Defining temperature and pressure

Defining temperature and pressure

Определение температуры и давления __________________

Для определения окружающих условий пользователь должен задать две величины:

температуру в градусах Цельсия и давление в атмосферах. Эти значения устанавливаются через диалоговое окно, которое можно открыть командами System, Advanced. В этом диалоговом окне имеется также контрольное окошко с названием «Use T,P». Если это окошко не активизировано, то температура и давление не будут учитываться при вычислениях. При этом вычисления значений показателя преломления будут производиться с большей скоростью, так что это окошко не следует активизировать, если расчеты выполняются для температуры 20°С и давления 1 атм; эти значения устанавливаются по умолчанию. Эти стандартные условия сокращенно обозначаются STP. Если активизировать окошко «Use T,P», то значения температуры и давления будут учитываться при вычислениях показателей преломления.

Глава 22: ТЕРМООПТИЧЕСКИЙ АНАЛИЗ                                                                         22 -1

Defining multiple temperature and pressure values

Определение диапазона изменений температуры и давления _____

Истинная эффективность теплового анализа проявляется в случаях, когда схема должна быть проанализирована или оптимизирована для изменяющихся условий, таких как широкая область изменения температуры или изменение высоты над уровнем моря (давления), или того и другого вместе. Такие схемы ставят несколько новых вопросов:

Должен быть предусмотрен способ задания номинальной температуры, при которой производятся измерения радиусов и толщин элементов.

Изменения величин показателя преломления, радиусов и толщин элементов должны быть объяснены как обусловленные изменениями окружающих условий.

Должно быть принято в рассмотрение воздействие температуры на материал оправ. ZEMAX подходит к решению этой задачи со всей тщательностью. Основной подход

Глава 22: ТЕРМООПТИЧЕСКИЙ АНАЛИЗ                                                                        22 -3

для описания схемы при изменяющихся условиях окружающей среды заключается в следующем:

Задайте схему для некоторых номинальных значений температуры и давления. Обычно это делается для нормальных условий (STP), и эти условия должны быть такими же, при которых будут изготовлены линзы и оправы. Все величины радиусов и толщин элементов будут в дальнейшем фиксироваться только для этих номинальных значений температуры и давления.

Теперь определите дополнительные конфигурации, используя редактор Multi-configuration (смотри главу "Multi-configuration"). Для каждой дополнительной конфигу­рации должны быть определены свои значения температуры и давления, и должно быть установлено специальное условие solve, называемое "ТСЕ pickup solves", которое будет использовано для выверки величин радиусов и толщин элементов для данной конфигурации.

ТСЕ - коэффициент теплового расширения. Когда происходит изменение температу­ры стеклянного элемента, его линейные размеры изменяются в соответствии с выражением:

                                       

где L - линейный размер, а - ТСЕ и ΔТ - изменение температуры. Когда элемент расширяется, его радиус кривизны также увеличивается. Поэтому как толщина, так и радиус стеклянной поверхности изменяются с температурой линейно. Предположение о линейной зависимости является приближенным, но оно достаточно разумно для большинства материалов и обычной области изменения температуры.

Величины коэффициентов ТСЕ вводятся в каталог стекол вместе с данными по дисперсии стекол. Более детальную информацию об этой процедуре можно найти в главе "Using Glass Catalogs".

Defining which parameters consider thermal effects

Thickness (THIC) values

Parameter values

Значения параметров

Свойства ТСЕ pick up solve в применении к параметрам зависят от номера параметра и типа поверхности. Если параметр интерпретируется как линейная длина, то вычисления выполняются так же, как для радиуса кривизны, описанного ранее. Если параметр измеряется в единицах (длина)ⁿ, таких как (длина)² или (длина)^-1, то производится соответствующее масштабирование. В других случаях ТСЕ pick up solve игнорирует тепловые эффекты и значение параметров просто принимаются равными их величинам для номинальной конфигурации.

Глава 22: ТЕРМООПТИЧЕСКИИ АНАЛИЗ                                                                        22 -5

Extra data values

All other values

Все другие значения

Все другие значения непосредственно принимаются равными их величинам в номинальной конфигурации. Тепловые эффекты для них игнорируются.

Automatic thermal setup

Автоматическая установка теплового анализа ______________

Способ введения команды для автоматического теплового анализа схемы описан в главе "Editors Menu" (подраздел "Tools" раздела "Multi-configuration").

Adding ТСЕ data

Введение дополнительных величин ТСЕ _________________

ZEMAX использует два вида ТСЕ данных. Для поверхностей, которые состоят из стекла, содержащегося в одном из каталогов стекол (такое как ВК7 в каталоге Schott), используются каталожные величины ТСЕ. Описание теплового коэффициента а дано в главе "Using Glass Catalogs".

Если поверхность не является стеклянной, величины ТСЕ берутся прямо из ТСЕ колонки редактора "Lens Data Editor". Колонка ТСЕ располагается правее колонок "parameter" и является последней в таблице.

Заметьте, что ТСЕ - безразмерный параметр и всегда вводится без коэффициента 1 Е-6. Поэтому значение 23.50 Е-06 должно быть введено просто как число 23.5. ZEMAX автоматически учитывает фактор 1 Е-6 при вычислении тепловых эффектов.

Modeling gases and liquids

Моделирование газов и жидкостей _____________________

Важная информация по тепловому моделированию газов и жидкостей содержится в главе "Using Glass Catalogs" в разделе "Modeling gases and liquids".

22 -6                                                                                      Chapter 22: THERMAL ANALYSIS

Adding thermal index variation data

Дополнительные данные для температурной зависимости

показателя преломления

Изменения показателя преломления с температурой, давлением воздуха и длиной волны моделируются для любого стекла с помощью данных ранее полиномиальных выражений. Эти выражения требуют знания шести коэффициентов для определения зависимости абсолютного показателя преломления от температуры и длины волны. Часто бывает, что для материалов, введенных в каталоги пользователем, нет данных о величинах этих шести коэффициентов. Однако для большинства каталожных стекол обычно бывает известен коэффициент для линейного приближения зависи­мости показателя преломления от температуры; этот коэффициент называется dn/dt. Если известен только этот коэффициент, то может быть сделано приближение к основному выражению, принимая величины всех коэффициентов, за исключением коэффициента Do, равными нулю:

которое предполагает, что разумное приближение для Do дается формулой

Величину Do нужно вычислить по этой формуле и ввести в каталог стекол. Для п можно принять величину относительного показателя преломления, измеренного при нормальных условиях для центральной длины волны. Исключительно большое внимание следует уделить проверке вычисленных по этой формуле величин показателей преломления для различных длин волн и разных температур, - чтобы быть уверенным, что это приближение является адекватным характеристикам вашего стекла и решаемой вами задаче. Заметьте, что величина dn/dt должна быть абсолютной, а не относительной.

 

Optimizing athermal lenses

Defining temperature and pressure

Определение температуры и давления __________________

Для определения окружающих условий пользователь должен задать две величины:

температуру в градусах Цельсия и давление в атмосферах. Эти значения устанавливаются через диалоговое окно, которое можно открыть командами System, Advanced. В этом диалоговом окне имеется также контрольное окошко с названием «Use T,P». Если это окошко не активизировано, то температура и давление не будут учитываться при вычислениях. При этом вычисления значений показателя преломления будут производиться с большей скоростью, так что это окошко не следует активизировать, если расчеты выполняются для температуры 20°С и давления 1 атм; эти значения устанавливаются по умолчанию. Эти стандартные условия сокращенно обозначаются STP. Если активизировать окошко «Use T,P», то значения температуры и давления будут учитываться при вычислениях показателей преломления.

Глава 22: ТЕРМООПТИЧЕСКИЙ АНАЛИЗ                                                                         22 -1