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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。 kVuUjP6(c  
ADz ^\  
成像示意图
%@<8<6&q  
首先我们建立十字元件命名为Target VRVO-Sk  
^\hG"5#  
创建方法: m~w[~flgZ  
/{EP*,/*  
面1 : MOQ6 :  
面型:plane >Ifr [  
材料:Air 6gkV*|U,e  
孔径:X=1.5, Y=6,Z=0.075,形状选择Box {yBs7[Wn  
kS%Ydy#:'  
+xRK5+}9  
辅助数据: nB_?ckj,  
首先在第一行输入temperature :300K, jkQ*D(;p  
emissivity:0.1; u^^vB\"^  
p99 ]  
z$&{:\hj  
面2 : bYcV$KJk  
面型:plane Z@yW bjE7Z  
材料:Air cA&9e<  
孔径:X=1.5, Y=6,Z=0.075,形状选择Box 'g">LQ~a+  
$6qh| >z.  
'Y?"{HZ  
位置坐标:绕Z轴旋转90度, "0$a)4]  
@tF\p  
d}Xr}  
辅助数据: Av$]|b  
XP`Nf)3{Yd  
首先在第一行输入temperature :300K,emissivity: 0.1; FX;QG94!  
S\^P ha q  
u6J8"< -W  
Target 元件距离坐标原点-161mm; pXtl 6K%  
['b}QW@Fx  
{WJm  
单透镜参数设定:F=100, bend=0, 位置位于坐标原点 l\f*d6o  
C2.HMgL  
l(yZO$  
探测器参数设定: J.3u^~zy  
ke!?BZx  
在菜单栏中选择Create/Element Primitive /plane ?K1/ <PE+  
IWk4&yHUAu  
(|F*vP'  
M|VyV (f  
JX<)EZ!F  
sZ'nY o  
元件半径为20mm*20,mm,距离坐标原点200mm。 {0r0\D>bw  
nz%DM<0$  
光源创建: G%BjhpL  
.28<tEf  
光源类型选择为任意平面,光源半角设定为15度。 8bxfj<O,  
RXNn[A4xfY  
<<UB ^v m  
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。 SQ@y;|(  
rr/B= O7  
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。 eFipIn)b  
S&e0u%8mc  
{ba 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。 W'els)WJ|x  
ht|z<XJ  
创建分析面: }~2LW" 1'  
88Ey12$  
~Cbc<[}  
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。 "7U4'Y:E  
) g0%{dfJ  
uOKCAqYa  
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。 #akpXdXs  
>1s* at/h  
FRED在探测器上穿过多个像素点迭代来创建热图 K'55O&2  
t9nqu!);  
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。 A_V]yP  
将如下的代码放置在树形文件夹 Embedded Scripts, ,Z aRy$?  
m&xW6!x  
f W!a|?e$  
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。 XND|h#i8  
Ha(c'\T (\  
绿色字体为说明文字, ,NOsFO-`<  
ks&*O!h  
'#Language "WWB-COM" yUeCc"Vf  
'script for calculating thermal image map -^K"ZP1  
'edited rnp 4 november 2005 tI]Q%S,  
d+<G1w&z  
'declarations :uP,f<=)K  
Dim op As T_OPERATION =FlDb 5t{  
Dim trm As T_TRIMVOLUME i% w3/m  
Dim irrad(32,32) As Double 'make consistent with sampling 2^Eg9y'  
Dim temp As Double 6RG)` bu  
Dim emiss As Double rTM}})81  
Dim fname As String, fullfilepath As String >i_ 2OV  
?TM ,Q  
'Option Explicit H[{F'c[e  
UXeN8  
Sub Main 6 rh5h:  
    'USER INPUTS k\wW##=v  
    nx = 31 t!*?dr  
    ny = 31 ]-PH^H  
    numRays = 1000 3e #p @sB  
    minWave = 7    'microns hM@ HA  
    maxWave = 11   'microns H0:E(}@   
    sigma = 5.67e-14 'watts/mm^2/deg k^4 WM Fb4SUR  
    fname = "teapotimage.dat" -5 RD)(d  
2I%MAb&1@  
    Print "" ;t'5},(FP  
    Print "THERMAL IMAGE CALCULATION" 3?[dE<  
W_||6LbZy  
    detnode = FindFullName( "Geometry.Detector.Surface" ) '找到探测器平面节点 #~#R-   
+vvv[  
    Print "found detector array at node " & detnode ztnFhJ<a$  
wi;Br[d  
    srcnode = FindFullName( "Optical Sources.Source 1" ) '找到光源节点 @"hb) 8ng  
N< |@ymi  
    Print "found differential detector area at node " & srcnode +$u$<z3Q  
dUsYZdQs  
    GetTrimVolume detnode, trm wy yWyf  
    detx = trm.xSemiApe RzxNbeki[W  
    dety = trm.ySemiApe yQU_>_!n  
    area = 4 * detx * dety (XeE2l2M  
    Print "detector array semiaperture dimensions are " & detx & " by " & dety ]*v dSr-J  
    Print "sampling is " & nx & " by " & ny t,,k  
S\4tzz @  
    'reset differential detector area dimensions to be consistent with sampling 11TL~ xFh  
    pixelx = 2 * detx / nx } uO);k5H  
    pixely = 2 * dety / ny 4S5,w(6N  
    SetSourcePosGridRandom srcnode, pixelx / 2, pixely / 2, numRays, False ADS9DiX/  
    Print "resetting source dimensions to " & pixelx / 2 & " by " & pixely / 2 >go,K{cK6  
<nE>XAI_7  
    'reset the source power ?/BqD;{?I  
    SetSourcePower( srcnode, Sin(DegToRad(15))^2 ) D'7SAFOM  
    Print "resetting the source power to " & GetSourcePower( srcnode ) & " units" A$<.a'&T!  
9zZr^{lUl  
    'zero out irradiance array cFaaLUZk  
    For i = 0 To ny - 1 T29Dt  
        For j = 0 To nx - 1 q'|rgT  
            irrad(i,j) = 0.0 C3*gn}[  
        Next j 4~y(`\0?4  
    Next i K17j$o^6KK  
n.T&}ZPz\v  
    'main loop JM=JH 51`  
    EnableTextPrinting( False ) .JYaH?  
@*OZx9  
    ypos =  dety + pixely / 2 uZM{BgXXD  
    For i = 0 To ny - 1 ZZ k=E4aae  
        xpos = -detx - pixelx / 2 *;1,5L  
        ypos = ypos - pixely Ai:BEPKe  
18~>ZR  
        EnableTextPrinting( True ) )#P; x "  
        Print i }3o|EXx=  
        EnableTextPrinting( False ) SNfr"2c'h~  
lV`Q{bd+  
5i> $]*o  
        For j = 0 To nx - 1 GKOD/,  
 5V6G=H  
            xpos = xpos + pixelx vk+VP 1D  
h?rp|uPQ  
            'shift source y<HO:kZ8`  
            LockOperationUpdates srcnode, True ZNf6;%oGG  
            GetOperation srcnode, 1, op KB%"bqB|  
            op.val1 = xpos n1JRDw"e$$  
            op.val2 = ypos M*z~gOZ  
            SetOperation srcnode, 1, op  `dFq:8v  
            LockOperationUpdates srcnode, False >ZPsjQuf"  
0*rQ3Z  
'raytrace [<-  
            DeleteRays <0H"|:W>I]  
            CreateSource srcnode AmaT0tzJC  
            TraceExisting 'draw ,$+lFv3LE  
z*kutZ:6Y  
            'radiometry T,]7ICF#  
            For k = 0 To GetEntityCount()-1 T.@aep\"  
                If IsSurface( k ) Then 1nQWW9i  
                    temp = AuxDataGetData( k, "temperature" ) _9JhL:cY  
                    emiss = AuxDataGetData( k, "emissivity" ) X*&[u7No  
                    If ( temp <> 0 And emiss <> 0 ) Then ~;1l9^N|  
                        ProjSolidAngleByPi = GetSurfIncidentPower( k ) JQ,1D`?.a  
                        frac = BlackBodyFractionalEnergy ( minWave, maxWave, temp ) QrfG^GID  
                        irrad(i,j) = irrad(i,j) + frac * emiss * sigma * temp^4 * ProjSolidAngleByPi qR(\5}  
                    End If N$h{Yvbn  
WKT4D}{1  
                End If 8S%52W|  
F{EnOr`,m=  
            Next k @\0Eu212  
Q?3Gk%T0[  
        Next j jqv-D  
oX0D  
    Next i l7W 6qNB  
    EnableTextPrinting( True ) 7bk%mQk  
)#.<]&P}  
    'write out file U4gF(Q  
    fullfilepath = CurDir() & "\" & fname odPL {XFj  
    Open fullfilepath For Output As #1 9:,V5n=  
    Print #1, "GRID " & nx & " " & ny V>ieh2G(  
    Print #1, "1e+308" +)j$|x~(A  
    Print #1, pixelx & " " & pixely 5#> 8MU?&  
    Print #1, -detx+pixelx/2 & " " & -dety+pixely/2 {P{bOe  
I 6<*X  
    maxRow = nx - 1 )6+eNsxMlC  
    maxCol = ny - 1 L1i eaKw  
    For rowNum = 0 To maxRow                    ' begin loop over rows (constant X) 2C/$Ei^t  
            row = "" <(-3_s6-  
        For colNum = maxCol To 0 Step -1            ' begin loop over columns (constant Y) .Jt[(;  
            row = row & irrad(colNum,rowNum) & " "     ' append column data to row string g{8,Wx,,  
        Next colNum                     ' end loop over columns D&}3$ 7>  
iTag+G4*  
            Print #1, row y>72{  
um4yF*3b9  
    Next rowNum                         ' end loop over rows KcK>%%  
    Close #1 GG@ md_  
fRtUvC-#H  
    Print "File written: " & fullfilepath }RHn)}+  
    Print "All done!!" EX?MA6U  
End Sub XVKfl3'%  
E_8\f_%wK  
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: .a._NW  
87=^J xy  
/ C>wd   
找到Tools工具,点击Open plot files in 3D chart并找到该文件 6ek;8dL  
  
dl ~%MWAVb  
rb1`UG"h$  
打开后,选择二维平面图: hjIT_{mk  
<Wp QbQM  
谭健 2023-04-07 08:20
感谢分享 _~*,m#uxJ  
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