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背景：
众所周知，红外线是一种电磁波，位于可见光红光外端，在绝对零度(-273.15℃）以上的物体都辐射红外能量；红外辐射技术在人类科技中的应用更为广泛，工业生产、航天军工等领域都不可缺少对于红外辐射的研究与利用，例如医学行业的红外热成像仪，其工作原理就是将人体作为一个生物红外辐射源,因人体的热态(温度)分布具有一定的稳定性和特征性,机体各部分温度不同,形成了不同的热场(thermal field) 。当人通过热成像系统采集人体红外辐射,并转换为数字信号，形成热成像图，利用临床大数据分析,判断出人体病灶程度,为临床诊断提供了可靠依据。因此红外辐射仿真分析在各个行业均起到了不可替代的作用。
目录：
一、红外加热的起源及物理原理
二、Ansys Speos 红外仿真案例讲解
三、总结
一、红外加热的起源及物理原理
红外辐射本质是一种电磁波，频率介于微波与可见光之间，为0.3THz~400THz, 对真空中的波长区间为0.76~1000um,因不同行业对于波长的定义略有不同，大体可分为：近红外、中红外、远红外、极远红外。
- 近红外—波长位于0.76~3μm的红外线。
- 中红外-波长位于3~6um的红外线。
- 远红外—波长位于6~15μm的红外线。
- 极远红外-波长位于15~1000μm的红外线。
现代物理学认为，所有高于绝对零度（-273.15℃）的物体都会发出红外辐射。红外光谱主要是由分子振动能级的跃迁(同时伴随转动能级跃迁)而产生的。物质吸收红外辐射，是将外界红外辐射迁移能量作用到分子层，而这种能量的转移是通过偶极距的变化来实现的。
偶极子具有一定的固有振动频率,当辐射的红外频率与偶极子频率相匹配时,分子才与红外辐射频率发生相互作用（振动偶合),即分子由原来的基态振动跃迁到较高的振动能级，这种能级的升高导致物体吸收红外辐射产生可被观测的温度变化。这就是红外加热的基本物理原理。
另外辐射的空间分部规律符合朗伯余弦定律，就是黑体在任意方向上的辐射强度与观测方向相对于辐射表面法线夹角的余弦成正比，此定律表明，黑体在辐射表面法线方向的辐射最强。因此，实际做红外检测时。应尽可能选择在被测表面法线方向进行，如果在与法线成角度方向检测，则接收到的红外辐射信号将减弱成法线方向最大值的COS倍。
二、Ansys Speos红外仿真案例
步骤一：定义瓶子为“thermal source”
1-定义左侧瓶子为高热源，并命名为“BOTTLE_HL”;
2-定义右侧瓶子为低热源，并命名为“BOTTLE_LL”;
步骤二：定义设备支架为稳定热源
1- 将设备支架传输带及侧边面定义为热源；
2- 色温为-308K；
步骤三：创建零件的光学属性以及亮度探测器，建立direct simulation和inverse simulation光学系统
1- 选择所有几何体、光源、探测器；
2- 设置正向仿真光线数为200M rays；
3- 建立逆向仿真，同样选择几何体、光源及探测器；
4- 向pass数定义200；
步骤四：分别运行direct simulation和inverse simulation仿真系统，得到如下仿真图，调整标尺可清晰可辩辐射度的能量分布变化。一般情况下逆向仿真因光源从探测器发射出，经过光学系统得到的XMP会比正向仿真会清晰的多。
三、总结
总体来说，Ansys speos推出的“thermic source”可有效且直观红外仿真过程，目前ansys光学软件除了汽车行业、电子行业有广泛运用，同时也在医疗行业、农业行业也逐步将红外热成像仪应用。另外ansys speos软件进行红外成像的过程也非常简单。首先,当我们拿到红外热成像仪数模后,需要先给数模定义材料，如镜头材料，不同的材料对光线的折射率和色彩的吸收透过率都不同，我们便可以定义辐射源,SPEOS软件支持两种方式的辐射源定义,测得的辐射场源文件和直接定义模型表面为辐射源。然后我们根据红外探测器的接收表面大小定义我们仿真的探测器，最后便可以建立光学仿真得到输出结果。
155-2731-8020
