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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。 <"XDIvpc%L  
FI$#x%A  
成像示意图
] /{987  
首先我们建立十字元件命名为Target +B0G[k7  
edy6WzxBcm  
创建方法: CAD:ifV  
qxe%RYdA'j  
面1 : +w pe<T  
面型:plane @)YQiE$  
材料:Air f:-dw6a=s  
孔径:X=1.5, Y=6,Z=0.075,形状选择Box 2i3& 3oz]O  
';z5]O~  
{? dW-  
辅助数据: op%?V :  
首先在第一行输入temperature :300K, ]XH}G9X^  
emissivity:0.1; wzRIvm{  
?w[M{   
Z|kMoB  
面2 : nE)|6  
面型:plane mTW@E#)n  
材料:Air sC .R.  
孔径:X=1.5, Y=6,Z=0.075,形状选择Box I2wT]L UV  
f1RfNiW.  
CF`fn6  
位置坐标:绕Z轴旋转90度, j>0~"A  
7o4 vf~  
Pyx$$cj  
辅助数据: ^:RDu q  
Um$a9S8b&  
首先在第一行输入temperature :300K,emissivity: 0.1; +RO=a_AS  
HGgw<Os-k  
] cv|A^  
Target 元件距离坐标原点-161mm; *0^t;A+  
'\2lWR]ndd  
Nv iPrp>c  
单透镜参数设定:F=100, bend=0, 位置位于坐标原点 Qp?n0WXZ  
G"BoD5m  
n>dM OQb  
探测器参数设定: UI4Xv  
995^[c1o6  
在菜单栏中选择Create/Element Primitive /plane _5nQe !  
A_t<SG5  
+"] 'h~W  
N!fp;jvG  
8bX\^&N  
a`w)awb  
元件半径为20mm*20,mm,距离坐标原点200mm。 Te{L@sj  
rwxJR@Ttn  
光源创建: +M\*C#  
)W@H  
光源类型选择为任意平面,光源半角设定为15度。 ]'aG oR  
?nFT51 t/4  
pg~`NN  
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。 a<V=C  
omV.Qb'NS  
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。 Oz9k.[j(  
2="C6 7TK  
 <C4^Vem  
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。 Jz#ZDZkm  
(D8'qx-M  
创建分析面: IEzZ$9,A5  
Q9[dUdQm  
WII_s|YSt%  
到这里元件参数设定完成,现在我们设定元件的光学属性,在前面我们分别对第一和第二面设定的温度和发射系数,散射属性我们设定为黑朗伯,4%的散射。并分别赋予到面一和面二。 Iw"?%k\U  
eT+MN`  
9w Kz p  
到此,所有的光学结构和属性设定完成,通过光线追迹我们可以查看光线是否可以穿过元件。 t:M({|m Y  
e_6 i896  
FRED在探测器上穿过多个像素点迭代来创建热图 ^ d"tymDd  
CRWO R pP  
FRED具有一个内置的可编译的Basic脚本语言。从Visual Basic脚本语言里,几乎所有用户图形界面(GUI)命令是可用这里的。FRED同样具有自动的客户端和服务器能力,它可以被调用和并调用其他可启动程序,如Excel。因此可以在探测器像素点上定义多个离轴光源,及在FRED Basic脚本语言里的For Next loops语句沿着探测器像素点向上和向下扫描来反向追迹光线,这样可以使用三维图表查看器(Tools/Open plot files in 3D chart)调用和查看数据。 /]xd[^  
将如下的代码放置在树形文件夹 Embedded Scripts, cQPH le2  
!9o8v0ZI  
:B- ,*@EU  
打开后清空里面的内容,此脚本为通用脚本适用于一切可热成像的应用。 q0y?$XS  
O!f* @  
绿色字体为说明文字, Ro:-u7q  
;T52 aX  
'#Language "WWB-COM" t*Q12Q  
'script for calculating thermal image map 4 qW)R{%  
'edited rnp 4 november 2005 F{T|lTl  
dl{3fldb  
'declarations g6W.Gl"5\w  
Dim op As T_OPERATION ur#"f'|-  
Dim trm As T_TRIMVOLUME _k+Bj.L  
Dim irrad(32,32) As Double 'make consistent with sampling <{-DYRiN  
Dim temp As Double A)7'\JK7b  
Dim emiss As Double vJq`l3&  
Dim fname As String, fullfilepath As String )QZ?Bf  
?qK:P  
'Option Explicit r9vC&pWZ  
b'-gy0  
Sub Main _X.M,id  
    'USER INPUTS NM]6  o  
    nx = 31 56':U29.]  
    ny = 31 @pko zE-  
    numRays = 1000 'ZDa*9nkF  
    minWave = 7    'microns r?V|9B`$p  
    maxWave = 11   'microns "J{,P9P6  
    sigma = 5.67e-14 'watts/mm^2/deg k^4 ac&tpvij  
    fname = "teapotimage.dat" /|DQ_<*  
Yp ? 2<  
    Print "" 2dI:],7  
    Print "THERMAL IMAGE CALCULATION" "{0kg'fU  
9Pb0Olh  
    detnode = FindFullName( "Geometry.Detector.Surface" ) '找到探测器平面节点 q5RLIstQ\  
ZK'I$p]b  
    Print "found detector array at node " & detnode oL6_Ya  
-0\$JAyrx  
    srcnode = FindFullName( "Optical Sources.Source 1" ) '找到光源节点 uw<Ruy  
er<~dqZ}]  
    Print "found differential detector area at node " & srcnode be@MQ}6>  
):[[Ch_  
    GetTrimVolume detnode, trm V?rI,'F>N  
    detx = trm.xSemiApe H5aUZ=  
    dety = trm.ySemiApe \m.{^Xd~  
    area = 4 * detx * dety qzyQ2a_p  
    Print "detector array semiaperture dimensions are " & detx & " by " & dety E|fPI u  
    Print "sampling is " & nx & " by " & ny PHOW,8)dZh  
 3sw1y  
    'reset differential detector area dimensions to be consistent with sampling rj5:Y QEH;  
    pixelx = 2 * detx / nx k4l72 'P  
    pixely = 2 * dety / ny 7vWB=r>5@  
    SetSourcePosGridRandom srcnode, pixelx / 2, pixely / 2, numRays, False ><DE1tG  
    Print "resetting source dimensions to " & pixelx / 2 & " by " & pixely / 2 N!va12  
@F1pu3E  
    'reset the source power ~\_E%NR yA  
    SetSourcePower( srcnode, Sin(DegToRad(15))^2 ) {oZ]1Qf_  
    Print "resetting the source power to " & GetSourcePower( srcnode ) & " units" l-npz)EM  
f[ywC$en  
    'zero out irradiance array I'j? T.  
    For i = 0 To ny - 1 l;C_A;y\  
        For j = 0 To nx - 1 2-6-kS)c  
            irrad(i,j) = 0.0 k{#:O=  
        Next j { p/m+m  
    Next i RU'J!-w{  
j?,$*Fi  
    'main loop aqN.5'2\  
    EnableTextPrinting( False ) <*\J 6:^n  
xphqgOc12,  
    ypos =  dety + pixely / 2 _96&P7  
    For i = 0 To ny - 1 .6hH}BM  
        xpos = -detx - pixelx / 2 ^m7PXY  
        ypos = ypos - pixely )Qc$UI8L  
?\yo~=N^  
        EnableTextPrinting( True ) +1y#=iM{  
        Print i *!Dzst-J3  
        EnableTextPrinting( False )  ?b0\[  
p)ONw"sb  
68SM br  
        For j = 0 To nx - 1 AjS5  
w*}9;l  
            xpos = xpos + pixelx f0F$*"#G  
Q&J,"Vxw  
            'shift source O<hHo]jLF  
            LockOperationUpdates srcnode, True bODl q  
            GetOperation srcnode, 1, op }B5I#Af7  
            op.val1 = xpos p#kC#{<nE  
            op.val2 = ypos JjmL6(*ui  
            SetOperation srcnode, 1, op ZUu^==a  
            LockOperationUpdates srcnode, False x\%eg w  
=bDG|:+  
'raytrace \x!>5Z Y  
            DeleteRays 1gE`_%?K  
            CreateSource srcnode L`#+ZLo  
            TraceExisting 'draw dd$N4&  
0D'Wr(U(  
            'radiometry W)#`4a^xj7  
            For k = 0 To GetEntityCount()-1 --9mTqx  
                If IsSurface( k ) Then H@zk8]_P  
                    temp = AuxDataGetData( k, "temperature" ) qEAF!iB]L  
                    emiss = AuxDataGetData( k, "emissivity" ) ]ok>PH]  
                    If ( temp <> 0 And emiss <> 0 ) Then (Ka# 6   
                        ProjSolidAngleByPi = GetSurfIncidentPower( k ) l;.BlHyu  
                        frac = BlackBodyFractionalEnergy ( minWave, maxWave, temp ) ff#-USK^R  
                        irrad(i,j) = irrad(i,j) + frac * emiss * sigma * temp^4 * ProjSolidAngleByPi {OOt+U!  
                    End If ueR42J%s  
@I&"P:E0F;  
                End If .*j+?  
P5>CSWy%  
            Next k "7HB3?2>W  
'!R,)5l0h  
        Next j x}{VHp`|ld  
US4Um>j  
    Next i AJT0)FCpR  
    EnableTextPrinting( True ) yShHFlO=  
ju#6 3  
    'write out file =lwS\mNs  
    fullfilepath = CurDir() & "\" & fname CC\z_C*P-p  
    Open fullfilepath For Output As #1 F(<8:`N;G  
    Print #1, "GRID " & nx & " " & ny  sD8S2  
    Print #1, "1e+308" W(aRO  
    Print #1, pixelx & " " & pixely X2cR+Ha0  
    Print #1, -detx+pixelx/2 & " " & -dety+pixely/2 g1~I*!p  
u3vmC:bV  
    maxRow = nx - 1 _ ^{Ep/ME=  
    maxCol = ny - 1 [Ni4[\  
    For rowNum = 0 To maxRow                    ' begin loop over rows (constant X) +&OqJAu  
            row = "" C~qhwwh  
        For colNum = maxCol To 0 Step -1            ' begin loop over columns (constant Y) 4*x!B![]y  
            row = row & irrad(colNum,rowNum) & " "     ' append column data to row string \#aVu^`eX  
        Next colNum                     ' end loop over columns 5-^%\?,x  
W[Bu&?h$  
            Print #1, row oui!fTy  
F-^HN%  
    Next rowNum                         ' end loop over rows _sVs6AJ  
    Close #1 opMUt,4  
v=tj.Vg  
    Print "File written: " & fullfilepath ` l2q G#  
    Print "All done!!" P0xLx  
End Sub ~7pjk  
\w^QHX1+  
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: cO,V8#H  
U$)Hhn|X  
rf->mk{  
找到Tools工具,点击Open plot files in 3D chart并找到该文件 VA'X!(Cv  
  
,SF.@^o@a  
pm]DxJ@  
打开后,选择二维平面图: JtpY][}"~3  
V=&,^qZ  
谭健 2023-04-07 08:20
感谢分享 R:<@+z^A[  
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