CN109686215B - 阳光阴影光辐射快速切换装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种阳光阴影光辐射快速切换装置，包括太阳模拟器、真空室和活动热沉，太阳模拟器利用多氙灯单元组合、多路系统光束复合实现辐照面积大、均匀性好的太阳光辐照环境模拟，各氙灯单元设计参数相同，具有较好的一致性，可实现互换，降低了系统的复杂程度；太阳模拟器设于真空室的顶部，光束透过真空室顶部的窗口镜透入真空室照射于被照面处，活动热沉可移动的设于真空室内，能够遮挡或避让各个窗口镜，实现太阳光辐照与阴影状态的快速切换。本发明还涉及一种阳光阴影光辐射快速切换方法，能够实现快速切换阳光/阴影状态。

Description

阳光阴影光辐射快速切换装置及方法

技术领域

本发明涉及空间环境地面模拟技术领域，尤其是涉及一种阳光阴影光辐射快速切换装置及方法。

背景技术

空间环境地面模拟测试中需要进行阳光阴影切换的模拟，在模拟阳光光辐射时，通常采用太阳模拟器，但太阳模拟器功率大、产热高，使用时需预热，无法快速由阴影切换至阳光辐照状态，且在关闭后一段时间内依然残留有热辐射，无法快速切换至阴影状态，使用非常不便。

发明内容

本发明的目的是提供一种阳光阴影光辐射快速切换装置及方法，实现辐照面积大、均匀性好的太阳光辐照环境模拟，并且能够快速切换至阴影状态，实现阴影状态光辐射环境模拟。

为实现上述目的，本发明提供了一种阳光阴影光辐射快速切换装置，包括：太阳模拟器、真空室和活动热沉；

所述太阳模拟器包括多路氙灯投影光学系统；每路所述氙灯投影光学系统均包括一个用于产生系统光束的氙灯组和一个对该路系统光束进行均匀化的光学积分器；

每个所述氙灯组包括多个氙灯单元组件，每个所述氙灯单元组件均包括法兰盘、进风口、聚光镜、灯头和触发器；

其中，所述法兰盘呈圆盘状，设有用于散热的气孔；所述进风口设于所述法兰盘后侧并与所述气孔连通；所述聚光镜为椭球面镜，呈碗状，碗口向前，碗底处开设有圆形孔，所述聚光镜通过聚光镜固定架设于所述法兰盘的前侧，所述圆形孔与所述气孔连通；所述灯头穿过所述聚光镜的圆形孔设于所述法兰盘中心，其发光点位于所述聚光镜第一焦点处；所述触发器设于所述法兰盘后侧并与所述灯头连接，用于点亮所述灯头；

所述太阳模拟器设于所述真空室的顶部，所述真空室顶部设有多个窗口镜，每路所述氙灯投影光学系统中的所述光学积分器均对应一个所述窗口镜，各路系统光束均透过对应的所述窗口镜照射于所述真空室内的被照面处；

所述活动热沉可移动的设于所述真空室内所述窗口镜和被照面之间，与被照面平行，能够遮挡各个所述窗口镜，并能够通入液氮制冷降温，实现阳光与阴影的快速切换。

优选地，每个所述氙灯单元组件均包括三维调整架；所述三维调整架包括固定端、移动端、调整架连杆和三个调节件，所述固定端设于所述法兰盘后侧，所述移动端通过三个所述调节件可移动的设于所述固定端，所述灯头的后端穿过所述法兰盘设于所述移动端，所述灯头的前端通过所述调整架连杆连接所述移动端，三个所述调节件能够调节所述移动端在三个维度上移动，带动所述灯头移动，调整灯头位置。

优选地，所述活动热沉包括至少一个热沉板，每个所述热沉板均通过滑轨设于所述真空室的内部，并能够沿所述滑轨移动。

优选地，所述热沉板包括多个往复排列的制冷管道，相邻的所述制冷管道连通，用于液氮流动。

优选地，每个所述制冷管道均设有两个翅片，两个所述翅片分设于该制冷管道的两侧，相对于该制冷管道中心对称，且沿所述制冷管道轴向延伸；所述翅片边缘处形成斜向翻边，相邻两个所述制冷管道之间的两个所述翅片覆盖区域重叠，两个所述翅片的斜向翻边相对间隔设置。

优选地，所述活动热沉采用电机驱动，所述电机设于所述活动热沉的一侧，且所述电机上设有防辐射屏。

优选地，所述太阳模拟器还包括复合式制冷系统，所述复合式制冷系统和所述多路氙灯投影光学系统均设于密闭的灯室内；

所述复合式制冷系统包括循环风冷却子系统和循环水冷却子系统；

所述循环风冷却子系统包括多个表冷器；多个所述表冷器分布于多路所述氙灯投影光学系统周围，每个所述表冷器内设有多个离心风机，每个所述氙灯单元组件后侧的进风口均通过一个独立风管连接一个所述离心风机的输出端；

所述循环水冷却子系统包括系统进水管、系统回水管和多组局部水冷管；每个所述光学积分器处均设有一组所述局部水冷管；各组所述局部水冷管及各个所述表冷器内部热交换水管的进口分别与所述系统进水管连通，出口分别与所述系统回水管连通。

优选地，所述太阳模拟器中每个所述光学积分器均包括一组对应的场镜和投影镜；所述场镜位于其所在的氙灯投影光学系统中所述聚光镜的第二焦点处，用于将所述聚光镜出瞳成像到对应的所述投影镜上，所述投影镜用于将所述场镜成像并重叠到被照面同一位置。

优选地，所述太阳模拟器包括五路所述氙灯投影光学系统，一路为中间光路系统，另外四路为外围光路系统；

其中，所述中间光路系统包括五个所述氙灯单元组件；一个所述氙灯单元组件位于中间，其产生光束的光轴为第一主光轴；另外四个所述氙灯单元组件围绕所述第一主光轴均匀对称分布；所述中间光路系统的光学积分器与所述第一主光轴垂直；

每路所述外围光路系统均包括七个所述氙灯单元组件，分两排设置，靠近所述中间光路系统的一排设置三个所述氙灯单元组件，其中位于中间的所述氙灯单元组件其产生光束的光轴为第二主光轴；所述外围光路系统的光学积分器与所述第二主光轴垂直；四路所述外围光路系统的第二主光轴围绕所述第一主光轴均匀对称分布。

本发明还提供了一种阳光阴影光辐射快速切换方法，采用如上述任一项所述的阳光阴影光辐射快速切换装置切换阳光阴影状态，具体包括如下步骤：

S1、开启太阳模拟器，对太阳模拟器进行预热，移动活动热沉遮挡各窗口镜并向活动热沉通入液氮制冷降温，使真空室内保持阴影状态；

S2、太阳模拟器预热完毕后，移开活动热沉，太阳模拟器发射的光束通过各窗口镜到达真空室内被照面，模拟阳光光辐射状态；

S3、移动活动热沉遮挡各窗口镜，使真空室内快速切换至阴影状态。

本发明相比于现有技术具有如下有益效果：本发明提供了一种阳光阴影光辐射快速切换装置，包括太阳模拟器、真空室和活动热沉；太阳模拟器利用多氙灯单元组合、多路系统光束复合实现辐照面积大、均匀性好的太阳光辐照环境模拟，各氙灯单元设计参数相同，具有较好的一致性，可实现互换，降低了系统的复杂程度；太阳模拟器设于真空室的顶部，光束透过真空室顶部的窗口镜透入真空室，活动热沉可移动的设于真空室内，能够遮挡各个所述窗口镜，并能够通入液氮制冷降温，可通过避让/遮挡各窗口镜实现太阳光辐照/阴影状态的快速切换。

本发明还提供了一种阳光阴影光辐射快速切换方法，采用上述阳光阴影光辐射快速切换装置，能够实现快速切换阳光/阴影状态，操作方便，且节省时间。

附图说明

图1为本发明实施例中阳光阴影光辐射快速切换装置示意图；

图2为本发明实施例中氙灯单元组件结构示意图；

图3为本发明实施例中三维调整架和灯头的结构示意图；

图4为本发明实施例中活动热沉结构示意图；

图5为本发明实施例中活动热沉(局部)剖面示意图；

图6为本发明实施例中循环风冷却子系统示意图；

图7为本发明实施例中循环水冷却子系统示意图；

图8为本发明实施例中光学积分器结构示意图；

图9为本发明实施例中中间光路系统示意图；

图10为本发明实施例中外围光路系统示意图；

图11为本发明实施例中氙灯单元组件(共33只氙灯)布局图。

图中：1：氙灯单元组件；11：法兰盘；12：进风口；13：触发器；14：聚光镜；15：聚光镜固定架；16：灯头；17：三维调整架；18：调整架连杆；19：被照面；

2：灯室；21：光学积分器；22：场镜；23：投影镜；3：真空室；31：窗口镜；41：表冷器；42：风管；43：离心风机；44：系统进水管；45：系统回水管；46：过滤器；47：排污口；48：场镜框架水冷管；49：投影镜框架水冷管；5：活动热沉；51：制冷管道；52：翅片。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明的实施方式作进一步详细描述。

如图1所示，本发明提供了一种阳光阴影光辐射快速切换装置，包括太阳模拟器、真空室和活动热沉。其中，太阳模拟器包括多路氙灯投影光学系统，多路氙灯投影光学系统的系统光束形成的辐照光斑叠加照射于被照面19,实现辐照面积大、均匀性好的太阳光辐照环境模拟。

具体地，每路氙灯投影光学系统均包括一个用于产生系统光束的氙灯组和一个对该路系统光束进行均匀化的光学积分器21。每个氙灯组包括多个氙灯单元组件1，每个氙灯单元组件1均包括法兰盘11、进风口12、聚光镜14、灯头16和触发器13。

其中，如图2所示，法兰盘11呈圆盘状，法兰盘11上设有用于散热的气孔。进风口12设于法兰盘11后侧并与法兰盘11上的气孔连通，方便空气流动。聚光镜14为椭球面镜，即聚光面为椭球面的一部分。聚光镜14整体呈碗状，碗口向前，碗底处开设有圆形孔,用于安装灯头16和通风散热。如图2所示，聚光镜14通过聚光镜固定架15设于法兰盘11的前侧，圆形孔与气孔连通。优选地，聚光镜固定架15为环形结构，聚光镜14碗口部分通过多个螺钉与聚光镜固定架15连接。理想状态下，聚光镜14应与聚光镜固定架15同心设置，即聚光镜14碗底圆形孔、聚光镜14碗口和聚光镜固定架15三者圆心位于同一直线，但实际安装时，无法确保聚光镜14恰好设置于最佳位置，调节各个螺钉的旋入深度，可在一定范围内调整聚光镜14相对于法兰盘11的倾角，即聚光镜14相对于安装平面的倾角，使得聚光镜14能够更好的汇聚灯头16发出的光线。如图2所示，灯头16的电极穿过聚光镜14的圆形孔设于法兰盘11中心，灯头16的发光点位于聚光镜14第一焦点处。触发器13设于法兰盘11后侧并与灯头16的电极连接，用于点亮灯头16。

优选地，如图2和图3所示，每个氙灯单元组件1均包括三维调整架17。三维调整架17包括固定端、移动端、调整架连杆18和三个调节件。其中，固定端设于法兰盘11后侧，移动端通过三个调节件可移动的设于固定端，灯头16的后端穿过法兰盘11设于移动端，灯头16的前端通过调整架连杆18连接至移动端，确保灯头16不易发生偏斜。优选地，法兰盘11还设有通孔，调整架连杆18穿过法兰盘11的通孔并可在通孔内移动。

每个调节件能够调节移动端相对于固定端在一个维度上移动，三个调节件能够调节移动端在三个维度上移动。如图3所示，优选地，调节件包括调节杆，转动调节杆时，移动端相对于固定端移动，三个调节杆的调节方向相互垂直，一个调节杆的调节方向垂直法兰盘11。当调节三维调整架17中的调节件时，移动端移动，调整架连杆18也随之移动，能够带动灯头16移动，实现调整灯头16的具体位置。

如图1所示，太阳模拟器设于真空室3的顶部，真空室3顶部设有多个窗口镜31，窗口镜31隔绝真空室3内环境与外界环境，但能够透射光线。每路氙灯投影光学系统中的光学积分器21均对应一个窗口镜31，各路系统光束均透过对应的窗口镜31照射于真空室3内的被照面19处，模拟阳光辐照。

活动热沉5可移动的设于真空室3内窗口镜31和被照面19之间，与被照面19平行，能够遮挡(或避让)各个窗口镜31，并能够通入液氮制冷降温，实现阳光光辐射与阴影状态的快速切换。

利用太阳模拟器模拟阳光辐照时，由于太阳模拟器通常功率高、产热大，启动时需进行预热，不能立即达到模拟太阳光辐照的状态，并且在关闭后，依然会残留热辐射，无法迅速改变为阴影状态。

本发明提供了一种阳光阴影光辐射快速切换装置，利用多个氙灯单元组件、多路系统光束叠加实现模拟太阳辐照，形成了多灯冗余结构，降低了由于某支氙灯损坏引起辐照功率大幅度下降的风险，可长时间连续工作，提高了光学系统的时间平均稳定性，并且单灯的散热要求不高，可采用完全风冷结构散热，结构简单，安全性高。同时，该太阳模拟器中各个氙灯单元结构相同，具有较好的一致性，可实现互换，降低了系统的复杂程度。优选地，每个氙灯单元均设有三维调整机构，可在装入前进行调整，微调氙灯单元组件的相对位置，将各个氙灯调整至较佳状态，提高辐照效果。

此外，该装置还包括活动热沉5，通过移动活动热沉5可遮挡或避让窗口镜31，在预热过程中活动热沉5遮挡系统光束，使真空室3内保持阴影状态，预热完成后移开活动热沉5，即可快速将真空室3内的阴影状态切换至太阳光辐照状态。并且，在关闭太阳模拟器后，活动热沉5遮挡窗口镜31并吸收残留的热量，可使真空室3内迅速转为阴影状态。

优选地，活动热沉5包括至少一个热沉板，每个热沉板均通过滑轨设于真空室3的内部，并能够沿各自的滑轨移动，进一步优选地，滑轨行程的起点和终点设有挡块和限位开关，用于限制热沉板的可移动范围。在一个优选的实施方式中，如图4所示，活动热沉5包括一个圆形的热沉板，通过滑轨设于真空室3一侧，可移至各个窗口镜31正下方，完全遮挡各窗口镜31，或移至一侧避让各窗口镜31，不影响各路系统光束照射在被照面19上。在其他实施方式中，也可采用多个热沉板组成的活动热沉5，例如将若干个热沉板周向均匀设置在窗口镜31下方，以类似相机快门的形式实现完全遮挡/避让各窗口镜31。

优选地，热沉板包括多个往复排列的制冷管道51，相邻的制冷管道51连通，用于液氮流动。如图4和图5所示，热沉板包括多个直管，各直管的一端与相邻的直管连通，另一端与另一相邻的直管连通，各个直管连通，构成液氮制冷的流动通路。进一步优选地，如图4所示，热沉板连接有两根金属软管，分别用于输入、输出液氮。采用金属软管输入、输出液氮，活动热沉5移动时金属软管可跟随热沉板移动，灵活性更好。

优选地，每个制冷管道51均设有两个翅片52，两个翅片52分设于该制冷管道51的两侧，相对于该制冷管道51中心对称，例如图5所示，两个翅片52均与被照面19平行，固定设于制冷管道51上、下方(即靠近、远离窗口镜31的一侧)，并分别向两不同的侧向延伸。两个翅片52均沿制冷管道51轴向延伸，优选与制冷管道51等长，翅片52和制冷管道51覆盖区域即为降温区域。

进一步优选地，翅片52边缘处形成斜向翻边，如图5所示，相邻两个制冷管道51之间的相邻两个翅片52覆盖区域重叠，两个翅片52边缘处的斜向翻边相对间隔设置，并不接触。设置翅片52能够有效扩大液氮制冷降温的范围，有助于活动热沉5降温。制冷管道51优选为不锈钢材质，翅片52优选为铜材质。

由于制冷时，液氮在制冷管道51中流动，活动热沉5受均匀辐射热负荷时，制冷管道51处温度T₁最低，远离制冷管道51的翅片52边缘斜向翻边温度T₂最高，最大温差ΔT可表示为：

其中，q表示辐射热负荷，L表示相邻两制冷管道51中心间距，b表示翅片52厚度，K表示翅片52热导率。两制冷管道51中心间距L不应过大，避免翅片52边缘与制冷管道51的温差过高，影响活动热沉5遮挡各系统光束的效果。

优选地，活动热沉5采用电机驱动，由于活动热沉5中间所受热负荷大于边缘，为防止电机接受太多的热量而损坏，电机设于活动热沉5的一侧，并且电机上设有防辐射屏，减少吸收太阳模拟器的热量。

在一个优选的实施方式中，太阳模拟器还包括复合式制冷系统，如图6和图7所示，复合式制冷系统包括循环风冷却子系统和循环水冷却子系统。其中，循环风冷却子系统包括多个表冷器41。多个表冷器41分布于多路氙灯投影光学系统周围，如图6所示，每个表冷器41内设有多个离心风机43，每个氙灯单元组件1后侧的进风口12均通过一个独立的风管42连接一个离心风机43的输出端，风管42可为刚性或柔性风管，各个氙灯单元组件1的前侧为开放式结构。图6中箭头所示为风流动方向，每个离心风机43通过独立风管42将冷却后的空气送入氙灯单元组件1，冷空气经氙灯单元组件1后被加热，由于表冷器41内部离心风机43提供负压力，将热空气重新吸入表冷器41内，与其内部的热交换水管进行热交换后冷却，再由离心风机43通过独立风管42送入氙灯单元组件1，形成风冷循环。由于存在表冷器41对空气进行降温，该循环风冷却子系统冷却效率较高，可为各氙灯单元散热。

如图7所示，循环水冷却子系统包括系统进水管44、系统回水管45和多组局部水冷管。每个光学积分器21处均设有一组局部水冷管。各组局部水冷管及各个表冷器41内部热交换水管的进口均分别与系统进水管44连通，出口均分别与系统回水管45连通，即各组局部水冷管及各个表冷器41内部热交换水管连通于系统进水管44和系统回水管45之间，形成多支路并联水冷循环。

此外，该太阳模拟器根据被冷却部件的不同要求，分设循环水冷却以及循环风冷却两个部分实现制冷。循环风冷主要对各个氙灯单元散热，系统结构简单，可靠性高，安全性好，氙灯单元可长时间正常工作。循环水冷对其他部分散热，水冷却管路口径小，容易拆装，且噪音低。

优选地，如图7所示，循环水冷却子系统的系统进水管44还设有过滤器46，循环水先经过滤器46过滤后，再流入各组局部水冷管及各个表冷器41内部热交换水管中。系统进水管44和系统回水管45端部均设有排污口47，便于排污。进一步优选地，各组局部水冷管及各个表冷器41所在支路设有阀门和监控仪表，用于单独控制该支路的制冷工作状态。

在一种优选的实施方式中，该阳光阴影光辐射快速切换装置还包括密闭的灯室2，复合式制冷系统和多路氙灯投影光学系统均设于灯室2内，系统进水管44和系统回水管45优选为环绕灯室2设置，便于接入各支路的水管。

优选地，太阳模拟器中，每路氙灯投影光学系统中的光学积分器21均对应一个窗口镜31，各路系统光束均通过对应的窗口镜31透出灯室2，照射于被照面19。优选地，如图1所示，真空室为真空球罐，被照面19设于真空球罐内，各个窗口镜31设于真空球罐的顶部，灯室2位于各窗口镜31上方。进一步优选地，灯室2内壁还铺设有吸声材料，可吸收产生的噪音。

由于循环风冷却子系统设置在密闭的灯室2内，被氙灯单元加热的热空气经过灯室2内的表冷器41，与表冷器41内部热交换水管的循环水产生热交换，热量被循环水冷却子系统带走，热空气降温为冷空气，由各个进风口12吹至氙灯单元，对氙灯单元组件1降温，实现闭式循环风冷。可避免系统产生的热量直接排放到室外，并且，避免了直接从室外采风带来的灰尘颗粒吸附在灯表面上，降低了空气过滤的要求。

优选地，如图8所示，每个光学积分器21均包括一组对应的场镜22和投影镜23，场镜22位于其所在的氙灯投影光学系统中聚光镜14的第二焦点处，即同一氙灯组中各个聚光镜14的第二焦点重合于场镜22处，场镜22用于将聚光镜14出瞳成像到对应的投影镜23上，投影镜23设于场镜22远离聚光镜14的一侧，用于将对应的场镜22成像并重叠到被照面19同一位置，在被照面19模拟太阳光辐照。

在一个优选的实施方式中，场镜22包括场镜框架和多个场镜单元透镜，场镜框架设有多个蜂巢结构的通光孔，每个蜂巢结构的通光孔内镶嵌一个场镜单元透镜。投影镜23包括投影镜框架和多个投影镜单元透镜，投影镜框架设有多个圆形的通光孔，每个圆形的通光孔内镶嵌一个投影镜单元透镜。场镜框架和投影镜框架平行同心设置，即场镜框架和投影镜框架的中心连线与二者的法向平行，场镜框架和投影镜框架可采用4个导向杆平行同心联接。优选地，场镜框架和投影镜框架整体为圆形，各个通光孔的位置以阵列形式排列为正六边形。进一步优选地，场镜框架选用不锈钢制造，且在面向聚光镜14方向的表面镀金属反射膜，用来降低场镜框架吸收热量。投影镜框架选用铜制造。

优选地，每组局部水冷管包括场镜框架水冷管48和投影镜框架水冷管49，场镜框架水冷管48设于安装场镜的场镜框架处，环绕各个场镜单元透镜。投影镜框架水冷管49设于安装投影镜的投影镜框架处，环绕各个投影镜单元透镜。进一步优选地，场镜框架水冷管48嵌设于场镜框架边缘处，投影镜框架水冷管49嵌设于投影镜框架边缘处。

如图9至图11所示，在一个优选的实施方式中，该太阳模拟器包括五路氙灯投影光学系统，一路为中间光路系统，另外四路为外围光路系统。

其中，如图9所示，中间光路系统包括五个氙灯单元组件1，一个氙灯单元组件1位于中间，其产生光束的光轴为第一主光轴。另外四个氙灯单元组件1沿周向围绕第一主光轴且均匀对称分布。中间光路系统的光学积分器21(及其对应的窗口镜31)与第一主光轴垂直。优选地，四个氙灯单元组件1产生的各光束的光轴与第一主光轴的夹角均为10°。

如图10所示，每路外围光路系统均包括七个氙灯单元组件1，分两排设置，靠近中间光路系统的一排设置三个氙灯单元组件1，其中，位于该排三个氙灯单元组件1中间的氙灯单元组件1所产生光束的光轴为第二主光轴。外围光路系统的光学积分器21(及其对应的窗口镜31)与其第二主光轴垂直。优选地，远离中间光路系统的另一排设置的四个氙灯单元组件1中，位于最边缘的两个氙灯单元组件1所产生光束的光轴与该路外围光路系统的第二主光轴夹角为12.3°。四路外围光路系统的第二主光轴沿周向围绕第一主光轴均匀对称分布，整体的各个氙灯单元组件1(共33个)排列方式如图11所示。

优选地，各路氙灯投影光学系统产生的系统光束发散角不大于15°，以获得更好的辐照效果，避免被照面19光强分布不均。

为了便于同一控制，在一个优选的实施方式中，该阳光阴影光辐射快速切换装置还包括控制系统，控制系统与复合式制冷系统和多路氙灯投影光学系统电连接，用于控制复合式制冷系统和各个氙灯单元组件1的工作状态。

优选地，灯室2内还设有多个温度传感器，各个温度传感器与控制系统电连接，用于向控制系统反馈灯室2内制冷情况，控制系统可根据温度传感器获取灯室2内温度状况，以便调整复合式制冷系统的工作状态，避免氙灯单元过热。进一步优选地，各个氙灯单元组件1还设有风速传感器，各风速传感器同样与控制系统电连接，控制系统可根据各风速传感器获取循环风冷却子系统的工作状态。

本发明还提供了一种阳光阴影光辐射快速切换方法,采用如上述任一所述的阳光阴影光辐射快速切换装置进行切换，具体包括如下步骤：

S1、开启太阳模拟器对太阳模拟器进行预热，移动活动热沉5遮挡各窗口镜31并向活动热沉5通入液氮制冷降温，使真空室3内保持阴影状态。

优选地，此步骤中，在开启太阳模拟器后，可根据所需光辐射强度，调整太阳模拟器的输出功率，以模拟不同光强的光辐照环境。

S2、太阳模拟器预热完毕后，移开活动热沉5，太阳模拟器发射的光束通过各窗口镜31到达真空室3内被照面19，模拟阳光光辐射状态。

在太阳模拟器预热后，移开活动热沉5即可将真空室3内由阴影状态切换为阳光辐照状态，切换快捷、方便。

S3、移动活动热沉5遮挡各窗口镜31，使真空室3内快速切换至阴影状态。

优选地，步骤S3可分为两种情况，一种情况为仍需多次切换阳光/阴影，此时可不关闭太阳模拟器，移动活动热沉5遮挡住由窗口镜31射入的系统光束，即可模拟阴影状态。需切换回阳光光辐射时，只需再移开活动热沉5，避让各系统光束，即可令被照面19迅速换回到阳光辐照状态。

另一种情况为无需再次切换至阳光状态，此时可关闭太阳模拟器，移动活动热沉5遮挡住各窗口镜31，吸收太阳模拟器发光残留的热辐射，使真空室3内快速进入阴影状态。

优选地，在步骤S1之前，还包括装调所述阳光阴影光辐射快速切换装置，若所述阳光阴影光辐射快速切换装置中各个氙灯单元组件1包括三维调整架17，可在步骤S1前利用三维调整架17调整各个氙灯单元组件1，以获得更好的辐照效果。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (8)

1.一种阳光阴影光辐射快速切换装置，其特征在于：包括太阳模拟器、真空室和活动热沉；

所述太阳模拟器包括多路氙灯投影光学系统；每路所述氙灯投影光学系统均包括一个用于产生系统光束的氙灯组和一个对该路系统光束进行均匀化的光学积分器；

每个所述氙灯组包括多个氙灯单元组件，每个所述氙灯单元组件均包括法兰盘、进风口、聚光镜、灯头和触发器；

其中，所述法兰盘呈圆盘状，设有用于散热的气孔；所述进风口设于所述法兰盘后侧并与所述气孔连通；所述聚光镜为椭球面镜，呈碗状，碗口向前，碗底处开设有圆形孔，所述聚光镜通过聚光镜固定架设于所述法兰盘的前侧，所述圆形孔与所述气孔连通；所述灯头穿过所述聚光镜的圆形孔设于所述法兰盘中心，其发光点位于所述聚光镜第一焦点处；所述触发器设于所述法兰盘后侧并与所述灯头连接，用于点亮所述灯头；

每个所述氙灯单元组件均包括三维调整架；所述三维调整架包括固定端、移动端、调整架连杆和三个调节件，所述固定端设于所述法兰盘后侧，所述移动端通过三个所述调节件可移动的设于所述固定端，所述灯头的后端穿过所述法兰盘设于所述移动端，所述灯头的前端通过所述调整架连杆连接所述移动端，三个所述调节件能够调节所述移动端在三个维度上移动，带动所述灯头移动，调整灯头位置；

所述太阳模拟器设于所述真空室的顶部，所述真空室顶部设有多个窗口镜，每路所述氙灯投影光学系统中的所述光学积分器均对应一个所述窗口镜，各路系统光束均透过对应的所述窗口镜照射于所述真空室内的被照面处；

所述活动热沉可移动的设于所述真空室内所述窗口镜和被照面之间，与被照面平行，能够遮挡各个所述窗口镜，并能够通入液氮制冷降温，用于在预热过程中遮挡系统光束，使所述真空室内保持阴影状态，以及在预热完成后移开，将所述真空室内的阴影状态切换至太阳光辐照状态，实现阳光与阴影的快速切换；

所述太阳模拟器还包括复合式制冷系统，所述复合式制冷系统和所述多路氙灯投影光学系统均设于密闭的灯室内；

所述复合式制冷系统包括循环风冷却子系统和循环水冷却子系统；

所述循环风冷却子系统包括多个表冷器；多个所述表冷器分布于多路所述氙灯投影光学系统周围，每个所述表冷器内设有多个离心风机，每个所述氙灯单元组件后侧的进风口均通过一个独立风管连接一个所述离心风机的输出端；

所述循环水冷却子系统包括系统进水管、系统回水管和多组局部水冷管；每个所述光学积分器处均设有一组所述局部水冷管；各组所述局部水冷管及各个所述表冷器内部热交换水管的进口分别与所述系统进水管连通，出口分别与所述系统回水管连通。

2.如权利要求1所述的阳光阴影光辐射快速切换装置，其特征在于：所述活动热沉包括至少一个热沉板，每个所述热沉板均通过滑轨设于所述真空室的内部，并能够沿所述滑轨移动。

3.如权利要求2所述的阳光阴影光辐射快速切换装置，其特征在于：所述热沉板包括多个往复排列的制冷管道，相邻的所述制冷管道连通，用于液氮流动。

4.如权利要求3所述的阳光阴影光辐射快速切换装置，其特征在于：每个所述制冷管道均设有两个翅片，两个所述翅片分设于该制冷管道的两侧，相对于该制冷管道中心对称，且沿所述制冷管道轴向延伸；所述翅片边缘处形成斜向翻边，相邻两个所述制冷管道之间的两个所述翅片覆盖区域重叠，两个所述翅片的斜向翻边相对间隔设置。

5.如权利要求1所述的阳光阴影光辐射快速切换装置，其特征在于：所述活动热沉采用电机驱动，所述电机设于所述活动热沉的一侧，且所述电机上设有防辐射屏。

6.如权利要求1所述的阳光阴影光辐射快速切换装置，其特征在于：所述太阳模拟器中每个所述光学积分器均包括一组对应的场镜和投影镜；所述场镜位于其所在的氙灯投影光学系统中所述聚光镜的第二焦点处，用于将所述聚光镜出瞳成像到对应的所述投影镜上，所述投影镜用于将所述场镜成像并重叠到被照面同一位置。

7.如权利要求1至6任一项所述的阳光阴影光辐射快速切换装置，其特征在于：所述太阳模拟器包括五路所述氙灯投影光学系统，一路为中间光路系统，另外四路为外围光路系统；

其中，所述中间光路系统包括五个所述氙灯单元组件；一个所述氙灯单元组件位于中间，其产生光束的光轴为第一主光轴；另外四个所述氙灯单元组件围绕所述第一主光轴均匀对称分布；所述中间光路系统的光学积分器与所述第一主光轴垂直；

每路所述外围光路系统均包括七个所述氙灯单元组件，分两排设置，靠近所述中间光路系统的一排设置三个所述氙灯单元组件，其中位于中间的所述氙灯单元组件其产生光束的光轴为第二主光轴；所述外围光路系统的光学积分器与所述第二主光轴垂直；四路所述外围光路系统的第二主光轴围绕所述第一主光轴均匀对称分布。

8.一种阳光阴影光辐射快速切换方法，其特征在于：采用如上述权利要求1至7任一项所述的阳光阴影光辐射快速切换装置切换阳光阴影状态，具体包括如下步骤：

S1、开启太阳模拟器，对太阳模拟器进行预热，移动活动热沉遮挡各窗口镜并向活动热沉通入液氮制冷降温，使真空室内保持阴影状态；

S2、太阳模拟器预热完毕后，移开活动热沉，太阳模拟器发射的光束通过各窗口镜到达真空室内被照面，模拟阳光光辐射状态；

S3、移动活动热沉遮挡各窗口镜，使真空室内快速切换至阴影状态。