} @3q;u)  
探测器参数设定: Ed0}$ b  
8.wtv5eZ  
在菜单栏中选择Create/Element Primitive /plane N8x&<H  
,V5fvHPH)8  
mIrN~)C4\  
<M5fk?n,|  
,qB@agjvo<  
|DsT $ ~D  
元件半径为20mm*20,mm,距离坐标原点200mm。 op-\|<i  
Vy/G-IASb  
光源创建: b O}&i3.L;  
hDg"?{  
光源类型选择为任意平面,光源半角设定为15度。 \AI-x$5R*  
c*<BU6y  
C %j%>X`  
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。 :! $+dr(d  
^g2Vz4u  
我们在位置选项又设定一行的目的是通过脚本自动控制光源在探测器平面不同划分区域内不同位置处追迹光线。 X<W${L$G  
Z"Q9^;0%  
Mg}/gO% o  
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。 e1V1Ae  
7z\ #"~(.  
创建分析面: Y HS/|-  
`25<;@  
%<O~eXY  
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。 ]M"U 'Z  
5mL4Zq"  
(*vBpJyz%  
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。 C*RPSk  
F4V) 0)G  
FRED在探测器上穿过多个像素点迭代来创建热图 G|t0no\f  
c*R\fQd  
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。 }=gD,]2x8  
将如下的代码放置在树形文件夹 Embedded Scripts, QAl4w)F  
Ms3GvPsgv  
`d/* sX?k  
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。 Tk 'Pv  
F_/ra?WVH  
绿色字体为说明文字, W"t^t|H'~  
$Dv5TUKw  
'#Language "WWB-COM" 5w~J"P6jg  
'script for calculating thermal image map heWQPM|s  
'edited rnp 4 november 2005 &VCg`r-{~  
d mTZEO  
'declarations ?-0, x|ul  
Dim op As T_OPERATION y>T>  
Dim trm As T_TRIMVOLUME #Lk~{  
Dim irrad(32,32) As Double 'make consistent with sampling #tw_`yh  
Dim temp As Double ,@M<O!%Cs  
Dim emiss As Double 5vS[{;<&  
Dim fname As String, fullfilepath As String R S>qP;V*-  
qf@P9M  
'Option Explicit @1bl<27  
L0{ [L  
Sub Main &?xtmg<d  
    'USER INPUTS 0#m=76[b  
    nx = 31 X -=M>H^  
    ny = 31 Gv#bd05X  
    numRays = 1000 m9D Tz$S.  
    minWave = 7    'microns ]vV)$xMX  
    maxWave = 11   'microns $n47DW &  
    sigma = 5.67e-14 'watts/mm^2/deg k^4 #2Vq"Zn  
    fname = "teapotimage.dat" w7q6v>  
xDS]k]/(T  
    Print "" ,S`F xJcE  
    Print "THERMAL IMAGE CALCULATION" xBf->o S?  
D=.Ob<m`Z  
    detnode = FindFullName( "Geometry.Detector.Surface" ) '找到探测器平面节点 H,7!"!?@N  
6T_Ya)  
    Print "found detector array at node " & detnode im)r4={ 9  
 B"5xs  
    srcnode = FindFullName( "Optical Sources.Source 1" ) '找到光源节点 Oc.8d<  
qM2m!  
    Print "found differential detector area at node " & srcnode X Vo+ <&  
6iHY{WcDj  
    GetTrimVolume detnode, trm ~Dw% d;  
    detx = trm.xSemiApe bJ6H6D>  
    dety = trm.ySemiApe c7WOcy@M  
    area = 4 * detx * dety _^ n>kLd$  
    Print "detector array semiaperture dimensions are " & detx & " by " & dety i],~tT|P  
    Print "sampling is " & nx & " by " & ny \O,yWyU4  
V|awbff:  
    'reset differential detector area dimensions to be consistent with sampling ,C_MB1u  
    pixelx = 2 * detx / nx nYvkeT  
    pixely = 2 * dety / ny d@b2XCh<K  
    SetSourcePosGridRandom srcnode, pixelx / 2, pixely / 2, numRays, False B| M@o^Tf  
    Print "resetting source dimensions to " & pixelx / 2 & " by " & pixely / 2 Dk2Zl  
4N3O<)C)@  
    'reset the source power m*i,|{UZ  
    SetSourcePower( srcnode, Sin(DegToRad(15))^2 ) &t!f dti  
    Print "resetting the source power to " & GetSourcePower( srcnode ) & " units" ![]6| G&  
q& KNK  
    'zero out irradiance array & \"cV0  
    For i = 0 To ny - 1 MhD=\Lpj\  
        For j = 0 To nx - 1 m0^~VK|  
            irrad(i,j) = 0.0 R,OT\FQ<  
        Next j vI48*&]wTf  
    Next i :C0)[L  
nhZ/^`Y<  
    'main loop ,K PrUM}  
    EnableTextPrinting( False ) _t4(H))]vG  
rH\oFCzC  
    ypos =  dety + pixely / 2 7,uD7R_  
    For i = 0 To ny - 1 CU*;>h1~u  
        xpos = -detx - pixelx / 2 !u4eI0?R?  
        ypos = ypos - pixely YZ<5-C  
x[+bLlb  
        EnableTextPrinting( True ) G"Ey%Q2K  
        Print i xsS;<uCD  
        EnableTextPrinting( False ) <'hoN/g  
I,]q;lEMt  
A\E ))b9+  
        For j = 0 To nx - 1 ;Cty"H,  
Z\n^m^Z =  
            xpos = xpos + pixelx >-w# &T &K  
dAOJ: @y  
            'shift source g2u\gR5  
            LockOperationUpdates srcnode, True OW!y7  
            GetOperation srcnode, 1, op OekE]`~w  
            op.val1 = xpos /pLf?m9  
            op.val2 = ypos cw0uLMqr`  
            SetOperation srcnode, 1, op nCA~=[&H  
            LockOperationUpdates srcnode, False 6J$I8b#/  
$_\x}`c~.  
'raytrace `v2Xp3o4f  
            DeleteRays pRjrMS  
            CreateSource srcnode qamq9F$V  
            TraceExisting 'draw @s,kx.S  
13Q87i5B  
            'radiometry 1jPh0?BY  
            For k = 0 To GetEntityCount()-1 X_,R!$wbg:  
                If IsSurface( k ) Then +4[9Eb'k=  
                    temp = AuxDataGetData( k, "temperature" ) 'coY`B; 8  
                    emiss = AuxDataGetData( k, "emissivity" ) Y^8'P /A  
                    If ( temp <> 0 And emiss <> 0 ) Then $uRi/%Q9  
                        ProjSolidAngleByPi = GetSurfIncidentPower( k ) )vuIO(8F#  
                        frac = BlackBodyFractionalEnergy ( minWave, maxWave, temp ) |=:hUp Jp  
                        irrad(i,j) = irrad(i,j) + frac * emiss * sigma * temp^4 * ProjSolidAngleByPi #|=lU4Bf  
                    End If N!-P2)@  
(W[]}k ;  
                End If %8YUK/(|n  
^E+fmY2a  
            Next k "\5 T  6  
z('t#J!b  
        Next j t2m7Yh5B  
-q? ,  
    Next i HTm`_}G9  
    EnableTextPrinting( True ) VG50n<m9  
3h A5"G+7  
    'write out file >>8{N)c5E  
    fullfilepath = CurDir() & "\" & fname WfTl\Dxw  
    Open fullfilepath For Output As #1 z*cKH$':  
    Print #1, "GRID " & nx & " " & ny 4 DV,f2:R4  
    Print #1, "1e+308" 0 c,!<\B  
    Print #1, pixelx & " " & pixely y,qn9  
    Print #1, -detx+pixelx/2 & " " & -dety+pixely/2 Gj[5e w?@  
-%V~ 1  
    maxRow = nx - 1 =gZA9@]W2  
    maxCol = ny - 1 ph%t #R  
    For rowNum = 0 To maxRow                    ' begin loop over rows (constant X) w`dSc@ :  
            row = "" Ip *8R]W  
        For colNum = maxCol To 0 Step -1            ' begin loop over columns (constant Y) ]xbMMax  
            row = row & irrad(colNum,rowNum) & " "     ' append column data to row string j}fSz)`i  
        Next colNum                     ' end loop over columns }n"gX>e~  
l=#b7rBP  
            Print #1, row %D% Ok7s})  
Zv8_<>e  
    Next rowNum                         ' end loop over rows J'k^(ZZ  
    Close #1 8u1?\SYnb  
<@0S]jy  
    Print "File written: " & fullfilepath vw-y:,5`t8  
    Print "All done!!" ? Y luX  
End Sub ,zZ@QW5  
!lM.1gTTC  
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: "}oo`+]Cq  
]M~ 7L[  
JLg/fB3%  
找到Tools工具,点击Open plot files in 3D chart并找到该文件 v0T?c53?  
  
m SO7r F  
q &S@\b  
打开后,选择二维平面图: 6 tB\X^  
*R7bI?ow  
谭健 2023-04-07 08:20
感谢分享 0}'/3Q  
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