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infotek 2024-11-19 07:54

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。 R,A|"Q  
0x0.[1mB  

成像示意图
?|+bM`  
首先我们建立十字元件命名为Target +*g[hRw[  
{R[lsdH(X  
创建方法: B[-%A!3 F  
dH!k {3bL  
面1 : r3w.$  
面型:plane "8Pxf=   
材料:Air G#Z%jO-XN  
孔径:X=1.5, Y=6,Z=0.075,形状选择Box [*?P2.bf  
G`w,$:,  
2?ZH WS>U  
辅助数据: 7F3Hkvd[k  
首先在第一行输入temperature :300K, 96vv85g  
emissivity:0.1; t9m: E  
quf,Z K5  
Y_%\kM?7  
面2 : uGJeQ  
面型:plane J mFzSR?}  
材料:Air ]&VD$Z984r  
孔径:X=1.5, Y=6,Z=0.075,形状选择Box +:It1`A~]  
Np|i Xwl1  
kOR%<#:J  
位置坐标:绕Z轴旋转90度, Q-}oe Q  
d"5:/Mo  
4ej$)AdW3  
辅助数据: xzMa[D4(  
"=| yM~V  
首先在第一行输入temperature :300K,emissivity: 0.1; WLNkO^zb  
Ec0Ee0%A]  
-.g5|B  
Target 元件距离坐标原点-161mm; 1WcT>_$  
&66G  
>g93Bj*  
单透镜参数设定:F=100, bend=0, 位置位于坐标原点 H:9( XW  
|fTQ\q]W  
0,m*W?^31  
探测器参数设定: 3=dGz^Zdv:  
%)l2dK&9"j  
在菜单栏中选择Create/Element Primitive /plane :n'QN Gj  
Ko''G5+  
15U=2j*.b  
j@kBCzX  
 IO>Cyo  
FNmIXpAn*@  
元件半径为20mm*20,mm,距离坐标原点200mm。 o,Ha-z]f  
EN J]  
光源创建:  }tv-  
)zUV6U7v  
光源类型选择为任意平面,光源半角设定为15度。 O:lD>A4{  
LUo3y'  
_E'M(.B<  
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。 uaJ5'*  
&R*d/~SU  
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。 (eO0 Ic[c  
sur2Mw(M"  
-+Q,xxu  
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。 W11_MTIU  
VWfrcSZg6M  
创建分析面: T| 4c\  
G0]q(.sOy  
zy$hDy0  
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。 p2&KGt X'  
u0XGtu$4  
YLobBtXc9  
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。 uVscF 4  
M"p$9t  
FRED在探测器上穿过多个像素点迭代来创建热图 V!},a@>p  
}clFaT>m?  
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。 u%}vTCg*p  
将如下的代码放置在树形文件夹 Embedded Scripts, 0^[ " &K/  
'Fc&"(!||  
Ujj2A^  
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。 wc__g8?'  
$yCj80m\  
绿色字体为说明文字, jjl4A} *0  
HHEFX9u  
'#Language "WWB-COM" `fc*/D  
'script for calculating thermal image map &# @1n  
'edited rnp 4 november 2005 P'Y8 t  
PCaa _ 2  
'declarations gXw\_ue<  
Dim op As T_OPERATION 9wWjl}%  
Dim trm As T_TRIMVOLUME ]L &_R^  
Dim irrad(32,32) As Double 'make consistent with sampling 2d3wQ)2  
Dim temp As Double {5%<@<? )  
Dim emiss As Double 8d$~wh  
Dim fname As String, fullfilepath As String %eT/:I  
w$B7..r  
'Option Explicit Y$Uvt_  
v"$; aJ  
Sub Main PL8akA#  
    'USER INPUTS s}?98?tYB  
    nx = 31 {g )kT_  
    ny = 31 5.\!k8a  
    numRays = 1000 /+IR^WG#C}  
    minWave = 7    'microns BAKfs/N  
    maxWave = 11   'microns wk5a &  
    sigma = 5.67e-14 'watts/mm^2/deg k^4 BO h  
    fname = "teapotimage.dat" y|lP.N/  
%5z88-\  
    Print "" np>*O}r*  
    Print "THERMAL IMAGE CALCULATION" | c8u  
~RMOEH.o  
    detnode = FindFullName( "Geometry.Detector.Surface" ) '找到探测器平面节点 MPGQ4vi&  
BO[A1'>  
    Print "found detector array at node " & detnode )?TJ{'m  
|Xu7cCh$me  
    srcnode = FindFullName( "Optical Sources.Source 1" ) '找到光源节点 c|O5Vp}  
iySmNI  
    Print "found differential detector area at node " & srcnode GuS3O)6Sg  
i&bttSRNV  
    GetTrimVolume detnode, trm , 1`eH[  
    detx = trm.xSemiApe P4N{lQ.>  
    dety = trm.ySemiApe u>? VD%  
    area = 4 * detx * dety ~I^]O \?  
    Print "detector array semiaperture dimensions are " & detx & " by " & dety H+: $ 7;  
    Print "sampling is " & nx & " by " & ny a\MU5%}\  
z&t6,0q`5  
    'reset differential detector area dimensions to be consistent with sampling @\q~OyV  
    pixelx = 2 * detx / nx XSD7~X/:  
    pixely = 2 * dety / ny 5VPuHY2  
    SetSourcePosGridRandom srcnode, pixelx / 2, pixely / 2, numRays, False '$U"RP^(  
    Print "resetting source dimensions to " & pixelx / 2 & " by " & pixely / 2 b<7.^  
mC93 &0  
    'reset the source power SZ1C38bd,.  
    SetSourcePower( srcnode, Sin(DegToRad(15))^2 ) $L`7J$'^  
    Print "resetting the source power to " & GetSourcePower( srcnode ) & " units" vu#:D1/BB  
ims *|~{sr  
    'zero out irradiance array +ypT"y  
    For i = 0 To ny - 1 % -SP  
        For j = 0 To nx - 1 VtmUK$k}I  
            irrad(i,j) = 0.0 My1E@<  
        Next j --/  .  
    Next i AV&eg e  
jBB<{VV|  
    'main loop qxrOfsh  
    EnableTextPrinting( False ) +X- k)9  
U$J]^-AS  
    ypos =  dety + pixely / 2 ']rh0?  
    For i = 0 To ny - 1 Ri3m438  
        xpos = -detx - pixelx / 2 EfUo<E  
        ypos = ypos - pixely 8uu:e<PLv  
h FjW.~B  
        EnableTextPrinting( True ) r94BEC 2  
        Print i Y}[r`}={  
        EnableTextPrinting( False ) I2/wu(~>  
'1{~y3  
[n^___7  
        For j = 0 To nx - 1 %8-S>'g'  
5 QT9  
            xpos = xpos + pixelx md2kZ.5u  
:kUH>O  
            'shift source  K A<  
            LockOperationUpdates srcnode, True :L?zk"0C  
            GetOperation srcnode, 1, op #z~oc^J^T  
            op.val1 = xpos \"*l:x-u  
            op.val2 = ypos ILpB:g  
            SetOperation srcnode, 1, op W"0#  
            LockOperationUpdates srcnode, False 2V0R|YUt  
Rza \n8  
*V\kS  
f9 rToH  
            'raytrace ML]?`qv '  
            DeleteRays 0O:TKgb&C.  
            CreateSource srcnode OGVhb>LO1  
            TraceExisting 'draw W%wS+3Q/  
xtnB: 3  
            'radiometry /U`"|3  
            For k = 0 To GetEntityCount()-1 ?L $KlF Y  
                If IsSurface( k ) Then ,yT4(cMBk?  
                    temp = AuxDataGetData( k, "temperature" ) y>o#Hq&qM  
                    emiss = AuxDataGetData( k, "emissivity" ) [J];  
                    If ( temp <> 0 And emiss <> 0 ) Then M-Js"cB[  
                        ProjSolidAngleByPi = GetSurfIncidentPower( k ) vrbS-Z<S9  
                        frac = BlackBodyFractionalEnergy ( minWave, maxWave, temp ) 8sIGJ|ku   
                        irrad(i,j) = irrad(i,j) + frac * emiss * sigma * temp^4 * ProjSolidAngleByPi X}Csl~W8in  
                    End If J2R<'(  
UFl*^j_)]  
                End If "K@os<  
q@\D5F% >  
            Next k U8c0C/  
QO k%Q$^G  
        Next j 78Gvc~j  
h%O`,iD2  
    Next i SAoqq  
    EnableTextPrinting( True ) ALG #)$|  
s2$R2,  
    'write out file g &za/F  
    fullfilepath = CurDir() & "\" & fname E*ic9Za8`h  
    Open fullfilepath For Output As #1 qle\c[UM5  
    Print #1, "GRID " & nx & " " & ny  <O*q;&9  
    Print #1, "1e+308" @-m&X2J+c  
    Print #1, pixelx & " " & pixely Wm A:"!~M  
    Print #1, -detx+pixelx/2 & " " & -dety+pixely/2 |9Y9pked8  
F3qi$3HM  
    maxRow = nx - 1 7!%cKZCY  
    maxCol = ny - 1 e*g; +nz  
    For rowNum = 0 To maxRow                    ' begin loop over rows (constant X) 87HVD Di  
            row = "" "<&F=gV  
        For colNum = maxCol To 0 Step -1            ' begin loop over columns (constant Y) 0>'1|8+`(z  
            row = row & irrad(colNum,rowNum) & " "     ' append column data to row string m$o|s1t  
        Next colNum                     ' end loop over columns w&H ?;1  
e"b F"L  
            Print #1, row ?T^$,1 -  
Mz06cw&  
    Next rowNum                         ' end loop over rows dv,8iOL  
    Close #1 "qF&%&#r'  
kxdLJ_  
    Print "File written: " & fullfilepath a"v D+r7Ol  
    Print "All done!!" dRu@5 :BP  
End Sub &o8\ $A  
prwyP  
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: Y3-P*  
N( /PJJ~  
S<>e(x3g]  
找到Tools工具,点击Open plot files in 3D chart并找到该文件 1xx-}AIH#  
  
RJWlG'i  
Mpj3<vj   
打开后,选择二维平面图: ['c:n?  
R1S Ev$  
D~1nh%x_  

春头 2024-11-19 21:56
这是什么光学软件模拟的呢?
infotek 2024-11-20 09:31
春头:这是什么光学软件模拟的呢? (2024-11-19 21:56)  H\ NO4=  
3w0m:~KS6V  
是Virtuallab Fusion物理仿真软件,感兴趣可以加微18001704725
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