紅外仿真
關注創建者：匿名 創建時間：2026-01-04
紅外仿真的實例教程
引 言
隨著紅外探測技術的快速發展，在農業、醫療、軍事領域都得到廣泛的應用。在 19 世紀中葉，紅外探測技術開始應用于天文學研究，到 20 世紀開始，紅外技術快速發展，逐漸引進至軍事應用，在多次軍事行動中表現突出。目前，美國研發的設備最高分辨率可達到 0.001 ℃。
由于艦船熱尾流所處環境比較復雜，需要考慮各種影響因素，采集大量的實驗數據，但時刻變化的環境很難實現在某一特定環境背景下進行多次實驗。因此，本文研究了粗糙海面紅外傳輸特性，建立紅外輻射傳輸模型，模擬仿真粗糙海面及潛艇尾跡高度場分布，綜合考慮輻射傳輸過程中多種影響因素，最終模擬出不同海洋背景及不同探測高度的紅外輻射亮度分布。
海面尾跡成像
潛艇尾跡
潛艇在航行中會對海面造成一定影響，形成一條范圍廣并且很難消去的尾跡，艦船的尾跡主要由海表尾跡、湍流尾跡和內波 3 種組成，其中海表尾跡可以最為直觀地被觀測到。本文利用 Kelvin尾跡模型模擬海面尾跡，該模型是目前尾跡模型中相對比較成熟的模型，將尾跡簡化為分歧波和橫斷波 2 類波組成，尾跡呈 V 字形展開，屬于重力波的一種，尾跡結構如圖 1 所示。
圖 1 Kelvin 尾跡波形特征
紅外成像映射模型
在針對某海域成像時為了圖像更加真實立體，需要建立仿真坐標系，并且需要進行坐標轉換。坐標系統示意圖如圖 2 所示。
圖 2 紅外成像模擬仿真坐標系統成像原理示意圖
熱尾流紅外成像仿真計算
如圖 3 所示，本文采用建模仿真的方法，基于尾流區海平面散度和高度特征，結合三維坐標變換和投影映射方法實現熱尾流目標的成像仿真過程。
展開 紅外加熱爐冷卻通道設計及熱-流耦合仿真 ￥1000
紅外加熱爐是一種利用紅外輻射技術進行加熱的熱處理設備。它通過將電能轉化為紅外輻射能量，直接將熱能傳遞給物體，達到加熱的目的。紅外加熱爐的工作原理是基于物體對紅外輻射的吸收。紅外輻射能量可以被各種物體直接吸收并轉化為熱能，而無需通過傳導或對流來傳遞熱量。當物體暴露在紅外輻射源附近時，紅外輻射能量被物體吸收，使物體內部溫度升高。
本案例設計建立了一紅外加熱爐，并對模型進行了一定的簡化處理，基于COMSOL軟件的多物理場耦合相關模塊，仿真了爐內物體的加熱和冷卻過程。模型圖和仿真結果如下所示：
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展開 image_process=/format,webp" data-initial-src="https://img.jishulink.com/upload/202202/f89026e62895460bb96be76f6105091a.png">
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</div><p><strong>超聲紅外熱探測技術的無損探傷基本原理：</strong></p><p>1、<strong>發射超聲振動：</strong>超聲紅外熱像技術是超聲波發生器產生電信號，產生短脈沖( 50 ～ 200 ms) 、低頻率( 20 ～ 40 kHz) 的超聲波作用于物體表面，超聲波經過界面耦合在物體中傳播。</p><p><strong>2、驅動損傷區域摩擦發熱：</strong>遇到裂紋、分層等損傷時，在超聲波的激勵下介質損傷兩界面間發生接觸碰撞，質點間的摩擦作用使超聲波產生的機械能轉化為熱能，從而使損傷處及相鄰區域的溫度明顯升高，</p><p><strong>3、紅外成像，發現熱區：</strong>其對應表面溫度場的變化可用紅外熱像儀觀察和記錄。</p><p><br></p><p> 此次采用comsol的固體力學和固體傳熱模塊復現 超聲致裂紋摩擦發熱基本原理。</p><p> 其中兩個模塊耦合采用的是固體力學的接觸-摩擦以及相應的摩擦耗散熱進行。</p><p><img src="https://img.jishulink.com/upload/202202/d8ea00fe191141a2b3c48429e6dc7a32.gif"></p><p><br></p>
展開 焊接氣孔是較為常見的缺陷，紅外熱像檢測機理決定其對氣孔類缺陷檢測的優越性和有效性。鑒于紅外熱像法在焊縫缺陷檢測中的應用還很少見，故本文以氣孔缺陷為研究對象，利用workbench建立焊縫氣孔缺陷的紅外熱像檢測三維瞬態熱力學分析模型，從缺陷定性和定量分析的角度，研究激勵方式及激勵參數的選取對焊縫缺陷表面溫度的影響規律，為實際工程應用中焊縫缺陷的紅外熱像檢測提供可靠的檢測依據。
建模以及劃分網格
采用脈沖激勵方式，主要分為兩個過程，主動加熱和自然冷卻過程，持續時間為5s。
主動加熱過程：在0~0.02s內，對試件缺陷表面連續施加熱流密度為40000W/m2的脈沖熱流，脈沖寬度為20ms，由于脈沖時間較短，為了提高求解精度故應設置較小的載荷子步，此處設步長為0.0004s。自然冷卻過程：在0.02~5s 內，刪除脈沖熱流載荷，此時試件表面與環境空氣之間產生對流作用，由于對流時間相對較長，溫度變化較為緩慢，故載荷子步步長設為0.1s即可。結果如圖所示：
利用ANSYS Workbench瞬態熱力學模塊對整個熱波檢測過程進行了模擬，記錄了0~5s內試件表面的溫度場變化。不同時間區間獲取的脈沖紅外序列圖像如圖所示。圖中顯示了不同深度的缺陷表面溫度隨時間的變化，由于脈沖時間極短，能量較大，因此試件表面溫度上升比冷卻速率快。隨著時間的推移，熱波在試件內傳播并擴散到環境中，試件表面溫度在5秒時趨于平衡。
展開 考慮到硅基電光調制器的成熟工藝，下文將展現仿真硅基電光調制的整個流程。后面若有機會再分享鈮酸鋰基電光調制器和基于等離子共振色散的電光調制器。
在這里，硅基調制器的幾何結構以發表在Photonic research【High-speed silicon photonic Mach–Zehnder modulator at 2 μm】的文章為案例。具體參數如下圖所示：
其中，不同區域的載流子濃度如下表格所示：
P
81e17/cm3
P+
21e18/cm3
P++
1e19/cm3
N
41e17/cm3
N+
21e18/cm3
N++
1e19/cm3
接下來，我們使用Charge模塊分析電壓驅動下硅材料的復數折射率的變化。當然，有些研究者比較理想化地考慮電驅動硅材料的摻雜載流子對其折射率的影響，往往采用下面的公式進行計算：
這樣的公式把摻雜硅材料理想花為具有電氣化過程的Drude材料模型。但是，我們希望計算薛定諤方程等方式，更加真實反應摻雜硅材料在電驅動下的折射率改變情況。因此，我們在charge模塊中構建了幾何模型，如下圖所示。
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紅外物鏡案例分析
簡介
紅外物鏡作為紅外成像系統的核心光學部件，通過大口徑前組聚光透鏡、中間像差校正鏡組及后組聚焦鏡組的協同配合，實現紅外波段光線的會聚與像差校正，可有效抑制色差、球差等光學像差，是紅外熱成像、紅外探測及安防監控等領域的關鍵器件。本項目基于 OAS 光學軟件，通過光機熱一體化建模與多維度性能優化，構建高性能紅外物鏡方案，突破傳統紅外物鏡設計中像差校正難
電光調制器，一種通過外部手段改變材料折射率的光電子器件，常用于電信號與光信號轉換過程?，F實當中電光調制器種類繁多，諸如鈮酸鋰基的電光調制器、硅基的電光調制器、基于等離子共振色散的電光調制器等等。然而，這些調制器原理不一樣，這造就了分析調制器的原理和方法不能放之四海而皆準，必然是針對具體問題要采用特定的方法和技巧。考慮到硅基電光調制器的成熟工藝，下文將展現仿真硅基電光調制的整個流程。后面若有機會再分享鈮酸鋰基電光調制器和基于等離子共振色散的電光調制器
四、Anyverse：艙內多模態感知仿真平臺
Anyverse 是一套專為艙內感知系統設計的多模態仿真平臺，覆蓋從駕駛員監控（DMS）到乘員識別（OMS）、兒童存在檢測（CPD）、安全帶識別、紅外仿真、雷達仿真等多場景需求。
紅外加熱爐是一種利用紅外輻射技術進行加熱的熱處理設備。它通過將電能轉化為紅外輻射能量，直接將熱能傳遞給物體，達到加熱的目的。紅外加熱爐的工作原理是基于物體對紅外輻射的吸收。紅外輻射能量可以被各種物體直接吸收并轉化為熱能，而無需通過傳導或對流來傳遞熱量。當物體暴露在紅外輻射源附近時，紅外輻射能量被物體吸收，使物體內部溫度升高。
本案例設計建立了一紅外加熱爐，并對模型進行了一定的簡化處理，基于COMSOL
圖 2 紅外成像模擬仿真坐標系統成像原理示意圖
熱尾流紅外成像仿真計算
如圖 3 所示，本文采用建模仿真的方法，基于尾流區海平面散度和高度特征，結合三維坐標變換和投影映射方法實現熱尾流目標的成像仿真過程。
BORGES等采用CFD仿真和紅外攝像技術從22個水冷電機流道結構方案中篩選了3個最優模型進行加工，顯著地縮短開發時間和降低成本，并進一步采用紅外攝像技術驗證了電機的溫度分布。ZHENG等通過優化水道數量、水流速度和水道分布結構使電機穩定溫度降低了13 ℃。
<p> </p><p>開放群：566811107（資料多，不僅限交流）</p><p>群一：836281296</p><p>群二：594368389 </p><p>群三：1080606488 </p><p>群四： 678357196 </p><p>我的qq： 209870384有興趣的可以加我
焊接缺陷按特征主要劃分為:裂紋、氣孔、夾渣、未融合和未焊透、燒穿和變形等六類主要缺陷。焊接氣孔是較為常見的缺陷，紅外熱像檢測機理決定其對氣孔類缺陷檢測的優越性和有效性。鑒于紅外熱像法在焊縫缺陷檢測中的應用還很少見，故本文以氣孔缺陷為研究對象，利用workbench建立焊縫氣孔缺陷的紅外熱像檢測三維瞬態熱力學分析模型，從缺陷定性和定量分析的角度，研究激勵方式及激勵參數的選取對焊縫缺陷表面溫度的影響規律
4) 支持火焰、爆炸、煙霧、紅外等戰場仿真效果。
5) 提供常用的多精度三維模型。
6) 支持實時多通道和立體顯示。
7) 支持頭盔、姿態傳感器等虛擬現實外設。
3.1.6SimGIS地理信息引擎
是SimVIZ可視化仿真軟件平臺核心部件。主要面向軍事、可視化仿真等領域的應用。
