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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。 xQ[YQ!l  
FKQnz/  

成像示意图
82<L07fB  
首先我们建立十字元件命名为Target \Q6Ip@?  
WO{N@f^  
创建方法: GA|q[<U  
1.!(#I3  
面1 : M3Z yf  
面型:plane 6Z"%vrH  
材料:Air E'ZWSpP  
孔径:X=1.5, Y=6,Z=0.075,形状选择Box ,9rT|:N  
*0U(nCT&m  
_EY :vv  
辅助数据: L?P8/]DGp  
首先在第一行输入temperature :300K, +bSv-i-  
emissivity:0.1; 2PC4EjkC  
``SjALf  
w+}dm^X  
面2 : 1w5nBVC*$V  
面型:plane Rpr# ,|  
材料:Air ^v},Sa/ot]  
孔径:X=1.5, Y=6,Z=0.075,形状选择Box o _-t/ ?  
<Z&gAqj 2  
l]ZUKy  
位置坐标:绕Z轴旋转90度, OYKV*  
]D%[GO//!  
j7W_%Yk|E  
辅助数据: l}wBthwCc  
Ne[O9D 7  
首先在第一行输入temperature :300K,emissivity: 0.1; yG_#>3sD+%  
ABSeX  
Ue%0.G|<W  
Target 元件距离坐标原点-161mm; -L[K1;Xv"  
JDP#tA3  
lz(9pz  
单透镜参数设定:F=100, bend=0, 位置位于坐标原点 Dn@ n:m  
A +p}oY '  
& dS+!<3  
探测器参数设定: %cv%u6 b  
4qMHVPJv\  
在菜单栏中选择Create/Element Primitive /plane V>%%2"&C  
Vs"Z9p$U  
qM`SN4C  
v`fUAm/  
/x-t -}  
=SdWU}xn2  
元件半径为20mm*20,mm,距离坐标原点200mm。 4$J/e?i  
#K[ @$BY:  
光源创建: NubD2  
Vg3&:g5 /  
光源类型选择为任意平面,光源半角设定为15度。 !6KEW,  
NUU}8a(K  
CV6H~t'1  
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。 Uag1vW,c  
=FKB)#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。 K%g\\uo   
sPw(+m*C   
 [ ~E}x  
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。 UOY1^wY  
\uaJw\EZ  
创建分析面: fx|9*|E  
N+tS:$V  
q8D1MEBL`  
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。 p[wjHfIq  
y5#_@  
N.<hZ\].=  
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。 #=tWCxf=  
NanU%# &  
FRED在探测器上穿过多个像素点迭代来创建热图 +!<`$+W  
0eLK9u3<  
FRED具有一个内置的可编译的Basic脚本语言。从Visual Basic脚本语言里,几乎所有用户图形界面(GUI)命令是可用这里的。FRED同样具有自动的客户端和服务器能力,它可以被调用和并调用其他可启动程序,如Excel。因此可以在探测器像素点上定义多个离轴光源,及在FRED Basic脚本语言里的For Next loops语句沿着探测器像素点向上和向下扫描来反向追迹光线,这样可以使用三维图表查看器(Tools/Open plot files in 3D chart)调用和查看数据。 _PaO w%Y9  
将如下的代码放置在树形文件夹 Embedded Scripts, Ju\"l8[f  
-1o1k-8d  
5Q88OxH  
打开后清空里面的内容,此脚本为通用脚本适用于一切可热成像的应用。 H0HYb\TX?  
jQDxbkIuzE  
绿色字体为说明文字, BE2{qO{  
0(kp>%mbB  
'#Language "WWB-COM" . FruI#99  
'script for calculating thermal image map  l gC  
'edited rnp 4 november 2005 cBA[D~s  
Nh))U  
'declarations YU`{  
Dim op As T_OPERATION l\5 NuCgRY  
Dim trm As T_TRIMVOLUME =VU2#O  
Dim irrad(32,32) As Double 'make consistent with sampling EAfSbK3z  
Dim temp As Double N7_Co;#(zK  
Dim emiss As Double B/71$i   
Dim fname As String, fullfilepath As String +R_U  
AM[:Og S  
'Option Explicit `zL9d lZ  
`#ztp)&  
Sub Main }pA4#{)  
    'USER INPUTS "xOeBNRjV  
    nx = 31 2S;zze7)  
    ny = 31 w&{J9'~  
    numRays = 1000 )&9RoW()?  
    minWave = 7    'microns +M*a.ra0OF  
    maxWave = 11   'microns :wZZ 1qa  
    sigma = 5.67e-14 'watts/mm^2/deg k^4 D.!4i.)8}  
    fname = "teapotimage.dat" E;sltl  
`+uXL9mo  
    Print "" NO$Nl/XM  
    Print "THERMAL IMAGE CALCULATION" IFY !3^;zO  
]Oy<zU  
    detnode = FindFullName( "Geometry.Detector.Surface" ) '找到探测器平面节点 5f5ZfK3<i  
@o ED tN  
    Print "found detector array at node " & detnode mm8O  
8`2K=`]ES+  
    srcnode = FindFullName( "Optical Sources.Source 1" ) '找到光源节点 <fJ\AP5  
#5D+XBT  
    Print "found differential detector area at node " & srcnode =FnZkJ  
[xPE?OD  
    GetTrimVolume detnode, trm UU/|s>F  
    detx = trm.xSemiApe ?<;<#JN  
    dety = trm.ySemiApe `9-Zg??8r  
    area = 4 * detx * dety *C BCQp[$  
    Print "detector array semiaperture dimensions are " & detx & " by " & dety 8'_Y=7b0Nw  
    Print "sampling is " & nx & " by " & ny C#Jj;Gd  
9:> K!@  
    'reset differential detector area dimensions to be consistent with sampling Oq5k4  
    pixelx = 2 * detx / nx 5glGlD6R  
    pixely = 2 * dety / ny (R-Q9F+;  
    SetSourcePosGridRandom srcnode, pixelx / 2, pixely / 2, numRays, False i`qh|w/b_  
    Print "resetting source dimensions to " & pixelx / 2 & " by " & pixely / 2 E`|qFG<  
l&B'.6XKs  
    'reset the source power U&R$(k0zS  
    SetSourcePower( srcnode, Sin(DegToRad(15))^2 ) 2e"}5b5  
    Print "resetting the source power to " & GetSourcePower( srcnode ) & " units" RHbwq]  
:X f3wP=  
    'zero out irradiance array [78 .%b'  
    For i = 0 To ny - 1 #pfosC[  
        For j = 0 To nx - 1 %a `dO EO  
            irrad(i,j) = 0.0 BP$#a #  
        Next j H[ q{R  
    Next i I>a a'em  
639k&"V  
    'main loop v%5(-  
    EnableTextPrinting( False ) vEGK{rMA  
R`q!~8u  
    ypos =  dety + pixely / 2 {9 O`/|  
    For i = 0 To ny - 1 ^~l<N@  
        xpos = -detx - pixelx / 2 =*jcO119L  
        ypos = ypos - pixely cmI#R1\  
s`RJl V  
        EnableTextPrinting( True ) ]6 wi  
        Print i W<"\hQI  
        EnableTextPrinting( False ) *\",  qMp  
e% 6{P  
99K+7G\{  
        For j = 0 To nx - 1 R:N-y."La.  
_+iz?|U  
            xpos = xpos + pixelx AHJ;>"]  
MFuI&u!g:  
            'shift source Wh5O{G@Ut  
            LockOperationUpdates srcnode, True UI C? S  
            GetOperation srcnode, 1, op 8 -A7  
            op.val1 = xpos u7WM6X  
            op.val2 = ypos )AXH^&  
            SetOperation srcnode, 1, op L0tKIpk  
            LockOperationUpdates srcnode, False 8[;oUVb5  
2]=I'U<E!  
p)xI5,b$9  
:* b4/qpYv  
            'raytrace ^~ $&  
            DeleteRays ZnLk :6'  
            CreateSource srcnode X:&p9_O@  
            TraceExisting 'draw ]bb}[#AY  
3ohcHQ/a  
            'radiometry yuEOQ\!(u  
            For k = 0 To GetEntityCount()-1 vp-7>Wj  
                If IsSurface( k ) Then %+ a@|Z   
                    temp = AuxDataGetData( k, "temperature" ) / LM  
                    emiss = AuxDataGetData( k, "emissivity" ) I?Fa  
                    If ( temp <> 0 And emiss <> 0 ) Then IQe[ CcM  
                        ProjSolidAngleByPi = GetSurfIncidentPower( k ) i0Q _f!j  
                        frac = BlackBodyFractionalEnergy ( minWave, maxWave, temp ) 5KE%@,k k  
                        irrad(i,j) = irrad(i,j) + frac * emiss * sigma * temp^4 * ProjSolidAngleByPi =@=R)C4f*  
                    End If q- (N Zno  
L^1q/4${  
                End If NP'Ke:  
j%jd@z ]@  
            Next k i03}f%JnuO  
FNCLGAiZ  
        Next j `yX+NRi(s  
O)%kl  
    Next i e.|RC  
    EnableTextPrinting( True ) 7u5\#|yL  
KGmc*Jwy  
    'write out file 9w;J7jgOT!  
    fullfilepath = CurDir() & "\" & fname ."Ix#\|x  
    Open fullfilepath For Output As #1 :*:fu n  
    Print #1, "GRID " & nx & " " & ny }lUpC}aq_  
    Print #1, "1e+308" Ny,A#-?  
    Print #1, pixelx & " " & pixely Q;ZHx.ye{  
    Print #1, -detx+pixelx/2 & " " & -dety+pixely/2 Dh(T) yc  
VfqY_NmgC  
    maxRow = nx - 1 8pMZ~W;  
    maxCol = ny - 1 ivz9R'  
    For rowNum = 0 To maxRow                    ' begin loop over rows (constant X) i2a"J&,6O  
            row = "" |z.GSI_!)  
        For colNum = maxCol To 0 Step -1            ' begin loop over columns (constant Y) )  v5n "W  
            row = row & irrad(colNum,rowNum) & " "     ' append column data to row string w+q;dc8  
        Next colNum                     ' end loop over columns m2q;^o:J  
,9tbu!Pvq  
            Print #1, row U"y'Kd  
roj04|  
    Next rowNum                         ' end loop over rows ,x"yZ  
    Close #1 >l< ~Z;  
? Ga2K  
    Print "File written: " & fullfilepath Rk jKIa  
    Print "All done!!" x$?7)F&z  
End Sub NQiecxvt=  
b}&7~4zw  
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: K1/gJ9+(\  
@23R joK  
N' $DE  
找到Tools工具,点击Open plot files in 3D chart并找到该文件 ^Ii  \vk  
  
?WQd  
#w,WwL!  
打开后,选择二维平面图: U]!.~ji3  
a}qse5Fr  
?+,*YVT  

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)  sP6 ):h  
N#RD:"RS!  
是Virtuallab Fusion物理仿真软件,感兴趣可以加微18001704725
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