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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。 Wj)v,v2&  
!u:;Ew  
成像示意图
C!1)3w|  
首先我们建立十字元件命名为Target vwAhNw2-  
@tRDKPh  
创建方法: lN"@5(5%  
6\UIp#X  
面1 : ww+,GnV  
面型:plane ^P.U_2&  
材料:Air N3)n**  
孔径:X=1.5, Y=6,Z=0.075,形状选择Box wSZMHIW  
A[F@rUZp  
7 > _vH]  
辅助数据: >%N,F`^3  
首先在第一行输入temperature :300K, #N"QTD|i  
emissivity:0.1; YoK )fh$  
l%u8Lq  
d&ff1(j(  
面2 : (6 RWI#  
面型:plane @bAu R  
材料:Air %Yg|QBm|  
孔径:X=1.5, Y=6,Z=0.075,形状选择Box }dU!PZ9N)  
7pyaHe  
y\:Ma7V  
位置坐标:绕Z轴旋转90度, L|'B*  
#op0|:/N  
#g2&x sU  
辅助数据: Osy_C<O  
"d0D8B7HI@  
首先在第一行输入temperature :300K,emissivity: 0.1; o>]z~^c  
!@arPN$  
_Db&f}.`  
Target 元件距离坐标原点-161mm; k2#|^N  
\nTV;@F  
^ME'D  
单透镜参数设定:F=100, bend=0, 位置位于坐标原点 xbCQ^W2YU|  
]T.+(\I  
X<v1ES$  
探测器参数设定: r&F 6ZCw  
z${[Z=  
在菜单栏中选择Create/Element Primitive /plane :/"5x  
:N_DJ51  
R$Qhu xT|  
\W\*'C8q\  
^/}&z  
4#t-?5"  
元件半径为20mm*20,mm,距离坐标原点200mm。 Q/h-Kh mz  
E>r7A5Uo  
光源创建: m|OB_[9  
.Ep&O#  
光源类型选择为任意平面,光源半角设定为15度。 -I;\9r+  
]8'PLsS9<w  
j^hLn >  
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。 rrphOG  
Qf'g2 \  
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。 }iU pBn  
VZ 7(6?W  
wAL}c(EHO  
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。 H_aG\  
h7o.RRhK  
创建分析面: }EJ/H3<  
(zk/>Ou  
V"}Jsr  
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。 O*W<za;  
> +00[T  
ua ky2SgN  
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。 }O| 9Qb  
h b8L[ 4  
FRED在探测器上穿过多个像素点迭代来创建热图 MhB> bnWXR  
3od16{YH  
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。 3Y&4yIx  
将如下的代码放置在树形文件夹 Embedded Scripts, &H+n0v  
XBO( *6"E  
1<*U:W $g  
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。 \F""G,AWq{  
hMV>5Y[s  
绿色字体为说明文字, dT (i*E\j  
}u{gQlV  
'#Language "WWB-COM" {2i8]Sp1d/  
'script for calculating thermal image map pmO0/ty  
'edited rnp 4 november 2005 wTG(U3{3K  
- leYR`P  
'declarations sNP ;  
Dim op As T_OPERATION $TK= :8HY  
Dim trm As T_TRIMVOLUME qOnGP{   
Dim irrad(32,32) As Double 'make consistent with sampling tE-g]y3  
Dim temp As Double w8 `1'*HG  
Dim emiss As Double o/n4M]G  
Dim fname As String, fullfilepath As String dep"$pys>  
uv^x  
'Option Explicit xH}bX-m  
DQaE9gmC  
Sub Main DVJn;X^T:  
    'USER INPUTS aUA)p}/:  
    nx = 31 A5%$<  
    ny = 31 1EWZA  
    numRays = 1000 uU^iY$w  
    minWave = 7    'microns hhFO,  
    maxWave = 11   'microns ^Xu4N"@  
    sigma = 5.67e-14 'watts/mm^2/deg k^4 *-{|m1P  
    fname = "teapotimage.dat" Nd{U|k3pL  
 ARs]qUY  
    Print ""  _+(@?  
    Print "THERMAL IMAGE CALCULATION" g x?r8  
"^a"`?J  
    detnode = FindFullName( "Geometry.Detector.Surface" ) '找到探测器平面节点 ;oDr8a<A  
XD't)B(q  
    Print "found detector array at node " & detnode ZmNNR 1%/  
ItZYOt|Hn  
    srcnode = FindFullName( "Optical Sources.Source 1" ) '找到光源节点 U~;tk@  
^H{YLO  
    Print "found differential detector area at node " & srcnode $$"G1<EZ  
&g1\0t  
    GetTrimVolume detnode, trm fFWi 3.  
    detx = trm.xSemiApe s f->8  
    dety = trm.ySemiApe <gfRAeXA  
    area = 4 * detx * dety E-FR w  
    Print "detector array semiaperture dimensions are " & detx & " by " & dety !6@'H4cb=  
    Print "sampling is " & nx & " by " & ny g|7o1{   
cO 5zg<wF  
    'reset differential detector area dimensions to be consistent with sampling Ym! e}`A\F  
    pixelx = 2 * detx / nx D} j`T  
    pixely = 2 * dety / ny S6 a\KtVa  
    SetSourcePosGridRandom srcnode, pixelx / 2, pixely / 2, numRays, False x;\/Xj ;  
    Print "resetting source dimensions to " & pixelx / 2 & " by " & pixely / 2 oD1k7Gq1  
$(]nl%<Q  
    'reset the source power <JU3sXl  
    SetSourcePower( srcnode, Sin(DegToRad(15))^2 ) J%M [8  
    Print "resetting the source power to " & GetSourcePower( srcnode ) & " units" /]MelW  
UxzF5V5  
    'zero out irradiance array ~(kqq#=s  
    For i = 0 To ny - 1 (V]3w  
        For j = 0 To nx - 1 7v)p\#-  
            irrad(i,j) = 0.0 4KnBb_w  
        Next j uLWu. Vx  
    Next i Hq 3V+$  
V[KN,o{6  
    'main loop &} `a"tYr  
    EnableTextPrinting( False ) 19#>\9*  
w}zmcO:x  
    ypos =  dety + pixely / 2 Q}KOb4D  
    For i = 0 To ny - 1 &b}g.)RI  
        xpos = -detx - pixelx / 2 r~ 2*'zB  
        ypos = ypos - pixely (;%T]?<9#  
i/1$uQ  
        EnableTextPrinting( True ) $D#h, `  
        Print i yb ?Pyq.D  
        EnableTextPrinting( False ) f17E2^(I(}  
UU MB"3e  
| |awNSt  
        For j = 0 To nx - 1 R_KDY  
t'@mUX:-A  
            xpos = xpos + pixelx / Xb4'Qj  
^MF 2Q+  
            'shift source 1BZ##xV*:G  
            LockOperationUpdates srcnode, True s(3HZ>qx;  
            GetOperation srcnode, 1, op 80[# 6`  
            op.val1 = xpos /pPH D]  
            op.val2 = ypos 9&AO  
            SetOperation srcnode, 1, op jYRSV7d  
            LockOperationUpdates srcnode, False V3q`V/\  
e'G=.:  
raytrace =2Yt[8';  
            DeleteRays (EY@{'.&  
            CreateSource srcnode +KIz#uqF8Z  
            TraceExisting 'draw #?>)5C\Hqy  
2a eH^:u  
            'radiometry p TwzVz~  
            For k = 0 To GetEntityCount()-1 `cXLa=B)9  
                If IsSurface( k ) Then jgIG";:Q  
                    temp = AuxDataGetData( k, "temperature" ) e8^/S^ =&d  
                    emiss = AuxDataGetData( k, "emissivity" ) Af]zv~uM  
                    If ( temp <> 0 And emiss <> 0 ) Then {L%JDJ  
                        ProjSolidAngleByPi = GetSurfIncidentPower( k ) =-fM2oiI:  
                        frac = BlackBodyFractionalEnergy ( minWave, maxWave, temp ) $jE<n/8  
                        irrad(i,j) = irrad(i,j) + frac * emiss * sigma * temp^4 * ProjSolidAngleByPi H/x0'  
                    End If h]ae^M  
vu\W5M  
                End If Yr_ B(n  
?%hd3zc+f  
            Next k ~rdS#f&R2  
N'WTIM3W  
        Next j "I/05k K  
!6=;dX  
    Next i s0f+AS|}  
    EnableTextPrinting( True ) N wk  
{\`tt c>  
    'write out file 9d#?,:JG  
    fullfilepath = CurDir() & "\" & fname ~Dq-q6-@t  
    Open fullfilepath For Output As #1 } u;{38~  
    Print #1, "GRID " & nx & " " & ny 3Z9Yzv)A  
    Print #1, "1e+308" C?gqX0[ q  
    Print #1, pixelx & " " & pixely Za|iU`e\  
    Print #1, -detx+pixelx/2 & " " & -dety+pixely/2 w!6{{m  
y,x 2f%x  
    maxRow = nx - 1 !<:Cd(bM  
    maxCol = ny - 1 KJec/qca  
    For rowNum = 0 To maxRow                    ' begin loop over rows (constant X) [#uhMn^  
            row = "" C`i#7zsH  
        For colNum = maxCol To 0 Step -1            ' begin loop over columns (constant Y) 6LCtWX  
            row = row & irrad(colNum,rowNum) & " "     ' append column data to row string 9m$"B*&6G  
        Next colNum                     ' end loop over columns t;w<n"  
Ba m.B6-  
            Print #1, row O~V^]   
ZL<X* l2  
    Next rowNum                         ' end loop over rows ,FzkGB#  
    Close #1 SqPqL<,e  
5WHz_'c  
    Print "File written: " & fullfilepath \{ EVRRXn  
    Print "All done!!" $\J5l$tU  
End Sub &!X<F,  
_D{A`z  
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: dfdK%/' $(  
G|Et'k.F4  
I#(lxlp"Ho  
找到Tools工具,点击Open plot files in 3D chart并找到该文件 S}JOS}\^j  
  
YXWDbr:JX  
.J O3#  
打开后,选择二维平面图: )mm0PJF~q  
G]rY1f0  
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