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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。 |?{Zx&yUw  
iv3NmkP1  
成像示意图
uvZ|6cM  
首先我们建立十字元件命名为Target V"\t  
ar>S_VW*  
创建方法: DTgF,c  
H@ MUzV  
面1 : =j }]-!  
面型:plane yg/.=M  
材料:Air 9<,\ +}^{  
孔径:X=1.5, Y=6,Z=0.075,形状选择Box MJDFm,  
+*F ;l\R  
eX $u  
辅助数据: \$GlB+ iCx  
首先在第一行输入temperature :300K, W aks*^|  
emissivity:0.1; 9?@M Zh  
q[7C,o>/  
f~8Xue,l"  
面2 : BW z*!(   
面型:plane 6YYZ S2  
材料:Air g$ 9Yfu  
孔径:X=1.5, Y=6,Z=0.075,形状选择Box So,EPB+  
~#7=gI&p@  
'tp+g3V  
位置坐标:绕Z轴旋转90度, beN0 ?G  
n$B=Vt,  
exZa:9 sp  
辅助数据: aJK8G,Vk  
sDw&U?gUv  
首先在第一行输入temperature :300K,emissivity: 0.1; lP\7=9rh^x  
)Q&:$]  
r1JKTuuo  
Target 元件距离坐标原点-161mm; PzNk:O  
@6(4}&sEdm  
7WKb| /#;  
单透镜参数设定:F=100, bend=0, 位置位于坐标原点 0x[v)k9"0  
ST] h NM  
i|y8n7c  
探测器参数设定: sHmzwvpLA  
YN.rj-;^+  
在菜单栏中选择Create/Element Primitive /plane [f&ja[m q  
pma'C\b>  
N'=8Dj  
9}:%CpD^~I  
/87?U; |V  
K!0vvP2H  
元件半径为20mm*20,mm,距离坐标原点200mm。 r` HtN{6r  
I Bo)fE\O  
光源创建: 9)];l?l  
9jCn|+  
光源类型选择为任意平面,光源半角设定为15度。 hL+)XJu^J  
_.KKh62CN  
AKzhal!  
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。 DUFfk6#X}  
z~# .Ey  
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。 vB hpD  
L$=6R3GI  
|B./5 ,nSS  
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。 T/X[q7O~~4  
,-rOfk\u  
创建分析面: x4r\cL1!  
,Tvfn`;(  
x9hkE!{8  
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。 LK-2e$1  
DZ<q)EpC  
&"p7X>bd  
到此,所有的光学结构和属性设定完成,通过光线追迹我们可以查看光线是否可以穿过元件。 x_GD  
xKi: 2  
FRED在探测器上穿过多个像素点迭代来创建热图 yM`J+tq  
PJ5~,4H-4  
FRED具有一个内置的可编译的Basic脚本语言。从Visual Basic脚本语言里,几乎所有用户图形界面(GUI)命令是可用这里的。FRED同样具有自动的客户端和服务器能力,它可以被调用和并调用其他可启动程序,如Excel。因此可以在探测器像素点上定义多个离轴光源,及在FRED Basic脚本语言里的For Next loops语句沿着探测器像素点向上和向下扫描来反向追迹光线,这样可以使用三维图表查看器(Tools/Open plot files in 3D chart)调用和查看数据。 +fBbW::R^  
将如下的代码放置在树形文件夹 Embedded Scripts, ,9SBGxK5`  
=aX;-  
p%/Z  
打开后清空里面的内容,此脚本为通用脚本适用于一切可热成像的应用。 W|XW2`3p  
airg[dK  
绿色字体为说明文字, VEj-%"\   
P|`pJYe  
'#Language "WWB-COM" cv})^E$x  
'script for calculating thermal image map &FHzd/  
'edited rnp 4 november 2005 v0+mh]  
|=&[sC  
'declarations U$-Gc[=|  
Dim op As T_OPERATION { }Q!./5  
Dim trm As T_TRIMVOLUME 2#%@j6  
Dim irrad(32,32) As Double 'make consistent with sampling DyhW_PH2J  
Dim temp As Double *DfwTbg|  
Dim emiss As Double MKMWHGN  
Dim fname As String, fullfilepath As String VbLwhA2W}F  
-9W)|toWb"  
'Option Explicit .dM4B'OA?  
fhp\of/@ R  
Sub Main g-)izPX  
    'USER INPUTS 90<z*j$EK  
    nx = 31 : E`/z@I  
    ny = 31 O1]L4V1iH  
    numRays = 1000 >d2U=Yk!  
    minWave = 7    'microns h]W PWa)M  
    maxWave = 11   'microns }h{8i_R  
    sigma = 5.67e-14 'watts/mm^2/deg k^4 >8%<ML  
    fname = "teapotimage.dat" TC[(mf:8  
e x" E50  
    Print "" lqdil l\  
    Print "THERMAL IMAGE CALCULATION" d rRi<7 i  
?D[9-K4Vn  
    detnode = FindFullName( "Geometry.Detector.Surface" ) '找到探测器平面节点 %?  87#|  
1j4tR#L  
    Print "found detector array at node " & detnode N(ov.l;  
l5; SY  
    srcnode = FindFullName( "Optical Sources.Source 1" ) '找到光源节点 &=ZVU\o:  
H 5\k`7R  
    Print "found differential detector area at node " & srcnode f)'m pp^  
^/c v8M=  
    GetTrimVolume detnode, trm X"hdCY%  
    detx = trm.xSemiApe Kd,8PV*_  
    dety = trm.ySemiApe * z85 2@  
    area = 4 * detx * dety yn`P:[v  
    Print "detector array semiaperture dimensions are " & detx & " by " & dety #^FDG1=  
    Print "sampling is " & nx & " by " & ny ou V%*<Ki  
kxvzAKz~  
    'reset differential detector area dimensions to be consistent with sampling +q<G%PwbV  
    pixelx = 2 * detx / nx `_;sT8  
    pixely = 2 * dety / ny P6G&3yPt  
    SetSourcePosGridRandom srcnode, pixelx / 2, pixely / 2, numRays, False 41^=z[k  
    Print "resetting source dimensions to " & pixelx / 2 & " by " & pixely / 2 kfc5ra>&  
FUTD/y]Lu  
    'reset the source power ."X}A t  
    SetSourcePower( srcnode, Sin(DegToRad(15))^2 ) E!Ljq3iT`  
    Print "resetting the source power to " & GetSourcePower( srcnode ) & " units" vIzREu|5  
SLsw '<  
    'zero out irradiance array "/ 9EUbca  
    For i = 0 To ny - 1 [}ayaXXQ5  
        For j = 0 To nx - 1 "39\@Ow  
            irrad(i,j) = 0.0 qnc?&f  
        Next j a%g|E'\Jw  
    Next i sd m4zV]&  
azBYh*s=5{  
    'main loop $:l>g)c  
    EnableTextPrinting( False ) i$?$X,  
a*kvU"]  
    ypos =  dety + pixely / 2 ahoXQ8c:\}  
    For i = 0 To ny - 1 y]U]b G{  
        xpos = -detx - pixelx / 2 BG&XCn5g|  
        ypos = ypos - pixely 4>t'4p6{  
ko-,l6E  
        EnableTextPrinting( True ) d94 Le/E  
        Print i ' pN[H\Ia  
        EnableTextPrinting( False ) {r>iUgg  
q}xYme4  
zhdS6Gk+  
        For j = 0 To nx - 1 ye^*Z>|  
T1~G {@"  
            xpos = xpos + pixelx x$L(!ZDh  
93[&'  
            'shift source F $6JzF$|F  
            LockOperationUpdates srcnode, True sF4+(9=  
            GetOperation srcnode, 1, op !E@4^A80\W  
            op.val1 = xpos I%<LLkQ  
            op.val2 = ypos , RKl  
            SetOperation srcnode, 1, op G^%FP!'D?  
            LockOperationUpdates srcnode, False ASU.VY  
]. E/s(p  
'raytrace S*3*Q l*  
            DeleteRays \ 9!hg(-F  
            CreateSource srcnode EGMIw?%Y`-  
            TraceExisting 'draw ,L&d\M"f  
S.,5vI"s,  
            'radiometry om oD +  
            For k = 0 To GetEntityCount()-1 VFI\2n`  
                If IsSurface( k ) Then U_KCN09  
                    temp = AuxDataGetData( k, "temperature" ) +5i~}Q!  
                    emiss = AuxDataGetData( k, "emissivity" ) {9Ug9e{ ~  
                    If ( temp <> 0 And emiss <> 0 ) Then @>Bgld&vl  
                        ProjSolidAngleByPi = GetSurfIncidentPower( k ) % B^BN|r  
                        frac = BlackBodyFractionalEnergy ( minWave, maxWave, temp ) E' _6v  
                        irrad(i,j) = irrad(i,j) + frac * emiss * sigma * temp^4 * ProjSolidAngleByPi MXa(Oi2Gg  
                    End If <L'6CBbP  
r "uQ|  
                End If :B7dxE9[r  
,_M  
            Next k =@ d/SZ|(E  
?RPVd8PUhN  
        Next j w.o>G2u  
zL!}YR@&u"  
    Next i IgyoBfj\d  
    EnableTextPrinting( True ) Ly P Cc|  
xOt {Vsv  
    'write out file 7U1^=Y@t}  
    fullfilepath = CurDir() & "\" & fname PpLuN12H  
    Open fullfilepath For Output As #1 1smKU9B2)  
    Print #1, "GRID " & nx & " " & ny .LI(2lP  
    Print #1, "1e+308" q}|_]R_y  
    Print #1, pixelx & " " & pixely s H(io  
    Print #1, -detx+pixelx/2 & " " & -dety+pixely/2 !O 0{ .k  
J3QL%#  
    maxRow = nx - 1 3lsfT-|Wt&  
    maxCol = ny - 1 2DNB?,uP,'  
    For rowNum = 0 To maxRow                    ' begin loop over rows (constant X) M(U<H;Csk  
            row = "" @j<Q2z^  
        For colNum = maxCol To 0 Step -1            ' begin loop over columns (constant Y) QAzwNXE+  
            row = row & irrad(colNum,rowNum) & " "     ' append column data to row string z 4qEC  
        Next colNum                     ' end loop over columns 'm^]X3y*  
QV[#^1  
            Print #1, row e'A 1%g)  
[NoOA  
    Next rowNum                         ' end loop over rows N c(f+8  
    Close #1 =p2: qSV  
1]a\uq}  
    Print "File written: " & fullfilepath F4]=(T  
    Print "All done!!" 2jF}n*[OW  
End Sub ]@!3os,CNF  
5)C`W]JE  
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: 2. q\!V}yQ  
0at['zw  
\Mzr[dI  
找到Tools工具,点击Open plot files in 3D chart并找到该文件 _BoYy JQH  
  
]E $bK  
O>"T*   
打开后,选择二维平面图: FQ"ED:lks  
N u3B02D*  
谭健 2023-04-07 08:20
感谢分享 0Ibe~!EiQJ  
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