CN111724668A - 一种多光源混合太阳模拟装置的光轴对准方法与装置 - Google Patents

Abstract

一种多光源混合太阳模拟装置的光轴对准方法与装置的装置主要包括调整机构Ⅰ、调整机构准Ⅱ、微动机构和接收器；光轴对准方法主要分为四个步骤。第一步骤，将氙灯置于氙灯聚光系统的第一焦点，光学积分器置于氙灯聚光系统的第二焦点；第二步骤，待氙灯、氙灯聚光系统和光学积分器同轴后，安装准直系统；第三步骤，待氙灯、氙灯聚光系统、光学积分器和准直系统同轴后，安装半反半透镜；第四步骤，关闭氙灯光源，安装LED阵列和LED光学系统。

Description

一种多光源混合太阳模拟装置的光轴对准方法与装置

技术领域

本发明涉及太阳模拟技术，尤其涉及一种多光源混合的太阳模拟装置的光轴对准方法与装置。

背景技术

太阳模拟装置是一种在实验室环境下，模拟太阳几何特征和物理特征的装置。太阳模拟装置的模拟指标包括太阳辐照度、辐照均匀度和太阳准直角等。这些指标的实现，不但取决于光源大小、聚光效率、光阑位置、匀光效率，还跟太阳模拟装置中所有光学元件的光轴一致性有关。

传统的太阳模拟装置针对光轴的对准方法，主要是利用经纬仪瞄相对位置和光学系统的中心，并依靠机械件保证光学件的中心位置。而对于多光源混合太阳模拟装置而言，光轴不再是单一的，传统的光轴对准方法不再适用。

这里所说的多光源混合太阳模拟装置主要由氙灯、氙灯聚光系统、光学积分器、准直光学系统、半反半透镜、LED阵列和LED光学系统组成。多光源混合太阳模拟装置的模拟光束来自两个光源，分别是氙灯和LED阵列，并在半反半透镜的作用，将氙灯发出的平行光与LED阵列发出的平行光进行合束，在大辐照度的基础上，叠加了高光谱模拟精度。

针对现有技术中无法实现多光源混合太阳模拟装置光轴对准的技术缺陷，提高一种可实现多光源混合太阳模拟装置光轴对准的方法与装置，已成为本领域技术人员急待解决的一个技术问题。

发明内容

本发明的技术目的是克服现有技术中，针对传统光轴对准方法无法实现多光源混合太阳模拟装置光轴对准的技术问题，提出一种多光源混合太阳模拟装置的光轴对准方法与装置。

为实现以上技术目的，本发明的技术方案是：

一种多光源混合太阳模拟装置的光轴对准方法与装置的装置主要包括调整机构Ⅰ、调整机构准Ⅱ、微动机构和接收器；其中，具体包括置于光学积分器之下，用于调整光学积分器位置的调整机构Ⅰ；置于准直系统之下，用于调整准直系统位置的调整机构准Ⅱ；置于半反半透镜之右，用于调整半反半透镜位置的微动机构；置于半反半透镜之下，用于接收氙灯光源和LED阵列成像的接收器。

一种多光源混合太阳模拟装置的光轴对准方法与装置的方法主要分为四个步骤。第一步骤，将氙灯置于氙灯聚光系统的第一焦点，光学积分器置于氙灯聚光系统的第二焦点；第二步骤，待氙灯、氙灯聚光系统和光学积分器同轴后，安装准直系统；第三步骤，待氙灯、氙灯聚光系统、光学积分器和准直系统同轴后，安装半反半透镜；第四步骤，关闭氙灯光源，安装LED阵列和LED光学系统。

具体的，

第一步骤，将氙灯置于氙灯聚光系统的第一焦点，光学积分器置于氙灯聚光系统的第二焦点；点燃氙灯，观察氙灯经过氙灯聚光系统和光学积分器后的成像，并利用辐照度计对成像面进行测试，找到成像面Ⅰ内的能量最高点，将成像面Ⅰ内的能量最高点与成像面Ⅰ的几何中心对比；若二者重合，则表示氙灯、氙灯聚光系统和光学积分器同轴，若二者不重合，则表示氙灯、氙灯聚光系统和光学积分器不同轴，需要利用调整机构Ⅰ对光学积分器的位置进行调整，直至成像面Ⅰ内的能量最高点与成像面Ⅰ的几何中心重合。

第二步骤，待氙灯、氙灯聚光系统和光学积分器同轴后，安装准直系统，观察氙灯经过氙灯聚光系统、光学积分器和准直系统后的成像，并利用辐照度计对成像面Ⅱ进行测试，找到成像面Ⅱ内的能量最高点，将成像面Ⅱ内的能量最高点与成像面Ⅱ的几何中心对比；若二者重合，则表示氙灯、氙灯聚光系统、光学积分器和准直系统同轴，若二者不重合，则表示氙灯、氙灯聚光系统、光学积分器和准直系统不同轴，需要利用调整机构Ⅱ对准直系统的位置进行调整，直至成像面Ⅱ内的能量最高点与成像面Ⅱ的几何中心重合。

第三步骤，待氙灯、氙灯聚光系统、光学积分器和准直系统同轴后，安装半反半透镜。半反半透镜的作用有两个：第一，实现氙灯光束的折转；第二，实现氙灯光束与LED阵列光束的合束。本步骤中，实现半反半透镜的第一个作用，即实现氙灯光束的折转。将半反半透镜安装后，观察氙灯经过氙灯聚光系统、光学积分器、准直系统和半反半透镜后的成像，并利用辐照度计对接收器上的成像进行测试，找到能量最高点，记录好，备用。

第四步骤，关闭氙灯光源，安装LED阵列和LED光学系统，观察经过半反半透镜后的成像，并找到接收器上成像面的几何中心，与第三步骤中氙灯点亮时的能量最高点进行对比，若二者重合，则表示在半反半透镜的作用下，氙灯光束和LED阵列光束实现了合束，且光束中心重合；若二者不重合，则表示半反半透镜虽然实现了氙灯光束和LED阵列光束的合束，但两个光源的中心不重合，将导致辐照度低、辐照均匀度差等问题，需要利用微动装置对半反半透镜的位置进行调整，直至接收器上的氙灯成像的能量最高点与LED阵列成像的几何中心重合。

综上所述，本发明的技术方法简单可行，操作方便，实现了多光源混合太阳模拟装置的光轴对准。

附图说明

图1为本发明适用的一种多光源混合的太阳模拟装置的组成示意图。

图2为本发明一种多光源混合太阳模拟装置的光轴对准方法与装置的装置组成示意图。

图3为本发明一种多光源混合太阳模拟装置的光轴对准方法与装置的对准方法第一步骤组成示意图。

图4为本发明一种多光源混合太阳模拟装置的光轴对准方法与装置的对准方法第二步骤组成示意图。

图5为本发明一种多光源混合太阳模拟装置的光轴对准方法与装置的对准方法第三步骤组成示意图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。需要说明的是，在附图或说明书中，相似或相同的元件皆使用相同的附图标记。

图1为本发明适用的一种多光源混合的太阳模拟装置的组成示意图，主要由氙灯2、氙灯聚光系统1、光学积分器3、准直光学系统5、半反半透镜7、LED阵列9和LED光学系统8组成。

氙灯聚光系统1具有第一焦点F₁和第二焦点F₂，氙灯聚光系统1的第一焦点F₁上放置氙灯2，氙灯2发出的光束汇聚在氙灯聚光系统1的第二焦点F₂上，第二焦点F₂处放置光学积分器3；同时，光学积分器3也位于准直光学系统5的焦面位置，准直光学系统5的前面放置半反半透镜7；半反半透镜7的上面放置LED光学系统8，LED光学系统8的上面放置LED阵列9；

多光源混合太阳模拟装置的模拟光束来自两个光源，分别是氙灯2和LED阵列9；具体的，氙灯2的作用是实现较高太阳辐照度的模拟，氙灯2发出的光束在半反半透镜7的作用下，光束折转出射；LED阵列9是以氙灯2作为基底光谱，根据太阳标准光谱，配以对应谱段的LED阵列9，提高光谱模拟精度，LED阵列9发出的光束在半反半透镜7的作用下，与氙灯2发出的平行光束合束，从而将氙灯2发出的平行光与LED阵列9发出的平行光进行合束，在大辐照度的基础上，叠加了高光谱模拟精度。

图2为本发明一种多光源混合太阳模拟装置的光轴对准方法与装置的装置组成示意图。

一种多光源混合太阳模拟装置的光轴对准方法与装置的装置主要包括调整机构Ⅰ4、调整机构准Ⅱ6、微动机构10和接收器11；其中，具体包括置于光学积分器3之下，用于调整光学积分器3位置的调整机构Ⅰ4；置于准直系统之下，用于调整准直系统位置的调整机构准Ⅱ6；置于半反半透镜7之右，用于调整半反半透镜7位置的微动机构10；置于半反半透镜7之下，用于接收氙灯2光源和LED阵列9成像的接收器11。

图3为本发明一种多光源混合太阳模拟装置的光轴对准方法与装置的对准方法第一步骤组成示意图。

图4为本发明一种多光源混合太阳模拟装置的光轴对准方法与装置的对准方法第二步骤组成示意图。

图5为本发明一种多光源混合太阳模拟装置的光轴对准方法与装置的对准方法第三步骤组成示意图。

一种多光源混合太阳模拟装置的光轴对准方法与装置的方法主要分为四个步骤。

第一步骤，将氙灯2置于氙灯聚光系统1的第一焦点，光学积分器3置于氙灯聚光系统1的第二焦点；点燃氙灯2，观察氙灯2经过氙灯聚光系统1和光学积分器3后的成像，并利用辐照度计对成像面进行测试，找到成像面Ⅰ内的能量最高点，将成像面Ⅰ内的能量最高点与成像面Ⅰ的几何中心对比；若二者重合，则表示氙灯2、氙灯聚光系统1和光学积分器3同轴，若二者不重合，则表示氙灯2、氙灯聚光系统1和光学积分器3不同轴，需要利用调整机构Ⅰ4对光学积分器3的位置进行调整，直至成像面Ⅰ内的能量最高点与成像面Ⅰ的几何中心重合。

第二步骤，待氙灯2、氙灯聚光系统1和光学积分器3同轴后，安装准直系统，观察氙灯2经过氙灯聚光系统1、光学积分器3和准直系统后的成像，并利用辐照度计对成像面ⅡC02进行测试，找到成像面ⅡC02内的能量最高点，将成像面ⅡC02内的能量最高点与成像面ⅡC02的几何中心对比；若二者重合，则表示氙灯2、氙灯聚光系统1、光学积分器3和准直系统同轴，若二者不重合，则表示氙灯2、氙灯聚光系统1、光学积分器3和准直系统不同轴，需要利用调整机构Ⅱ对准直系统的位置进行调整，直至成像面ⅡC02内的能量最高点与成像面ⅡC02的几何中心重合。

第三步骤，待氙灯2、氙灯聚光系统1、光学积分器3和准直系统同轴后，安装半反半透镜7。半反半透镜7的作用有两个：第一，实现氙灯光束的折转；第二，实现氙灯光束与LED阵列光束的合束。本步骤中，实现半反半透镜7的第一个作用，即实现氙灯光束的折转。将半反半透镜7安装后，观察氙灯2经过氙灯聚光系统1、光学积分器3、准直系统和半反半透镜7后的成像，并利用辐照度计对接收器11上的成像进行测试，找到能量最高点，记录好，备用。

第四步骤，关闭氙灯2光源，安装LED阵列9和LED光学系统8，观察经过半反半透镜7后的成像，并找到接收器11上成像面的几何中心，与第三步骤中氙灯2点亮时的能量最高点进行对比，若二者重合，则表示在半反半透镜7的作用下，氙灯光束和LED阵列光束实现了合束，且光束中心重合；若二者不重合，则表示半反半透镜7虽然实现了氙灯光束和LED阵列光束的合束，但两个光源的中心不重合，将导致辐照度低、辐照均匀度差等问题，需要利用微动装置对半反半透镜7的位置进行调整，直至接收器11上的氙灯2成像的能量最高点与LED阵列9成像的几何中心重合。

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 (1)

1.一种多光源混合太阳模拟装置的光轴对准方法与装置，其特征在于，包括：调整机构Ⅰ、调整机构准Ⅱ、微动机构和接收器；

具体的，

包括置于光学积分器之下，用于调整光学积分器位置的所述调整机构Ⅰ；置于准直系统之下，用于调整所述准直系统位置的所述调整机构准Ⅱ；置于半反半透镜之右，用于调整所述半反半透镜位置的所述微动机构；置于所述半反半透镜之下，用于接收氙灯光源和LED阵列成像的所述接收器；

光轴对准方法分为四个步骤：第一步骤，将氙灯置于氙灯聚光系统的第一焦点，所述光学积分器置于所述氙灯聚光系统的第二焦点；第二步骤，待所述氙灯、所述氙灯聚光系统和所述光学积分器同轴后，安装所述准直系统；第三步骤，待所述氙灯、所述氙灯聚光系统、所述光学积分器和所述准直系统同轴后，安装所述半反半透镜；第四步骤，关闭所述氙灯光源，安装所述LED阵列和所述LED光学系统；

具体的，

第一步骤，将所述氙灯置于所述氙灯聚光系统的所述第一焦点，所述光学积分器置于所述氙灯聚光系统的所述第二焦点；点燃所述氙灯，观察所述氙灯经过所述氙灯聚光系统和所述光学积分器后的成像，并利用辐照度计对成像面进行测试，找到成像面Ⅰ内的能量最高点，将所述成像面Ⅰ内的所述能量最高点与所述成像面Ⅰ的几何中心对比；若二者重合，则表示所述氙灯、所述氙灯聚光系统和所述光学积分器同轴，若二者不重合，则表示所述氙灯、所述氙灯聚光系统和所述光学积分器不同轴，需要利用所述调整机构Ⅰ对所述光学积分器的位置进行调整，直至所述成像面Ⅰ内的所述能量最高点与所述成像面Ⅰ的所述几何中心重合；

第二步骤，待所述氙灯、所述氙灯聚光系统和所述光学积分器同轴后，安装所述准直系统，观察所述氙灯经过所述氙灯聚光系统、所述光学积分器和所述准直系统后的成像，并利用所述辐照度计对成像面Ⅱ进行测试，找到所述成像面Ⅱ内的能量最高点，将所述成像面Ⅱ内的能量最高点与所述成像面Ⅱ的几何中心对比；若二者重合，则表示所述氙灯、所述氙灯聚光系统、所述光学积分器和所述准直系统同轴，若二者不重合，则表示所述氙灯、所述氙灯聚光系统、所述光学积分器和所述准直系统不同轴，需要利用调整机构Ⅱ对所述准直系统的位置进行调整，直至所述成像面Ⅱ内的所述能量最高点与所述成像面Ⅱ的所述几何中心重合；

第三步骤，待所述氙灯、所述氙灯聚光系统、所述光学积分器和所述准直系统同轴后，安装所述半反半透镜；所述半反半透镜的作用有两个：第一，实现所述氙灯光束的折转；第二，实现所述氙灯光束与所述LED阵列光束的合束；本步骤中，实现所述半反半透镜的第一个作用，即实现所述氙灯光束的折转；将所述半反半透镜安装后，观察所述氙灯经过所述氙灯聚光系统、所述光学积分器、所述准直系统和所述半反半透镜后的成像，并利用所述辐照度计对所述接收器上的成像进行测试，找到能量最高点，记录备用；

第四步骤，关闭所述氙灯光源，安装所述LED阵列和所述LED光学系统，观察经过所述半反半透镜后的成像，并找到所述接收器上所述成像面的所述几何中心，与所述第三步骤中所述氙灯点亮时的所述能量最高点进行对比，若二者重合，则表示在所述半反半透镜的作用下，所述氙灯光束和所述LED阵列光束实现了合束，且所述光束中心重合；若二者不重合，则表示所述半反半透镜虽然实现了所述氙灯光束和所述LED阵列光束的合束，但两个光源的中心不重合，将导致辐照度低、辐照均匀度差等问题，需要利用所述微动装置对所述半反半透镜的位置进行调整，直至所述接收器上的所述氙灯成像的能量最高点与LED阵列成像的几何中心重合。

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