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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。 d&DQ8Gm ^  
EhOB+Mc1  
成像示意图
J@q!N;eh|  
首先我们建立十字元件命名为Target j'SGZnsy*  
Ee$F]NA  
创建方法: A(JgAV1{  
WsmP]i^Q  
面1 : 2<_|1%C  
面型:plane }A<fCm7  
材料:Air T'14OU2N{Y  
孔径:X=1.5, Y=6,Z=0.075,形状选择Box 6s:  
VQ2B|v  
j|r$ ! gV  
辅助数据: -wnBdL  
首先在第一行输入temperature :300K, X/S%0AwZ  
emissivity:0.1; ,Mn?h\  
rWuqlx#  
Q3LScpp  
面2 :  pm*i!3g'  
面型:plane :rN5HOg^9  
材料:Air 7}Jn`^!  
孔径:X=1.5, Y=6,Z=0.075,形状选择Box Vf$q3X  
&WVRh=R  
^F+7@*u  
位置坐标:绕Z轴旋转90度, 4m_CPe  
@p9YHLxLjQ  
04!akPP<  
辅助数据: o5w =  
h]^= y.Q  
首先在第一行输入temperature :300K,emissivity: 0.1; | +aD%'|  
ue!wo-|#G  
TmgSV#G  
Target 元件距离坐标原点-161mm; 212  
']>/$[!  
N8`q.;qewz  
单透镜参数设定:F=100, bend=0, 位置位于坐标原点 ia%U;M  
7pZd?-6M^  
pRh)DM#9  
探测器参数设定: {&)E$ M  
+2^Mz&I@b  
在菜单栏中选择Create/Element Primitive /plane iaQ3mk#  
]Cc8[ZC  
TZE;$:1vx>  
h_xzqElZu  
O['5/:-  
ap.L=vn  
元件半径为20mm*20,mm,距离坐标原点200mm。 *>7Zc  
RjG=RfB'V  
光源创建: M{`uI8vD  
bqm%@*fZo  
光源类型选择为任意平面,光源半角设定为15度。 Vg1MA  
h8?E+0  
0"xD>ue&  
我们将光源设定在探测器位置上,具体的原理解释请见本章第二部分。 xayd_RB9  
2@$`xPg  
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。  u~j&g  
Ve|=<7%%S  
_{0IX  
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。 <FU1|  
9 IY1"j0O  
创建分析面: @" BkLF  
qM0Df0$?x  
}FT8 [m<  
到这里元件参数设定完成,现在我们设定元件的光学属性,在前面我们分别对第一和第二面设定的温度和发射系数,散射属性我们设定为黑朗伯,4%的散射。并分别赋予到面一和面二。 G297)MFF  
E'F87P^>  
](sT,'  
到此,所有的光学结构和属性设定完成,通过光线追迹我们可以查看光线是否可以穿过元件。 V=5v7Y3( j  
sn:wLc/GAd  
FRED在探测器上穿过多个像素点迭代来创建热图 "A3V(~%!  
bRK[u\,  
FRED具有一个内置的可编译的Basic脚本语言。从Visual Basic脚本语言里,几乎所有用户图形界面(GUI)命令是可用这里的。FRED同样具有自动的客户端和服务器能力,它可以被调用和并调用其他可启动程序,如Excel。因此可以在探测器像素点上定义多个离轴光源,及在FRED Basic脚本语言里的For Next loops语句沿着探测器像素点向上和向下扫描来反向追迹光线,这样可以使用三维图表查看器(Tools/Open plot files in 3D chart)调用和查看数据。 APL #-`XC  
将如下的代码放置在树形文件夹 Embedded Scripts, pwr]lV$w  
Xe:e./@  
_D~FwF&A  
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。 C;oT0(  
v L!?4k  
绿色字体为说明文字, DeR C_ [  
dp#'~[j  
'#Language "WWB-COM" [[VB'Rs  
'script for calculating thermal image map * odwg$  
'edited rnp 4 november 2005 ttA0* >'  
P)&qy .+E0  
'declarations )w&k&TY4H  
Dim op As T_OPERATION YV/JZc f  
Dim trm As T_TRIMVOLUME p& +w  
Dim irrad(32,32) As Double 'make consistent with sampling lc\f6J>HT  
Dim temp As Double Sv|jR r'  
Dim emiss As Double n~G-X  
Dim fname As String, fullfilepath As String WeRX~  
k5]`:k6  
'Option Explicit 7q|51rZz  
Q a8;MxK`  
Sub Main ,lr\XhO  
    'USER INPUTS r@]iy78 j  
    nx = 31 u(Y?2R  
    ny = 31 %t J@)  
    numRays = 1000 cr<ty"3\  
    minWave = 7    'microns $ jgEB+  
    maxWave = 11   'microns $WHmG!)*  
    sigma = 5.67e-14 'watts/mm^2/deg k^4 P`!31P#]L  
    fname = "teapotimage.dat" :x/L.Bz  
eJ tfQ@?  
    Print "" s2Hx ?~  
    Print "THERMAL IMAGE CALCULATION" p}O[A`  
W<s5rMx  
    detnode = FindFullName( "Geometry.Detector.Surface" ) '找到探测器平面节点 9a lMC  
7\sRf/  
    Print "found detector array at node " & detnode Mg76v<mv<  
bO\E)%zp  
    srcnode = FindFullName( "Optical Sources.Source 1" ) '找到光源节点 mnS F=l;;  
5>*~1}0T  
    Print "found differential detector area at node " & srcnode :Vl2\H=P  
PcK;L(  
    GetTrimVolume detnode, trm 76rRF   
    detx = trm.xSemiApe } qn@8}  
    dety = trm.ySemiApe 2P4$^G[  
    area = 4 * detx * dety h,%b>JFo  
    Print "detector array semiaperture dimensions are " & detx & " by " & dety /$,~|X;&  
    Print "sampling is " & nx & " by " & ny =%+o4\N,  
U|}Bk/0.  
    'reset differential detector area dimensions to be consistent with sampling 5zR9N>!c  
    pixelx = 2 * detx / nx WyD L ah^/  
    pixely = 2 * dety / ny XDcA&cM}p  
    SetSourcePosGridRandom srcnode, pixelx / 2, pixely / 2, numRays, False  (:ObxJ*  
    Print "resetting source dimensions to " & pixelx / 2 & " by " & pixely / 2 huw|J<$  
oD>j2 6Q  
    'reset the source power iF1E 5{dH  
    SetSourcePower( srcnode, Sin(DegToRad(15))^2 ) ?,0 5!]  
    Print "resetting the source power to " & GetSourcePower( srcnode ) & " units" ?cdjQ@j~h  
fKN&0N |^R  
    'zero out irradiance array tV5U z&:b  
    For i = 0 To ny - 1 /,m!S RJ  
        For j = 0 To nx - 1 x]%'^7#v)  
            irrad(i,j) = 0.0 r^,XpRe&M  
        Next j DEcsFC/SK  
    Next i Rx>>0%e.  
Gcz@z1a=n  
    'main loop C/L+gU&  
    EnableTextPrinting( False ) bQFMg41*w7  
GIGC,zP@k  
    ypos =  dety + pixely / 2 ~xSAR;8  
    For i = 0 To ny - 1 \uT y\KA  
        xpos = -detx - pixelx / 2 ohPCYt  
        ypos = ypos - pixely quEP"  
/degBL+  
        EnableTextPrinting( True ) :xz,PeXo7  
        Print i ':jsCeSB  
        EnableTextPrinting( False ) i^zncDMA  
@ZUrr_|  
FhkS"y  
        For j = 0 To nx - 1 .3QX*]{  
(+^z9p7/!  
            xpos = xpos + pixelx ;@R=CQ6  
CMI V"-  
            'shift source ~7}aW#  
            LockOperationUpdates srcnode, True ;&N=t64"  
            GetOperation srcnode, 1, op @ppT;9<d  
            op.val1 = xpos /\0 rRT  
            op.val2 = ypos v3`k?jAaI  
            SetOperation srcnode, 1, op ;I^+u0ga  
            LockOperationUpdates srcnode, False ra4$/@3n  
dvl'Sq<  
'raytrace f1_b``M  
            DeleteRays (ndTEnpp  
            CreateSource srcnode Jiv%Opo/|  
            TraceExisting 'draw [m9Iz!E  
<HC5YA)4  
            'radiometry S);SfNh%CL  
            For k = 0 To GetEntityCount()-1 yD-L:)@"  
                If IsSurface( k ) Then -J<{NF  
                    temp = AuxDataGetData( k, "temperature" ) }+{ ? Ms  
                    emiss = AuxDataGetData( k, "emissivity" ) ,sqx xq  
                    If ( temp <> 0 And emiss <> 0 ) Then [$<\*d/  
                        ProjSolidAngleByPi = GetSurfIncidentPower( k ) +"i|)yUYy}  
                        frac = BlackBodyFractionalEnergy ( minWave, maxWave, temp ) i6Kcj  
                        irrad(i,j) = irrad(i,j) + frac * emiss * sigma * temp^4 * ProjSolidAngleByPi WX9ABh&5  
                    End If dpPu&m+  
>Yf)]e-  
                End If Z@G[\"  
d}Y\; '2,  
            Next k _,?<r&>v6  
jrl'?`O  
        Next j J:!m49fF  
z{N~AaY  
    Next i $k,wA8OZ-  
    EnableTextPrinting( True ) +=:*[JEK,U  
;;zQVD )X  
    'write out file ,_N+t:*#0  
    fullfilepath = CurDir() & "\" & fname {|E'  
    Open fullfilepath For Output As #1 $q iY)RE  
    Print #1, "GRID " & nx & " " & ny l[AQyR1+/  
    Print #1, "1e+308" Mkj`  
    Print #1, pixelx & " " & pixely .EF(<JC?  
    Print #1, -detx+pixelx/2 & " " & -dety+pixely/2 t{ R\\j  
T.}wcQf&*  
    maxRow = nx - 1 UBm L:Qv  
    maxCol = ny - 1 FkH HTO  
    For rowNum = 0 To maxRow                    ' begin loop over rows (constant X) '<JNS8h  
            row = "" YcaomPo  
        For colNum = maxCol To 0 Step -1            ' begin loop over columns (constant Y) UK7pQt}9  
            row = row & irrad(colNum,rowNum) & " "     ' append column data to row string g"dq;H  
        Next colNum                     ' end loop over columns XB.xIApmy  
1LK`    
            Print #1, row 0'3f^Ajf  
/Z?$!u4I  
    Next rowNum                         ' end loop over rows cR *5iqA  
    Close #1 L/Ytkag  
wOLDHg_  
    Print "File written: " & fullfilepath g5OKhL0u  
    Print "All done!!" AVnH|31dC~  
End Sub Mxmo}tt  
v><c@a=[  
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: @|2L>N  
p|gzU$FWbk  
%tvP\(]h  
找到Tools工具,点击Open plot files in 3D chart并找到该文件 H:k?#7D(  
  
%6%~`((4  
yd|roG/  
打开后,选择二维平面图: $0mR_pA\fW  
$1E'0M`  
谭健 2023-04-07 08:20
感谢分享 7G \a5  
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