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infotek 2022-01-24 09:30

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。 !1G6ZC:z  
S7i,oP7  
成像示意图
zt&"K0X|  
首先我们建立十字元件命名为Target %gBulvg  
2F5*C  
创建方法: jQ>~  
-|F(qf  
面1 : MZJ@qIg[Y  
面型:plane {`RCh]W  
材料:Air g$X4ZRSel  
孔径:X=1.5, Y=6,Z=0.075,形状选择Box ZC7ZlL _  
73C7g< Mx  
:$k] ;  
辅助数据: !*I0}I ~  
首先在第一行输入temperature :300K, olA 1,8  
emissivity:0.1; UdGa#rcNW  
HNXMM  
{"rYlN7,  
面2 : :8( "n1^  
面型:plane YCBp ]xuE  
材料:Air q>X30g  
孔径:X=1.5, Y=6,Z=0.075,形状选择Box { $ a $m  
d2\#Zlu<  
_P].Z8  
位置坐标:绕Z轴旋转90度, 4hl`~&yDf  
M\m6|P  
S/?!ESW6  
辅助数据: YRU1^=v  
tBB\^xq:  
首先在第一行输入temperature :300K,emissivity: 0.1; }Bk>'  
0:C^-zrx  
GkU]>8E'"  
Target 元件距离坐标原点-161mm; QmiS/`AAv  
7Be\^%  
$!LL  
单透镜参数设定:F=100, bend=0, 位置位于坐标原点 =6YffXa_s  
506AvD  
K?J?]VCw  
探测器参数设定: }57d3s  
'uBagd>*  
在菜单栏中选择Create/Element Primitive /plane &YpWfY&V  
j&y>?Y&Sb  
C@F3iwTtp  
c}u`L6!I3  
=@\Li)Y  
hLo'q^mGr  
元件半径为20mm*20,mm,距离坐标原点200mm。 <jz\U7TBf  
O!3`^_.  
光源创建: uP.[,V0@^  
 b^dBX  
光源类型选择为任意平面,光源半角设定为15度。 Ld4Jp`Zg  
[g Y.h/  
z~0f[As.  
我们将光源设定在探测器位置上,具体的原理解释请见本章第二部分。 X/AA8QV o  
Jc9BZ`~i  
我们在位置选项又设定一行的目的是通过脚本自动控制光源在探测器平面不同划分区域内不同位置处追迹光线。 e b*w$|y6"  
\L]T|]}(  
u.!<)VIJx  
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。 ;p8,=w  
U#gv ~)\k  
创建分析面: 0(h'ZV  
-egu5#d>  
Y(97},  
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。 {)y8Y9G  
];U}'&  
iosL&*'8  
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。 .NX>d@ Kc  
OE8H |?%  
FRED在探测器上穿过多个像素点迭代来创建热图 N1l&$#Fr!s  
<&87aDYz  
FRED具有一个内置的可编译的Basic脚本语言。从Visual Basic脚本语言里,几乎所有用户图形界面(GUI)命令是可用这里的。FRED同样具有自动的客户端和服务器能力,它可以被调用和并调用其他可启动程序,如Excel。因此可以在探测器像素点上定义多个离轴光源,及在FRED Basic脚本语言里的For Next loops语句沿着探测器像素点向上和向下扫描来反向追迹光线,这样可以使用三维图表查看器(Tools/Open plot files in 3D chart)调用和查看数据。 LQ'VhNU  
将如下的代码放置在树形文件夹 Embedded Scripts, |$QL>{81  
U66}nN9  
i9B1/?^W&  
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。 a";xG,U  
'i7!"Y6>  
绿色字体为说明文字, M].D27  
4SGF8y@WU  
'#Language "WWB-COM" 0o*  
'script for calculating thermal image map zrazFI0G  
'edited rnp 4 november 2005 MoP,a9p  
n%%u0a %  
'declarations vkg."G:=  
Dim op As T_OPERATION &-B&s.,kj  
Dim trm As T_TRIMVOLUME mj^]e/s%  
Dim irrad(32,32) As Double 'make consistent with sampling M hJ;)(  
Dim temp As Double $/XR/  
Dim emiss As Double Yv7`5b{N.  
Dim fname As String, fullfilepath As String $P7G,0-  
F3,djZq  
'Option Explicit TkjPa};R  
[R9!Tz  
Sub Main ?[~)D}] j  
    'USER INPUTS Mz:t[rfs  
    nx = 31 Ymr\8CG/  
    ny = 31 ;DN:AgXP  
    numRays = 1000 -mPrmapb3  
    minWave = 7    'microns g$eZT{{W  
    maxWave = 11   'microns ?&>H^}gDZ  
    sigma = 5.67e-14 'watts/mm^2/deg k^4 HZ.Jc"+M  
    fname = "teapotimage.dat" }N}\<RG  
/@~&zx&_  
    Print "" AcCM W@e  
    Print "THERMAL IMAGE CALCULATION" Xy'qgK?  
9CW8l0  
    detnode = FindFullName( "Geometry.Detector.Surface" ) '找到探测器平面节点 4}t&AW4  
M!E#T-)  
    Print "found detector array at node " & detnode eVx &S a  
4t;m^Iv  
    srcnode = FindFullName( "Optical Sources.Source 1" ) '找到光源节点  cojbuo  
xgQ]#{ tG  
    Print "found differential detector area at node " & srcnode SjRR8p<   
DZ9qIc}Y  
    GetTrimVolume detnode, trm g0~3;y  
    detx = trm.xSemiApe B>TI dQ  
    dety = trm.ySemiApe c(y~,hN&p  
    area = 4 * detx * dety fqgm`4>  
    Print "detector array semiaperture dimensions are " & detx & " by " & dety `+go| 5N2  
    Print "sampling is " & nx & " by " & ny %hqhi@q#  
S.kFs{;1x  
    'reset differential detector area dimensions to be consistent with sampling YvP u%=eF  
    pixelx = 2 * detx / nx >|e>=  
    pixely = 2 * dety / ny >RMp`HxDf  
    SetSourcePosGridRandom srcnode, pixelx / 2, pixely / 2, numRays, False NXyuv7%5=  
    Print "resetting source dimensions to " & pixelx / 2 & " by " & pixely / 2 D@yuldx'/  
b2vc  
    'reset the source power Gr a(DGX  
    SetSourcePower( srcnode, Sin(DegToRad(15))^2 ) ^"Nsb&  
    Print "resetting the source power to " & GetSourcePower( srcnode ) & " units" V^^nJs tV  
LpJ_HU7@lk  
    'zero out irradiance array Mi5"XQ>/  
    For i = 0 To ny - 1 h c9? z}  
        For j = 0 To nx - 1 ,UD,)ZPf[  
            irrad(i,j) = 0.0 `xO&!DN  
        Next j -}?ud3f<  
    Next i }813.U  
`Y`QxU!d%  
    'main loop qt#a_F*rV  
    EnableTextPrinting( False ) B?xu!B,  
G)E#wh_S^  
    ypos =  dety + pixely / 2 u/h!i@_w[  
    For i = 0 To ny - 1 $*Q_3]AY]  
        xpos = -detx - pixelx / 2 Wo^r#iRko  
        ypos = ypos - pixely )n[ oP%  
$ZPiM  
        EnableTextPrinting( True ) M!s@w%0?'  
        Print i w C0fPPeA  
        EnableTextPrinting( False ) 3t4_{']:/  
mmVx',k  
X%1fMC  
        For j = 0 To nx - 1 gr/o!NC  
:K3nJ1G&  
            xpos = xpos + pixelx g8{?;  
"DFj4XKXY9  
            'shift source 4^KoH eM6  
            LockOperationUpdates srcnode, True \sIRV}Tk}N  
            GetOperation srcnode, 1, op oJk$ +v6  
            op.val1 = xpos s1!_zf_  
            op.val2 = ypos BHwQB2t gc  
            SetOperation srcnode, 1, op *yv@-lP5s  
            LockOperationUpdates srcnode, False $rySz7NI  
X`ifjZ9}d  
raytrace COw]1 R  
            DeleteRays ;n*N9-|.  
            CreateSource srcnode bT@7&  
            TraceExisting 'draw H]. 4~ 8  
:zC'jceO  
            'radiometry {.N" 6P  
            For k = 0 To GetEntityCount()-1 Qhnz7/a9  
                If IsSurface( k ) Then -ANp88a  
                    temp = AuxDataGetData( k, "temperature" ) gev7eGH<  
                    emiss = AuxDataGetData( k, "emissivity" ) 2O|o%`?  
                    If ( temp <> 0 And emiss <> 0 ) Then >?,arER  
                        ProjSolidAngleByPi = GetSurfIncidentPower( k ) Dk|<&uVV  
                        frac = BlackBodyFractionalEnergy ( minWave, maxWave, temp ) `he{"0U~S  
                        irrad(i,j) = irrad(i,j) + frac * emiss * sigma * temp^4 * ProjSolidAngleByPi *|x2"?d-F:  
                    End If 'nNw  
% 8kbX  
                End If <G59>H5  
RGGP6SDc  
            Next k y @AKb  
$} S5&  
        Next j R0fZ9_d7}  
EjB<`yT  
    Next i lX`)Avqa  
    EnableTextPrinting( True ) >R?EJ;h  
x#e(&OjN7  
    'write out file lC6#EU;  
    fullfilepath = CurDir() & "\" & fname VG'oy  
    Open fullfilepath For Output As #1 &L-y1'i=j  
    Print #1, "GRID " & nx & " " & ny \PzC:H  
    Print #1, "1e+308" Z{/C4" F  
    Print #1, pixelx & " " & pixely ^Y xqJy  
    Print #1, -detx+pixelx/2 & " " & -dety+pixely/2 gv; =Yhw.c  
0x0.[1mB  
    maxRow = nx - 1  !+IxPn  
    maxCol = ny - 1 gtz!T2%  
    For rowNum = 0 To maxRow                    ' begin loop over rows (constant X) {!B0&x  
            row = "" J=TbZL4y}4  
        For colNum = maxCol To 0 Step -1            ' begin loop over columns (constant Y) L.15EXAB  
            row = row & irrad(colNum,rowNum) & " "     ' append column data to row string b]mRn{r?  
        Next colNum                     ' end loop over columns "8Pxf=   
"Q+'lA[}  
            Print #1, row #l-,2C~  
f9D7T|J?10  
    Next rowNum                         ' end loop over rows x}1(okc  
    Close #1 ~sAINV>A  
@?K(+BGi  
    Print "File written: " & fullfilepath sEdWBT 8  
    Print "All done!!" Bw"L!sZ  
End Sub [j}%&$  
9XS+W w7  
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: ]&VD$Z984r  
+:It1`A~]  
.gT@_.ZD9  
找到Tools工具,点击Open plot files in 3D chart并找到该文件 QE!cf@~n"  
  
*NDLGdQqz  
xVKx#X9yk  
打开后,选择二维平面图: "S[VtuxPCU  
rN{&$+"2  
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