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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。 !)~b Un  
.\K0+b;  
成像示意图
V+myGsr`  
首先我们建立十字元件命名为Target ~jWG U-m  
2x%Xx3!  
创建方法: ]f#1G$  
W'WZ@!!  
面1 : f}Mx\dc  
面型:plane 7<;87t]]  
材料:Air zXWf($^&E  
孔径:X=1.5, Y=6,Z=0.075,形状选择Box .21[3.bp/q  
1 ;Bgtv$  
</~!5x62Oy  
辅助数据: &o@IMbJ8  
首先在第一行输入temperature :300K, `R]B<gp  
emissivity:0.1; Y|$3%t  
R3=PV{`M  
faH113nc  
面2 :  zE$KU$  
面型:plane l Q/u#c$n  
材料:Air 2eNA#^T=  
孔径:X=1.5, Y=6,Z=0.075,形状选择Box h:%L% Y9z  
<Sw>5M!j  
ZmM/YPy  
位置坐标:绕Z轴旋转90度, ~m4{GzB  
c!#DD;<Q  
q=Cc2|Ve  
辅助数据: m^hi}Am1  
`x%( n@g  
首先在第一行输入temperature :300K,emissivity: 0.1; s az<NT  
]!l]^/ .  
*2wFLh  
Target 元件距离坐标原点-161mm; kC~\D?8E=  
R Ptc \4  
k4WUfL d  
单透镜参数设定:F=100, bend=0, 位置位于坐标原点 7Uy49cs,  
yc ize2>q  
Z*,Nt6;e  
探测器参数设定: t\& u  
E=PmOw7b  
在菜单栏中选择Create/Element Primitive /plane \jlem<&  
!8'mIXZ$  
g~,"C8-H  
xz9x t  
+v$,/~$tI  
_; 7{1n  
元件半径为20mm*20,mm,距离坐标原点200mm。 osB8 '\GR  
aE]/w1a  
光源创建: RE*;_DF  
!{hC99q6  
光源类型选择为任意平面,光源半角设定为15度。 2|2'?  
,LD[R1TU8  
9RzTC  
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。 bo>4:i  
P'wn$WE[n\  
我们在位置选项又设定一行的目的是通过脚本自动控制光源在探测器平面不同划分区域内不同位置处追迹光线。 =}SH*xi6  
/da5 "  
`R\aNgCS}  
功率数值设定为:P=sin2(theta) theta为光源半角15度。我们为什么要这么设定,在第二部分会给出详细的公式推导。 Id_?  
R 1CoS6  
创建分析面: 1^F !X=  
8v eG^o  
WX2:c,%:  
到这里元件参数设定完成,现在我们设定元件的光学属性,在前面我们分别对第一和第二面设定的温度和发射系数,散射属性我们设定为黑朗伯,4%的散射。并分别赋予到面一和面二。 HfQZRDH  
7bC1!x*qw  
R<"fcsU  
到此,所有的光学结构和属性设定完成,通过光线追迹我们可以查看光线是否可以穿过元件。 "Q{)H8,E)x  
wOfx7D  
FRED在探测器上穿过多个像素点迭代来创建热图 J`uO~W"  
CC8M1iW3  
FRED具有一个内置的可编译的Basic脚本语言。从Visual Basic脚本语言里,几乎所有用户图形界面(GUI)命令是可用这里的。FRED同样具有自动的客户端和服务器能力,它可以被调用和并调用其他可启动程序,如Excel。因此可以在探测器像素点上定义多个离轴光源,及在FRED Basic脚本语言里的For Next loops语句沿着探测器像素点向上和向下扫描来反向追迹光线,这样可以使用三维图表查看器(Tools/Open plot files in 3D chart)调用和查看数据。 ;;A8*\*$  
将如下的代码放置在树形文件夹 Embedded Scripts,  12W`7  
"t[9EbFL  
2.xA' \M  
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。 d<x7* OW)  
'{e9Vh<x  
绿色字体为说明文字, G6l:El&  
&Nzq/~uqP  
'#Language "WWB-COM" U/9i'D[|{  
'script for calculating thermal image map +0{$J\s  
'edited rnp 4 november 2005 ~ 9 F rlj  
k PuY[~i%  
'declarations R&lJ& SgC  
Dim op As T_OPERATION aicvu(%EE  
Dim trm As T_TRIMVOLUME U04TVQn`  
Dim irrad(32,32) As Double 'make consistent with sampling n\X'2  
Dim temp As Double ]g/:lS4  
Dim emiss As Double @e`%'  
Dim fname As String, fullfilepath As String 7EI5w37  
S-^:p5{r  
'Option Explicit 9FGe (t <  
>#9 f{  
Sub Main FR bmeq3c  
    'USER INPUTS CtEpS<*c  
    nx = 31 ;7;=)/-  
    ny = 31 ]npsclvJ  
    numRays = 1000 G)(vd0X1  
    minWave = 7    'microns -k4w$0)  
    maxWave = 11   'microns IjshxNk  
    sigma = 5.67e-14 'watts/mm^2/deg k^4 ( pDu  
    fname = "teapotimage.dat" &3@ {?K  
w)nFH)f  
    Print "" PG51+#  
    Print "THERMAL IMAGE CALCULATION" }fS`jq;  
`f|Gw5R  
    detnode = FindFullName( "Geometry.Detector.Surface" ) '找到探测器平面节点 _S$ SL%;\  
E4C yW  
    Print "found detector array at node " & detnode BXzn-S  
4V6^@   
    srcnode = FindFullName( "Optical Sources.Source 1" ) '找到光源节点 2aDjt{7P  
GBh$nVn$  
    Print "found differential detector area at node " & srcnode Rhfx  
$u ae8h  
    GetTrimVolume detnode, trm 80'!XKSP  
    detx = trm.xSemiApe b6]MJ0do  
    dety = trm.ySemiApe ?KB+2]7m6  
    area = 4 * detx * dety ?Q?=I,2bP  
    Print "detector array semiaperture dimensions are " & detx & " by " & dety l?f%2:}m  
    Print "sampling is " & nx & " by " & ny Ad:}i9-x  
gpvzOW/  
    'reset differential detector area dimensions to be consistent with sampling spX*e1  
    pixelx = 2 * detx / nx 6_&uYA<8pE  
    pixely = 2 * dety / ny p%ve1>c  
    SetSourcePosGridRandom srcnode, pixelx / 2, pixely / 2, numRays, False Ifx EM  
    Print "resetting source dimensions to " & pixelx / 2 & " by " & pixely / 2 aSGZF w  
VZhHO d  
    'reset the source power QEC4!$L^  
    SetSourcePower( srcnode, Sin(DegToRad(15))^2 ) ?z[k.l+6w  
    Print "resetting the source power to " & GetSourcePower( srcnode ) & " units" PLV-De  
)j_Y9`R  
    'zero out irradiance array 8kRqF?rbj  
    For i = 0 To ny - 1 q{c/TRp7  
        For j = 0 To nx - 1 j#f7-nHyz8  
            irrad(i,j) = 0.0 u)hr  
        Next j pXE'5IIN  
    Next i ##\ <mFE  
 BH<jnQ  
    'main loop :TZ</3Sw  
    EnableTextPrinting( False ) C/JFb zVx  
U65a _dakk  
    ypos =  dety + pixely / 2 -W\1n#J  
    For i = 0 To ny - 1 vl"{ovoC  
        xpos = -detx - pixelx / 2 x%`.L6rj  
        ypos = ypos - pixely ,q".d =6  
N E/_  
        EnableTextPrinting( True ) yu.N>[=  
        Print i Y CBcyE}p  
        EnableTextPrinting( False ) o3ZqPk]al  
5*#3v:l/9  
(+x!wX( x  
        For j = 0 To nx - 1 CKuf'h#  
.Bs~FIe^  
            xpos = xpos + pixelx D=!T,p=  
k@Q>(`  
            'shift source U#mrbW  
            LockOperationUpdates srcnode, True Y@#rGV>  
            GetOperation srcnode, 1, op 9^zA(  
            op.val1 = xpos c`M ,KXott  
            op.val2 = ypos k3- 7Vyg  
            SetOperation srcnode, 1, op v K7J;U+cJ  
            LockOperationUpdates srcnode, False (oG-h"^/  
$j"TPkW{M  
'raytrace 713)D4y}  
            DeleteRays `*ml/% \  
            CreateSource srcnode !C>'a:  
            TraceExisting 'draw 8j^3_lD  
Od?b(bE.]  
            'radiometry ';J><z{>  
            For k = 0 To GetEntityCount()-1 0Vwl\,7z9  
                If IsSurface( k ) Then VUbg{Rb)  
                    temp = AuxDataGetData( k, "temperature" ) [CAV"u)0  
                    emiss = AuxDataGetData( k, "emissivity" ) xU(yc}vw,  
                    If ( temp <> 0 And emiss <> 0 ) Then *D:"I!Ho  
                        ProjSolidAngleByPi = GetSurfIncidentPower( k ) Pf?zszvs  
                        frac = BlackBodyFractionalEnergy ( minWave, maxWave, temp ) >VE!3'/'  
                        irrad(i,j) = irrad(i,j) + frac * emiss * sigma * temp^4 * ProjSolidAngleByPi \*r]v;NcP  
                    End If a(|,KWHn  
%{j)w{ L J  
                End If Lk8NjK6  
rd0[(-  
            Next k 7eP3pg#  
t$k$ Hd';  
        Next j w"/RI#7.  
Uoqt  
    Next i =L F9im  
    EnableTextPrinting( True ) ](tv`1A,Wd  
a]%>7yr4  
    'write out file slRD /  
    fullfilepath = CurDir() & "\" & fname  0%OV3`  
    Open fullfilepath For Output As #1 8^U+P%  
    Print #1, "GRID " & nx & " " & ny j{: >"6  
    Print #1, "1e+308" 5.o{A#/NTl  
    Print #1, pixelx & " " & pixely ]fb3>HOTJ  
    Print #1, -detx+pixelx/2 & " " & -dety+pixely/2 @`S8d%6P  
m@#@7[6]o  
    maxRow = nx - 1 'H|=]n0  
    maxCol = ny - 1 uHu(   
    For rowNum = 0 To maxRow                    ' begin loop over rows (constant X) W%&'EJ)62  
            row = "" Au[H!J  
        For colNum = maxCol To 0 Step -1            ' begin loop over columns (constant Y) tI;pdR]  
            row = row & irrad(colNum,rowNum) & " "     ' append column data to row string *(*3/P4D  
        Next colNum                     ' end loop over columns qR>"r"Fq  
\Bg?QhA_D  
            Print #1, row 0f]LOg  
D@ R>gqb  
    Next rowNum                         ' end loop over rows vb1Gz]~)>  
    Close #1 \}9GK`oR  
rZSX fgfr  
    Print "File written: " & fullfilepath ye^l~  
    Print "All done!!" mO~A}/je  
End Sub yw{;Qm2\7  
A"W}l)+X  
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: 0//B+.#  
0*umf .R  
Zyx92z9Y  
找到Tools工具,点击Open plot files in 3D chart并找到该文件 c=Y8R/G<  
  
MRZ/%OZ.  
ZA! yw7~  
打开后,选择二维平面图: Or9`E(  
r1o_i;rg  
谭健 2023-04-07 08:20
感谢分享 WymBjDos:  
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