CN112146047A - 一种太阳能光纤照明设备及电化学测试系统 - Google Patents

一种太阳能光纤照明设备及电化学测试系统 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种太阳能光纤照明设备，包括太阳能聚光器、光纤和光纤准直器；所述太阳能聚光器，用于采集太阳光并将太阳光传输给光纤；所述光纤，用于将采集的太阳光传输给光纤准直器；所述光纤准直器，用于将光纤输出的光束转换成平行光束并提供光源。本发明太阳能光纤照明设备直接引用阳光比传统光源模拟的太阳光更接近真实情况，极大的减少了试验成本，极具实用价值。本发明还提供了一种电化学测试系统。

Description

一种太阳能光纤照明设备及电化学测试系统
技术领域
本发明涉及电化学测试设备领域，具体涉及一种太阳能光纤照明设备，本发明还涉及一种包括前述太阳能光纤照明设备的电化学测试系统。
背景技术
光电探测器是利用半导体材料的光电导效应制成的一种光探测器件。为了测试光电探测器件材料的光电探测性能，通常利用电化学工作站配备氙灯光源来模拟太阳光源进行实验测试。电化学工作站是电化学测量系统的简称，所谓的电化学，是电作用与化学作用相互关联的一个化学学科的分支，主要包括通过电流调整化学反应以及通过化学反应产电这两种类型。电化学测试的方法很多，根据测试的内容可以分为三类：电化学热力学性质方面的测试；动力学性质的测试；结合光谱波谱技术、引入光信号等进行的综合测试。电化学测试平台通常用于测试新材料的光电探测本领。
电化学测试平台常用的传统光源用途广泛，应用于太阳能电池，太空育种，航天器受热特性等领域。在传统光源的设计过程中，由于光源最大功耗的限制，使得光斑的聚集问题难上加难。在光源形成聚集光斑时，无法实现自动对焦，且成本过高，多方面因素作用极大的限制了传统光源的通用性。此外，但是由于其波段占比异于太阳辐射谱，同时辐照度均匀性较差，这些缺点严重限制了被测材料光电探测技术测试的准确性。因此，需要寻找新的光源来替代氙灯光源成为目前急需解决的关键性问题。
发明内容
有鉴于此，本发明提供了一种太阳能光纤照明设备，本发明还提供了一种电化学测试系统，以解决现有人造光源存在的无法自动聚焦、成本高、辐照均匀性差等缺点。
第一方面，本发明提供了一种太阳能光纤照明设备，包括太阳能聚光器、光纤和光纤准直器；
所述太阳能聚光器，用于采集太阳光并将太阳光传输给光纤；
所述光纤，用于将采集的太阳光传输给光纤准直器；
所述光纤准直器，用于将光纤输出的光束转换成平行光束并提供光源。
本发明太阳能光纤照明设备包括太阳能聚光器、光纤和光纤准直器，太阳能聚光器置于室外高效采集太阳光，太阳能聚光器通过光纤与光纤准直器光导通并将光束传输至光纤准直器，光纤准直器再将光纤端面射出的发散光束变换为平行光束，然后平行光束作为电化学工作站的光源进行光照工作。本发明太阳能光纤照明设备直接引用阳光比传统光源模拟的太阳光更接近真实情况，极大的减少了试验成本，极具实用价值。本发明提供的太阳能光纤照明设备的最大优点是：该光源同时具有低成本和高仿真的特点，这表明该光源可以很好地应用于实验预算较低或实验拟真要求较高的情况，这样可以极大的提高光源寿命，并降低整体功耗。
优选的，所述太阳能聚光器包括透镜阵列、耦合结构和导光板，所述透镜阵列和导光板设置成通过耦合结构耦合连通；
所述透镜阵列，用于将太阳光线汇聚到到导光板上；
所述导光板，用于以全反射的形式将光束传输到光纤端面。透镜阵列和导光板设置成通过耦合结构耦合连通，由此透镜阵列采集的太阳光能够通过耦合结构传输到导光板上，采用透镜阵列能够有效汇聚太阳光并将太阳光汇聚到位于导光板上的焦点处，然后以全反射的形式在导光板中传输并进入末端的光纤入口端面。
优选的，所述透镜阵列中透镜的宽度为50mm，透镜为PMMA材质制成的透镜。能够有效收集、聚焦太阳光。
优选的，所述透镜阵列中透镜的几何聚光比为500x，光学效率达到76％。
优选的，所述光纤的长度为0.5～5m，所述光纤的直径为0.5～3.6mm。
优选的，所述光纤准直器包括单模尾纤和准直透镜，所述单模尾纤的一端与光纤光导通，所述单模尾纤的另一端与准直透镜光导通；
其中，所述准直透镜的焦距为f＝2.7～20mm。借助于单模尾纤能够有效连接准直透镜与光纤，实现光束高效传输至准直透镜。
第二方面，本发明还提供了一种电化学测试系统，包括暗箱和第一方面任一项所述的太阳能光纤照明设备，所述太阳能光纤照明设备设置成为暗箱提供光源。
本发明电化学测试系统包括暗箱和太阳能光纤照明设备，由太阳能光纤照明设备引入真实的太阳光线照明，方便在暗箱中进行电化学测试，具有成本低、功耗低、效率高、能够自动对焦等优点。
优选的，还包括电化学工作站、电解液槽、电解液和电极；
所述电化学工作站与电极电连接，所述电解液槽、电解液和电极均设置于暗箱中。将电解液槽、电解液和电极设置于暗箱中，方便通过太阳能光纤照明设备引入太阳光进行光化学测试。另外，通过电化学工作站对电极之间的电信号响应进行采集，能够高效显示光化学测试结果。
本发明的优点将会在下面的说明书中部分阐明，一部分根据说明书是显而易见的，或者可以通过本发明实施例的实施而获知。
附图说明
为更清楚地阐述本发明的内容，下面结合附图与具体实施例来对其进行详细说明。
图1为本发明一实施方式提供的太阳能光纤照明设备的模式图；
图2为本发明另一实施方式提供的电化学测试系统的模式图；。
具体实施方式
以下所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围。
第一方面，本发明提供了一种太阳能光纤照明设备，包括太阳能聚光器、光纤和光纤准直器；
所述太阳能聚光器，用于采集太阳光并将太阳光传输给光纤；
所述光纤，用于将采集的太阳光传输给光纤准直器；
所述光纤准直器，用于将光纤输出的光束转换成平行光束并提供光源。
优选的，所述太阳能聚光器包括透镜阵列、耦合结构和导光板，所述透镜阵列和导光板设置成通过耦合结构耦合连通；
所述透镜阵列，用于将太阳光线汇聚到到导光板上；
所述导光板，用于以全反射的形式将光束传输到光纤端面。透镜阵列和导光板设置成通过耦合结构耦合连通，由此透镜阵列采集的太阳光能够通过耦合结构传输到导光板上，采用透镜阵列能够有效汇聚太阳光并将太阳光汇聚到位于导光板上的焦点处，然后以全反射的形式在导光板中传输并进入末端的光纤入口端面。
优选的，所述透镜阵列中透镜的宽度为50mm，透镜为PMMA材质制成的透镜。
优选的，所述透镜阵列中透镜的几何聚光比为500x，光学效率达到76％。
优选的，所述光纤的长度为0.5～5m，所述光纤的直径为0.5～3.6mm。
优选的，所述光纤准直器包括单模尾纤和准直透镜，所述单模尾纤的一端与光纤光导通，所述单模尾纤的另一端与准直透镜光导通；
其中，所述准直透镜的焦距为f＝2.7～20mm。
第二方面，本发明还提供了一种电化学测试系统，包括暗箱和第一方面任一项所述的太阳能光纤照明设备，所述太阳能光纤照明设备设置成为暗箱提供光源。
优选的，还包括电化学工作站、电解液槽、电解液和电极；
所述电化学工作站与电极电连接，所述电解液槽、电解液和电极均设置于暗箱中。
实施例1
请参照图1，为本发明提供的一种实施方式的太阳能光纤照明设备，包括太阳能聚光器1、光纤2和光纤准直器3。太阳能聚光器1置于室外高效采集太阳光，太阳能聚光器1通过光纤2与光纤准直器3光导通并将光束传输至光纤准直器3，光纤准直器3再将光纤2端面射出的发散光束变换为平行光束，然后平行光束作为电化学工作站的光源进行光照工作。
作为优选的实施方式，太阳能聚光器包括透镜阵列11、耦合结构12和导光板13，透镜阵列11用于将太阳光线汇聚到到导光板13上，导光板13再以全反射的形式将光束传输到光纤2上端面，进一步进入到光纤2中传输。
作为优选的实施方式，透镜阵列11中透镜的宽度为50mm，透镜为PMMA材质制成的透镜。
作为优选的实施方式，透镜阵列11中透镜的几何聚光比为500x，光学效率达到76％。
作为优选的实施方式，光纤2的长度为1.2m，光纤2的直径为0.5～3.6mm。
作为优选的实施方式，光纤准直器3包括单模尾纤31和准直透镜32，单模尾纤31的左端与光纤2光导通，单模尾纤31的右端与准直透镜32光导通。其中，准直透镜32的焦距为f＝2.7～20mm。
实施例2
如图2所示，为一种实施方式的电化学测试系统，包括太阳能聚光器1、光纤2和光纤准直器3，还包括暗箱4，太阳能光纤照明设备用于为暗箱4提供光源。
作为优选的实施方式，还包括电化学工作站(未显示)、电解液槽5、电解液7和电极6，电化学工作站与电极6电连接，电解液槽5、电解液7和电极6均设置于暗箱4中，用于进行电化学测试。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (8)

1.一种太阳能光纤照明设备，其特征在于，包括太阳能聚光器、光纤和光纤准直器；
所述太阳能聚光器，用于采集太阳光并将太阳光传输给光纤；
所述光纤，用于将采集的太阳光传输给光纤准直器；
所述光纤准直器，用于将光纤输出的光束转换成平行光束并提供光源。
2.如权利要求1所述的太阳能光纤照明设备，其特征在于，所述太阳能聚光器包括透镜阵列、耦合结构和导光板，所述透镜阵列和导光板设置成通过耦合结构耦合连通；
所述透镜阵列，用于将太阳光线汇聚到到导光板上；
所述导光板，用于以全反射的形式将光束传输到光纤端面。
3.如权利要求2所述的太阳能光纤照明设备，其特征在于，所述透镜阵列中透镜的宽度为50mm，透镜为PMMA材质制成的透镜。
4.如权利要求3所述的太阳能光纤照明设备，其特征在于，所述透镜阵列中透镜的几何聚光比为500x，光学效率达到76％。
5.如权利要求1所述的太阳能光纤照明设备，其特征在于，所述光纤的长度为0.5～5m，所述光纤的直径为0.5～3.6mm。
6.如权利要求1所述的太阳能光纤照明设备，其特征在于，所述光纤准直器包括单模尾纤和准直透镜，所述单模尾纤的一端与光纤光导通，所述单模尾纤的另一端与准直透镜光导通；
其中，所述准直透镜的焦距为f＝2.7～20mm。
7.一种电化学测试系统，其特征在于，包括暗箱和权利要求1-6任一项所述的太阳能光纤照明设备，所述太阳能光纤照明设备设置成为暗箱提供光源。
8.如权利要求7所述的电化学测试系统，其特征在于，还包括电化学工作站、电解液槽、电解液和电极；
所述电化学工作站与电极电连接，所述电解液槽、电解液和电极均设置于暗箱中。
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