CN111911841A

CN111911841A - 一种用于准直式太阳模拟器的辐照均匀度自动调节系统

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Publication number: CN111911841A
Application number: CN202010810755.3A
Authority: CN
Inventors: 张宇; 刘石; 张国玉
Original assignee: Changchun University of Science and Technology
Current assignee: Changchun University of Science and Technology
Priority date: 2020-08-17
Filing date: 2020-08-17
Publication date: 2020-11-10
Anticipated expiration: 2040-08-17
Also published as: CN111911841B

Abstract

本发明公布了一种用于准直式太阳模拟器的辐照均匀度自动调节系统，由多自由度调整台1和25个辐照度传感器7组成。其中，准直式太阳模拟器由光源3、聚光系统2、匀光系统4、准直光学系统5组成，多自由度调整台1用于调整光源3位置，25个辐照度传感器7用于实时监测辐照面6处的辐照度值；利用多自由度调整台1调整光源3的位移和角度，并实时监测25个辐照度传感器7的辐照度值，同时利用公式计算准直式太阳模拟器的辐照均匀度。

Description

一种用于准直式太阳模拟器的辐照均匀度自动调节系统

技术领域

本发明涉及太阳模拟技术，尤其涉及一种用于准直式太阳模拟器的辐照均匀度自动调节系统。

背景技术

太阳模拟器是一种在地面模拟太阳辐射物理特性和几何特性的试验装置，按辐射光的出射方式不同分为准直式太阳模拟器和发散式太阳模拟器。辐照均匀度作为太阳模拟器的关键技术指标之一，直接决定了太阳模拟器的精度等级。

设计准直式太阳模拟器时，针对辐照均匀度主要从光源、聚光系统、匀光系统、准直光学系统等方面进行组合优化设计，进而模拟较高的辐照均匀度；装调太阳模拟器时，则需将光源、聚光系统、匀光系统、准直光学系统进行联调，以得到辐照均匀度的最佳匹配位置。但是，受光源、聚光系统、匀光系统、准直光学系统设计限制，尤其是光源位置装调时，辐照均匀度的变化敏感，导致太阳模拟器装调复杂，效率低，同时，当模拟的太阳辐射较高时，对装调人员也存在一定的工作伤害。

为提高太阳模拟器辐照均匀度的装调精度，尤其是提高辐照均匀度的装调效率，避免装调人员的工作伤害，需要一种用于准直式太阳模拟器的辐照均匀度自动调节系统，实现辐照均匀度的自动调节。

发明内容

本发明针对现有技术存在的问题，设计一种用于准直式太阳模拟器的辐照均匀度自动调节系统。

针对由光源、聚光系统、匀光系统、准直光学系统组成的准直式太阳模拟器，设计用于调整光源位置的多自由度调整台，并在太阳模拟器辐照面处，设置25个辐照度传感器，通过25个辐照度传感器实时监测的25个辐照度值，计算太阳模拟器的辐照均匀度，并将该辐照均匀度值作为多自由度调整台进行光源位置调整时的阈值条件，进而实现太阳模拟器的辐照均匀度的自动调节。

本发明解决现有技术问题所采用的技术方案是：设计一种用于准直式太阳模拟器的辐照均匀度自动调节系统，由多自由度调整台和25个辐照度传感器组成。

其中，准直式太阳模拟器由光源、聚光系统、匀光系统、准直光学系统组成，光源置于聚光系统前端，聚光系统置于匀光系统前端，匀光系统置于准直光学系统前端。

为实现上述准直式太阳模拟器辐照均匀度的自动调节，设计多自由度调整台置于光源后端，并与光源连接；25个辐照度传感器置于准直光学系统后端，并置于准直式太阳模拟器辐照面处。

其中，1号辐照度传感器置于辐照面中心，其余24个辐照度传感器分三组，每组八个辐照度传感器等径均布在辐照面处。即，2号辐照度传感器、3号辐照度传感器、4号辐照度传感器、5号辐照度传感器、6号辐照度传感器、7号辐照度传感器、8号辐照度传感器、9号辐照度传感器置于辐照面的第一半径R1处；10号辐照度传感器、11号辐照度传感器、12号辐照度传感器、13号辐照度传感器、14号辐照度传感器、15号辐照度传感器、16号辐照度传感器、17号辐照度传感器置于辐照面的第二半径R2处；18号辐照度传感器、19号辐照度传感器、20号辐照度传感器、21号辐照度传感器、22号辐照度传感器、23号辐照度传感器、24号辐照度传感器、25号辐照度传感器置于辐照面的第三半径R3处；并且，R1＜R2＜R3。

如上所述的一种用于准直式太阳模拟器的辐照均匀度自动调节系统，其中，

多自由度调整台用于调整光源位置；

25个辐照度传感器用于实时监测辐照面处的辐照度值；

当准直式太阳模拟器光源发出的光线经过聚光系统、匀光系统和准直光学系统后，在辐照面处形成准直式太阳辐射时，由25个辐照度传感器实时监测辐照面处的25个辐照度值E₁、E₂、E₃、E₄、E₅、E₆、E₇、E₈、E₉、E₁₀、E₁₁、E₁₂、E₁₃、E₁₄、E₁₅、E₁₆、E₁₇、E₁₈、E₁₉、E₂₀、E₂₁、E₂₂、E₂₃、E₂₄、E₂₅；

根据公式（E_max- E_min）/（E_max+ E_min），计算此时准直式太阳模拟器的辐照均匀度；

利用多自由度调整台调整光源的位移和角度，并实时监测25个辐照度传感器的辐照度值，同时利用公式计算准直式太阳模拟器的辐照均匀度，直至准直式太阳模拟器的辐照均匀度满足使用需求，则光源位置的自动调整完毕。

综上所述，本发明主要由多自由度调整台和25个辐照度传感器组成。本发明一种用于准直式太阳模拟器的辐照均匀度自动调节系统采用模块化设计，组成简单，性能可靠，制造成本低，可提高太阳模拟器装调效率，实现辐照均匀度的自动调节。

附图说明

图1为本发明涉及的一种准直式太阳模拟器的总体结构示意图；

图2为本发明一种用于准直式太阳模拟器的辐照均匀度自动调节系统组成示意图；

图3为本发明一种用于准直式太阳模拟器的辐照均匀度自动调节系统中，辐照面处25个辐照度传感器设置位置示意图。

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。

针对由光源3、聚光系统2、匀光系统4、准直光学系统5组成的准直式太阳模拟器，设计用于调整光源3位置的多自由度调整台1，并在太阳模拟器辐照面6处，设置25个辐照度传感器7（包括1号辐照度传感器71、2号辐照度传感器711、3号辐照度传感器712、4号辐照度传感器713、5号辐照度传感器714、6号辐照度传感器715、7号辐照度传感器716、8号辐照度传感器717、9号辐照度传感器718、10号辐照度传感器721、11号辐照度传感器722、12号辐照度传感器723、13号辐照度传感器724、14号辐照度传感器725、15号辐照度传感器726、16号辐照度传感器727、17号辐照度传感器728、18号辐照度传感器731、19号辐照度传感器732、20号辐照度传感器733、21号辐照度传感器734、22号辐照度传感器735、23号辐照度传感器736、24号辐照度传感器737、25号辐照度传感器738），通过25个辐照度传感器实时监测的25个辐照度值，计算太阳模拟器的辐照均匀度，并将该辐照均匀度值作为多自由度调整台1进行光源3位置调整时的阈值条件，进而实现太阳模拟器的辐照均匀度的自动调节。

本发明涉及的一种准直式太阳模拟器由光源3、聚光系统2、匀光系统4、准直光学系统5组成，光源3置于聚光系统2前端，聚光系统2置于匀光系统4前端，匀光系统4置于准直光学系统5前端。

为实现上述准直式太阳模拟器辐照均匀度的自动调节，设计多自由度调整台1置于光源3后端，并与光源3连接；25个辐照度传感器7置于准直光学系统5后端，并置于准直式太阳模拟器辐照面6处。

图3为本发明一种用于准直式太阳模拟器的辐照均匀度自动调节系统中，辐照面6处25个辐照度传感器7设置位置示意图；

1号辐照度传感器71置于辐照面6中心，其余24个辐照度传感器分三组，每组八个辐照度传感器等径均布在辐照面6处。即，2号辐照度传感器711、3号辐照度传感器712、4号辐照度传感器713、5号辐照度传感器714、6号辐照度传感器715、7号辐照度传感器716、8号辐照度传感器717、9号辐照度传感器718置于辐照面6的第一半径R1处；10号辐照度传感器721、11号辐照度传感器722、12号辐照度传感器723、13号辐照度传感器724、14号辐照度传感器725、15号辐照度传感器726、16号辐照度传感器727、17号辐照度传感器728置于辐照面6的第二半径R2处；18号辐照度传感器731、19号辐照度传感器732、20号辐照度传感器733、21号辐照度传感器734、22号辐照度传感器735、23号辐照度传感器736、24号辐照度传感器737、25号辐照度传感器738置于辐照面6的第三半径R3处；并且，R1＜R2＜R3。

多自由度调整台1用于调整光源3位置；

25个辐照度传感器7用于实时监测辐照面6处的辐照度值；

当准直式太阳模拟器光源3发出的光线经过聚光系统2、匀光系统4和准直光学系统5后，在辐照面6处形成准直式太阳辐射时，由25个辐照度传感器7实时监测辐照面6处的25个辐照度值E₁、E₂、E₃、E₄、E₅、E₆、E₇、E₈、E₉、E₁₀、E₁₁、E₁₂、E₁₃、E₁₄、E₁₅、E₁₆、E₁₇、E₁₈、E₁₉、E₂₀、E₂₁、E₂₂、E₂₃、E₂₄、E₂₅；

利用多自由度调整台1调整光源3的位移和角度，并实时监测25个辐照度传感器7的辐照度值，同时利用公式计算准直式太阳模拟器的辐照均匀度，直至准直式太阳模拟器的辐照均匀度满足使用需求，则光源3位置的自动调整完毕。

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

1.一种用于准直式太阳模拟器的辐照均匀度自动调节系统，其特征在于，

由多自由度调整台和25个辐照度传感器组成；

其中，准直式太阳模拟器由光源、聚光系统、匀光系统、准直光学系统组成，光源置于聚光系统前端，聚光系统置于匀光系统前端，匀光系统置于准直光学系统前端；

为实现所述准直式太阳模拟器辐照均匀度的自动调节，设计多自由度调整台置于光源后端，并与光源连接；25个辐照度传感器置于准直光学系统后端，并置于准直式太阳模拟器辐照面处。

2.根据权利要求1所述的一种用于准直式太阳模拟器的辐照均匀度自动调节系统，其特征在于，

多自由度调整台用于调整光源位置；

25个辐照度传感器用于实时监测辐照面处的辐照度值；

利用多自由度调整台调整光源的位移和角度，并实时监测25个辐照度传感器的辐照度值，同时利用公式（E_max- E_min）/（E_max+ E_min），计算准直式太阳模拟器的辐照均匀度，直至准直式太阳模拟器的辐照均匀度满足要求。

3.根据权利要求1所述的一种用于准直式太阳模拟器的辐照均匀度自动调节系统，其特征在于，

25个辐照度传感器包括1号辐照度传感器、2号辐照度传感器、3号辐照度传感器、4号辐照度传感器、5号辐照度传感器、6号辐照度传感器、7号辐照度传感器、8号辐照度传感器、9号辐照度传感器、10号辐照度传感器、11号辐照度传感器、12号辐照度传感器、13号辐照度传感器、14号辐照度传感器、15号辐照度传感器、16号辐照度传感器、17号辐照度传感器、18号辐照度传感器、19号辐照度传感器、20号辐照度传感器、21号辐照度传感器、22号辐照度传感器、23号辐照度传感器、24号辐照度传感器、25号辐照度传感器；

其中，1号辐照度传感器置于辐照面中心，其余24个辐照度传感器分三组，每组八个辐照度传感器等径均布在辐照面处；即，2号辐照度传感器、3号辐照度传感器、4号辐照度传感器、5号辐照度传感器、6号辐照度传感器、7号辐照度传感器、8号辐照度传感器、9号辐照度传感器置于辐照面的第一半径R1处；10号辐照度传感器、11号辐照度传感器、12号辐照度传感器、13号辐照度传感器、14号辐照度传感器、15号辐照度传感器、16号辐照度传感器、17号辐照度传感器置于辐照面的第二半径R2处；18号辐照度传感器、19号辐照度传感器、20号辐照度传感器、21号辐照度传感器、22号辐照度传感器、23号辐照度传感器、24号辐照度传感器、25号辐照度传感器置于辐照面的第三半径R3处；并且，R1＜R2＜R3。