CN115095818A - 一种远距离辐照太阳模拟器系统 - Google Patents

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Abstract

本发明属于模拟器技术领域，公开了一种远距离辐照太阳模拟器系统包括：光源，用于发出亮度均匀的光；积分器，用于将所述光源发出的光多次反射，所述的积分器进行磨边和/磨毛处理；准直镜，用于使所述积分器出射的光线均匀辐照。本发明的一种远距离辐照太阳模拟器系统能够提高能量利用率和辐照均匀性，形成远距离的均匀太阳辐照。

Description

一种远距离辐照太阳模拟器系统
技术领域
本发明涉及一种太阳模拟器系统，特别是一种远距离辐照太阳模拟器系统。
背景技术
太阳模拟器是用来模拟太阳光的设备，一般包含光源、供电及控制电路、计算机等组成部分。
太阳模拟器的基本原理是利用人工光源模拟太阳光辐射，以克服太阳光辐射受时间和气候影响，并且总辐照度不能调节等缺点，广泛用于航空航天、光伏、农业等领域。
太阳模拟器能够模拟真实太阳的发光特性，用于模拟地球外层空间太阳光辐射，能够在地面实验室内逼真再现空间环境太阳辐照的准直性、均匀性和光谱特性。太阳模拟器主要由光源、聚光反射镜、光学积分器和准直镜等组成，光源发出亮度均匀的光经过聚光反射镜后，经光学积分器由准直镜成平行光出射，完成对无穷远太阳的模拟。
因实现场地空间受限，太阳模拟器光轴与辐照区域夹角较小，且辐照区域与准直镜距离远大于积分器与准直镜距离。而现有太阳模拟器一般要求辐照区域与准直镜距离和积分器与准直镜距离相当。如果按照现有太阳模拟器设计方法，模拟的太阳辐照在实际要求的辐照区域位置已经发散无法形成均匀的太阳辐照模拟。
因此，目前亟需一种辐照均匀的、辐照距离远的、辐照稳定的一种远距离辐照太阳模拟器系统。
发明内容
本发明的目的是针对以上至少一部分不足之处，提供一种辐照均匀的、辐照距离远的、辐照稳定的一种远距离辐照太阳模拟器系统。
本发明提供了一种远距离辐照太阳模拟器系统，包括：
光源，用于发出亮度均匀的光；
积分器，用于将所述光源发出的光多次反射，所述的积分器进行磨边和/磨毛处理；
准直镜，用于使所述积分器出射的光线均匀辐照。
在一些实施例中，所述的远距离辐照太阳模拟器系统还包括：电源、控制及散热组件、旋转机构和扫描准直镜；
所述光源包括光源模块，所述的光源模块位于所述的电源、控制及散热组件的上方；
所述积分器包括积分器模块，所述的积分器模块位于所述的光源模块的上方；
所述准直镜包括准直镜组，所述的准直镜组位于所述的积分器模块的上方；
所述的旋转机构位于所述的准直镜组的上方，与所述的扫描准直镜连接，用于带动所述的扫描准直镜转动；
所述的扫描准直镜位于所述的旋转机构上，用于接收所述的准直镜组出射的光线。
本发明一种远距离辐照太阳模拟器系统，包括：
光源，其用于发射均匀亮度的光束，所述光源与支架固定；
支架，与机架固定；
第一反射镜，其配置在所述光源的外部，所述第一反射镜用于第一次反射光束；
第二反射镜，其用于第二次反射光束，所述第二反射镜与所述支架固定；
光学积分器，其用于折射光束，所述光学积分器与支架连接；
第三反射镜，其用于将所述光学积分器折射后的光束进行第三次反射，所述第三反射镜与支架固定；
准直镜，其用于将所述第三反射镜反射的光束折射为平行光束，所述准直镜与所述支架连接；
摆动部，其通过电机控制多连杆机构使所述光学积分器能够摆动，并使所述准直镜能够纵向往复移动。
本发明一种远距离辐照太阳模拟器系统，其中所述摆动部包括电机、输出轴、第一连杆、第二连杆、第三连杆、三角杆、第四连杆、第五连杆、第六连杆、第一直齿轮、第二直齿轮和第一轴；
所述支架与电机固定，所述电机的输出轴与第一直齿轮固定，所述第一直齿轮与第二直齿轮啮合，所述第二直齿轮与第一轴同轴固定，所述第一轴通过轴承安装在所述支架上，所述第一轴与第一连杆的一端固定，所述第一连杆的一端与所述第二连杆的一端铰链连接，所述第二连杆的另一端与第三连杆的一端铰链连接，所述第三连杆的另一端与所述三角杆的中部铰链连接，所述三角杆的中部与所述第四连杆的一端铰链连接，所述第四连杆的另一端与所述支架铰链连接，所述三角杆的一端与所述第一连杆的另一端铰链连接，所述三角杆的另一端与第五连杆的一端铰链连接，所述第五连杆的中部与所述第六连杆的一端铰链连接，所述第六连杆的另一端与所述第二连杆的另一端铰链连接；
所述第四连杆与所述光学积分器连接，所述第五连杆的另一端与所述准直镜固定。
本发明一种远距离辐照太阳模拟器系统，其中所述第四连杆与所述光学积分器固定。
本发明一种远距离辐照太阳模拟器系统，其中所述第三连杆与所述第五连杆平行设置，所述三角杆与所述第六连杆平行设置且长度相同，所述第六连杆的长度与所述第三连杆的长度相同。
本发明一种远距离辐照太阳模拟器系统，其中所述第二连杆和所述第四连杆平行设置且长度相同。
本发明一种远距离辐照太阳模拟器系统，其中所述第二反射镜由左至右、由下至上倾斜设置。
本发明一种远距离辐照太阳模拟器系统，其中所述光学积分器为六棱柱体结构。
本发明一种远距离辐照太阳模拟器系统，其中所述支架包括底板、背板和侧板，所述底板、背板、侧板相互连接并固定。
本发明一种远距离辐照太阳模拟器系统，其中所述第四连杆第一固定块固定，所述第一固定块与所述光学积分器固定。
本发明一种远距离辐照太阳模拟器系统，其中所述第一反射镜为椭球面反射镜。
本发明提供的一种远距离辐照太阳模拟器系统与现有技术不同之处在于本发明的远距离辐照太阳模拟器系统中积分器进行磨边和/磨毛处理，可提高能量利用率和辐照均匀性，形成远距离的均匀太阳辐照；并且，还能够通过所述电机控制所述多连杆机构能够使所述光学积分器摆动，从而改变光束的入射角度，从而使光束在光学积分器中能够折射较多次数，从而使所述发射的杂乱无章的光束转化成均匀的光束，并使所述准直镜能够纵向往复移动，从而能够使所述准直镜与所述光学积分器的距离增大，使光束在准直镜上的辐照面积增大并增加辐照距离。
下面结合附图对本发明的一种远距离辐照太阳模拟器系统作进一步说明。
附图说明
图1是一种远距离辐照太阳模拟器系统的主视图；
图2是图1所示一种远距离辐照太阳模拟器系统的动态变化图；
图3是一种远距离辐照太阳模拟器系统发射光束的示意图；
图4是一种远距离辐照太阳模拟器系统发射光束的变化示意图；
图5是一种远距离辐照太阳模拟器系统的结构示意图。
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中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
如图1～图5所示，本发明提供了一种远距离辐照太阳模拟器系统，包括：
光源，用于发出亮度均匀的光；
积分器，用于将所述光源发出的光多次反射，所述的积分器进行磨边和/磨毛处理；
准直镜，用于使所述积分器出射的光线均匀辐照。
本发明的积分器可采用六棱柱体的光学玻璃，通过进行磨边和/磨毛处理，使得光源在积分器内部成虚像，消除积分器表面在辐照区域成像的影响，能够提高能量利用率和辐照均匀性。
参见图1至图4，所述积分器包括光学积分器104，本发明提供的一种远距离辐照太阳模拟器系统，包括：
光源100，其用于发射均匀亮度的光束，所述光源100与支架101固定；
支架101，与机架固定；
第一反射镜102，其配置在所述光源100的外部，所述第一反射镜102用于第一次反射光束；
第二反射镜103，其用于第二次反射光束，所述第二反射镜103与所述支架101固定；
光学积分器104，其用于折射光束，所述光学积分器104与支架101连接；
第三反射镜105，其用于将所述光学积分器104折射后的光束进行第三次反射，所述第三反射镜105与支架101固定；
准直镜106，其用于将所述第三反射镜105反射的光束折射为平行光束，所述准直镜106与所述支架101连接；
摆动部200，其通过电机201控制多连杆机构使所述光学积分器104能够摆动，并使所述准直镜106能够纵向往复移动。
本发明通过所述电机201控制所述多连杆机构能够使所述光学积分器104摆动，从而改变光束的入射角度，从而使光束在光学积分器104中能够折射较多次数，从而使所述发射的杂乱无章的光束转化成均匀的光束，并使所述准直镜106能够纵向往复移动，从而能够使所述准直镜106与所述光学积分器104的距离增大，使光束在准直镜106上的辐照面积增大并增加辐照距离。
其中，所述电机201的电源模块包括电池、电控模块、无线通信模块，所述无线通信模块能够与用户终端连接，所述无线通信模块与电控模块电连接，所述电控模块与电池和电机连接。
本发明通过上述电源模块可使用户终端无线控制摆动部200，从而用户终端能够无线控制摆动部200的开关、旋转方向、旋转速率，以调节所述光学积分器104和准直镜106的位置。
其中，所述光学积分器104可与所述支架101固定。
其中，所述准直镜106可与所述支架101固定。
其中，所述第一反射镜102可为椭球面反射镜。
本发明通过上述结构能够使所述光源100发出的光，经椭球面反射镜后都汇聚到所述第二反射镜103上。
优选的，参见图1、图2，所述摆动部200包括电机201、输出轴202、第一连杆203、第二连杆204、第三连杆205、三角杆206、第四连杆207、第五连杆208、第六连杆209、第一直齿轮210、第二直齿轮211和第一轴212；
所述支架101与电机201固定，所述电机201的输出轴202与第一直齿轮210固定，所述第一直齿轮210与第二直齿轮211啮合，所述第二直齿轮211与第一轴212同轴固定，所述第一轴212通过轴承安装在所述支架101上，所述第一轴212与第一连杆203的一端固定，所述第一连杆203的一端与所述第二连杆204的一端铰链连接，所述第二连杆204的另一端与第三连杆205的一端铰链连接，所述第三连杆205的另一端与所述三角杆206的中部铰链连接，所述三角杆206的中部与所述第四连杆207的一端铰链连接，所述第四连杆207的另一端与所述支架101铰链连接，所述三角杆206的一端与所述第一连杆203的另一端铰链连接，所述三角杆206的另一端与第五连杆208的一端铰链连接，所述第五连杆208的中部与所述第六连杆209的一端铰链连接，所述第六连杆209的另一端与所述第二连杆204的另一端铰链连接；
所述第四连杆207与所述光学积分器104连接，所述第五连杆208的另一端与所述准直镜106固定。
本发明通过所述电机201的输出轴202顺时针转动带动所述第一直齿轮210顺时针转动，所述第一直齿轮210带动所述第二直齿轮211逆时针转动，所述第二直齿轮211带动所述第一轴212逆时针转动，所述第一轴212带动所述第一连杆203逆时针摆动，所述第一连杆203带动所述三角杆206逆时针摆动，所述三角杆206带动所述第三连杆205逆时针摆动，所述第三连杆205带动所述第二连杆204逆时针摆动，所述三角杆206带动所述第四连杆207逆时针摆动，所述第四连杆207带动所述第光学积分器104逆时针摆动，从而调整了所述光学积分器104的角度，使所述光束在经过所述第一反射镜102、第二反射镜103进入到所述光学积分器104中时，能够使入射角度变大，从而使光束在所述光学积分器104中折射的次数更多，从而使反射的光束更加均匀，所述第三连杆205摆动的同时还能带动所述第六连杆209逆时针摆动，所述第六连杆209和所述第五连杆208带动所述准直镜106向上运动，从而减小所述准直镜106与所述光学积分器104的距离，从而增加辐照面积和辐照距离。
其中，所述第一连杆203的一端与所述第二连杆204的一端也可为固定连接。
其中，所述第四连杆207与所述光学积分器104固定。
其中，所述第三连杆205与所述第五连杆208平行设置，所述三角杆206与所述第六连杆209平行设置且长度相同，所述第六连杆209的长度与所述第三连杆205的长度相同。
本发明通过上述内容设置的平行四边形结构能够使所述第五连杆208运动的更加稳定，使结构整体受力更加均匀，从而能够使所述光学积分器104摆动的更加稳定，并使所述准直镜106往复运动的更加稳定。
其中，所述第二连杆204和所述第四连杆207平行设置且长度相同。
本发明通过上述结构能够使所述从而能够使所述光学积分器104摆动的更加稳定。
其中，所述第二反射镜103由左至右、由下至上倾斜设置。
本发明通过倾斜设置的所述第二反射镜103能够使光束反射至所述光学积分器104中，所述第二反射镜103的倾斜角度为10-60度，优选为45度。
其中，所述第三反射镜105由左至右、由上至下倾斜设置。
本发明通过倾斜设置的所述第三反射镜105能够使光束经过所述光学积分器104折射出来后能够通过所述第三反射镜105折射至准直镜106中，所述第三反射镜105的倾斜角度为10-60度，优选为55度。
其中，所述光学积分器104为六棱柱体结构。
本发明通过上述结构设计的所述光学积分器104能够使光束在柱体内部多次反射，每次反射都可形成虚拟光源像，多次反射形成二维的虚拟光源矩阵，从而使得光更加均匀。
其中，所述支架101包括底板301、背板302和侧板303，所述底板301、背板302、侧板303相互连接并固定。
其中，所述第四连杆207第一固定块213固定，所述第一固定块213与所述光学积分器401固定。
本发明通过上述机构能够使所述第四连杆207在摆动时受力更加均匀，同时也能够方便其他零件的安装。
如图5所示，本发明提供的一种远距离辐照太阳模拟器系统，还包括：电源、控制及散热组件601、旋转机构605和扫描准直镜604；其中，
所述光源包括光源模块602，所述的光源模块602位于所述的电源、控制及散热组件601的上方；如图5所示，“上方”指相对地面而言；
所述积分器包括积分器模块603，所述的积分器模块603位于所述的光源模块602的上方；
所述准直镜包括准直镜组606，所述的准直镜组606位于所述的积分器模块603的上方；准直镜组606可包括第一透镜和准直透镜，第一透镜用于将积分器发出的光投射至准直透镜焦点处，准直透镜用于配合第一透镜使光线在远距离形成均匀辐照；
所述的旋转机构605位于所述的准直镜组606的上方，与所述的扫描准直镜604连接，用于带动所述的扫描准直镜604转动，以实现调节辐照距离及辐照方向；
所述的扫描准直镜604位于所述的旋转机构605上，用于接收所述的准直镜组606出射的光线，并令接收到的光线出射。扫描准直镜604可采用凹面反射镜。
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 (10)

1.一种远距离辐照太阳模拟器系统，其特征在于，包括：
光源，用于发出亮度均匀的光；
积分器，用于将所述光源发出的光多次反射，所述的积分器进行磨边和/磨毛处理；
准直镜，用于使所述积分器出射的光线均匀辐照。
2.根据权利要求1所述的远距离辐照太阳模拟器系统，其特征在于，还包括：电源、控制及散热组件(601)、旋转机构(605)和扫描准直镜(604)；
所述光源包括光源模块(602)，所述的光源模块(602)位于所述的电源、控制及散热组件(601)的上方；
所述积分器包括积分器模块(603)，所述的积分器模块(603)位于所述的光源模块(602)的上方；
所述准直镜包括准直镜组(606)，所述的准直镜组(606)位于所述的积分器模块(603)的上方；
所述的旋转机构(605)位于所述的准直镜组(606)的上方，与所述的扫描准直镜(604)连接，用于带动所述的扫描准直镜(604)转动；
所述的扫描准直镜(604)位于所述的旋转机构(605)上，用于接收所述的准直镜组(606)出射的光线。
3.根据权利要求1所述的远距离辐照太阳模拟器系统，其特征在于，还包括：支架(101)、第一反射镜(102)、第二反射镜(103)、第三反射镜(105)和摆动部(200)；
所述的支架(101)与机架固定，所述光源与所述支架(101)固定；
所述的第一反射镜(102)配置在所述光源的外部，所述第一反射镜(102)用于第一次反射光束；
所述的第二反射镜(103)用于第二次反射光束，所述第二反射镜(103)与所述支架(101)固定；
所述积分器包括光学积分器(104)，其用于折射光束，所述光学积分器(104)与所述支架(101)连接；
所述的第三反射镜(105)用于将所述光学积分器(104)折射后的光束进行第三次反射，所述第三反射镜(105)与所述支架(101)固定；
所述准直镜用于将所述第三反射镜(105)反射的光束折射为平行光束，所述准直镜与所述支架(101)连接；
所述的摆动部(200)通过电机(201)控制多连杆机构使所述光学积分器(104)能够摆动，并使所述准直镜能够纵向往复移动。
4.根据权利要求3所述的一种远距离辐照太阳模拟器系统，其特征在于：所述摆动部(200)包括电机(201)、输出轴(202)、第一连杆(203)、第二连杆(204)、第三连杆(205)、三角杆(206)、第四连杆(207)、第五连杆(208)、第六连杆(209)、第一直齿轮(210)、第二直齿轮(211)和第一轴(212)；
所述支架(101)与电机(201)固定，所述电机(201)的输出轴(202)与第一直齿轮(210)固定，所述第一直齿轮(210)与第二直齿轮(211)啮合，所述第二直齿轮(211)与第一轴(212)同轴固定，所述第一轴(212)通过轴承安装在所述支架(101)上，所述第一轴(212)与第一连杆(203)的一端固定，所述第一连杆(203)的一端与所述第二连杆(204)的一端铰链连接，所述第二连杆(204)的另一端与第三连杆(205)的一端铰链连接，所述第三连杆(205)的另一端与所述三角杆(206)的中部铰链连接，所述三角杆(206)的中部与所述第四连杆(207)的一端铰链连接，所述第四连杆(207)的另一端与所述支架(101)铰链连接，所述三角杆(206)的一端与所述第一连杆(203)的另一端铰链连接，所述三角杆(206)的另一端与第五连杆(208)的一端铰链连接，所述第五连杆(208)的中部与所述第六连杆(209)的一端铰链连接，所述第六连杆(209)的另一端与所述第二连杆(204)的另一端铰链连接；
所述第四连杆(207)与所述光学积分器(104)连接，所述第五连杆(208)的另一端与所述准直镜固定。
5.根据权利要求4所述的一种远距离辐照太阳模拟器系统，其特征在于：所述第四连杆(207)与所述光学积分器(104)固定。
6.根据权利要求5所述的一种远距离辐照太阳模拟器系统，其特征在于：所述第三连杆(205)与所述第五连杆(208)平行设置，所述三角杆(206)与所述第六连杆(209)平行设置且长度相同，所述第六连杆(209)的长度与所述第三连杆(205)的长度相同。
7.根据权利要求6所述的一种远距离辐照太阳模拟器系统，其特征在于：所述第二连杆(204)和所述第四连杆(207)平行设置且长度相同。
8.根据权利要求7所述的一种远距离辐照太阳模拟器系统，其特征在于：所述第二反射镜(103)由左至右、由下至上倾斜设置。
9.根据权利要求8所述的一种远距离辐照太阳模拟器系统，其特征在于：所述光学积分器(104)为六棱柱体结构。
10.根据权利要求8所述的一种远距离辐照太阳模拟器系统，其特征在于：
所述支架(101)包括底板(301)、背板(302)和侧板(303)，所述底板(301)、背板(302)、侧板(303)相互连接并固定；
所述第四连杆(207)第一固定块(213)固定，所述第一固定块(213)与所述光学积分器(401)固定；
所述第一反射镜(102)为椭球面反射镜。
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