CN220891997U - 一种太阳模拟器 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种太阳模拟器，涉及光谱技术领域。该装置包括壳体总成；接收面，所述接收面与所述壳体总成可拆卸连接；光学系统，所述光学系统安装在所述壳体总成内，且与所述接收面对应设置；调节组件，所述调节组件安装在壳体总成内，且与所述光学系统的光源连接。本申请结构简单，易获得均匀度更高的光斑。

Description

一种太阳模拟器

技术领域

本实用新型涉及光谱技术领域，尤其是涉及一种太阳模拟器。

背景技术

太阳模拟器是一种模拟太阳照射的设备。由于太阳模拟器本身体积较小，测试过程不受环境、气候、时间等因素影响，从而避免了室外测量的各种因素限制，广泛应用于太阳能电池特性测试，光电材料特性测试，生物化学相关测试，光学催化降解加速研究，皮肤化妆用品检测和环境研究等。现有的稳态太阳模拟器为了获得较大的辐照面积，它的光学系统，以及光源的供电系统非常庞大，而且对均匀性要求很高的光源很难满足要求；现有的脉冲太阳模拟器由于测试工作在极短的时间内进行，因此数据采集系统相当复杂。

因此，亟需一种易满足光斑均匀性的太阳模拟器。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种太阳模拟器，解决了现有技术中存在的结构复杂而不易获取均匀光斑的技术问题。本实用新型提供的诸多技术方案中的优选技术方案所能产生的诸多技术效果详见下文阐述。

为实现上述目的，本实用新型提供了以下技术方案：

本实用新型提供的一种太阳模拟器，包括：

壳体总成；

接收面，所述接收面与所述壳体总成可拆卸连接；

光学系统，所述光学系统安装在所述壳体总成内，且与所述接收面对应设置；

调节组件，所述调节组件安装在壳体总成内，且与所述光学系统的光源连接。

优选的，所述光学系统包括依次安装在所述壳体总成内的所述光源、第一反射镜、滤光片、复眼、第二反射镜以及准直透镜，所述准直透镜与所述接收面对应设置。

优选的，所述光源至所述第一反射镜的距离为199.5mm-200.5mm。

优选的，所述第一反射镜与所述滤光片的距离为147mm-148mm。

优选的，所述滤光片与所述第二反射镜的距离为254.5mm-255.5mm。

优选的，所述第二反射镜与所述准直透镜的距离为165mm-166mm。

优选的，所述准直透镜与所述接收面的距离为399.5mm-400.5mm。

优选的，还包括：

风扇，若干所述风扇安装在所述壳体总成的侧壁上，且靠近所述光学系统的光源设置。

优选的，所述调节组件包括：

三轴手动精密滑台，所述三轴手动精密滑台的固定端固定连接在所述壳体总成的内侧壁上，所述三轴手动精密滑台的活动端与所述光源固定连接。

优选的，还包括：

反光罩，所述反光罩的大径端固定连接在所述壳体总成内，所述光源伸入所述反光罩的小径端。

现有的稳态太阳模拟器为了获得较大的辐照面积，它的光学系统，以及光源的供电系统非常庞大，而且对均匀性要求很高的光源很难满足要求；现有的脉冲太阳模拟器由于测试工作在极短的时间内进行，因此数据采集系统相当复杂。本实用新型提供的技术方案中，光学系统安装在壳体总成内，形成相对封闭的环境，再通过调节组件驱动光源上下、左右、前后移动，便于选择合适的光源位置，从而有利于获得均匀度更高的光斑；整体上，本申请结构简单，易获得均匀度更高的光斑。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本实用新型壳体总成外观示意图；

图2是本实用新型壳体总成内部结构示意图。

图中1-壳体总成；2-支架；3-接收面；4-第二反射镜；5-三轴手动精密滑台；6-氙灯；7-反光罩；8-风扇；9-第一反射镜；10-滤光片；11-复眼；12-准直透镜。

具体实施方式

为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本实用新型的技术方案进行详细的描述。显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所得到的所有其它实施方式，都属于本实用新型所保护的范围。

参考图1-2，本实用新型的具体实施例提供了一种太阳模拟器，包括：

壳体总成1；

接收面3，接收面3与壳体总成1可拆卸连接；

光学系统，光学系统安装在壳体总成1内，且与接收面3对应设置；

调节组件，调节组件安装在壳体总成1内，且与光学系统的光源连接。

现有的稳态太阳模拟器为了获得较大的辐照面积，它的光学系统，以及光源的供电系统非常庞大，而且对均匀性要求很高的光源很难满足要求；现有的脉冲太阳模拟器由于测试工作在极短的时间内进行，因此数据采集系统相当复杂。本申请中，光学系统安装在壳体总成1内，形成相对封闭的环境，再通过调节组件驱动光源上下、左右、前后移动，便于选择合适的光源位置，从而有利于获得均匀度更高的光斑；整体上，本申请结构简单，易获得均匀度更高的光斑。

进一步优化方案，光学系统包括依次安装在壳体总成1内的光源、第一反射镜9、滤光片10、复眼11、第二反射镜4以及准直透镜12，准直透镜12与接收面3对应设置。

第一反射镜9与第二反射镜4均为椭圆反射镜，用于改变光路传播方向；光源发出的光束依次经过第一反射镜9、滤光片10、复眼11、第二反射镜4以及准直透镜12，最终照射到接收面3上；其中，第一反射镜9与第二反射镜4平行设置，并且均与光源发出的光束之间设置有夹角，即0°-90°之间；光束经过第一反射镜9后改变角度，依次经过滤光片10、复眼11后达到第二反射镜4，再次改变照射角度后，经过准直透镜12照射到接收面3上；其中，滤光片10与复眼11之间还设置有光阑(图中未标记)，光阑安装在壳体总成1内，光束通过滤光片10、光阑与复眼11可以改变光束的亮度和均匀性，最后通过准直透镜12获得需要的光斑。

其中，第一反射镜9与第二反射镜4尺寸为300mm*300mm；光阑的尺寸为200mm*200mm；准直透镜12口径为180mm，曲率半径为430。

进一步优化方案，光源至第一反射镜9中心的距离为199.5mm-200.5mm，优选为200mm。

进一步优化方案，第一反射镜9与滤光片10的距离为147mm-148mm，优选为147.5mm。

进一步优化方案，滤光片10与第二反射镜4的距离为254.5mm-255.5mm，优选为255mm。

进一步优化方案，第二反射镜4与准直透镜12的距离为165mm-166mm，优选为165.5mm。

进一步优化方案，准直透镜12与接收面3的距离为399.5mm-400.5mm，优选为400mm。

进一步优化方案，还包括：

风扇8，若干风扇8安装在壳体总成1的侧壁上，且靠近光学系统的光源设置。

风扇8可以降低壳体总成1内的温度，有利于整体太阳模拟器的稳定运行。

进一步优化方案，调节组件包括：

三轴手动精密滑台5，三轴手动精密滑台5的固定端固定连接在壳体总成1的内侧壁上，三轴手动精密滑台5的活动端与光源固定连接。

三轴手动精密滑台5为现有的设备，如CN115178859A一种带有视觉定位机构的激光打标机中的XYZ手动精密滑台，通过手动操作，氙灯可以实现上下、左右、前后移动，从而便于选择合适的位置。

进一步优化方案，还包括：

反光罩7，反光罩7的大径端固定连接在壳体总成1内，光源伸入反光罩7的小径端。反光罩7的大径端口径为150mm。

进一步优化方案，光源为500w的氙灯。

进一步优化方案，接收面3与壳体总成1之间可拆卸连接有若干支架2，便于调整准直透镜12与接收面3之间的距离。

本申请中，氙灯光源的光束发出后，经过第一反射镜9，反射后光束汇聚为一个光斑，经过光阑后把杂散光拦住，不进入光路，经过复眼后，光束分散成若干小光束达到匀光效果；光阑中的小透镜的曲率半径和长度取决于想要的光斑大小和准直透镜的焦距；光束经过准直透镜12后可以在接收面3上获得稳定的光斑。

为了获得100*100mm，均匀度99％的光斑，关键点是选择合适的氙灯位置、光阑以及复眼11的位置、复眼11本身的尺寸，以及合适焦距的透镜。

氙灯首先放置在反光罩7的第一焦点处，光阑和复眼11放置在第二焦点位置，想要找到合适的位置点，使氙灯在第一焦点附近位置挪动，光阑和复眼11在第二焦点附近挪动，当光线能够在复眼11中均匀分散开就是合适的位置；对于不同的使用距离，选择相应焦距的凸透镜，复眼11选择7*7个小透镜阵列，能够确保光线均匀性最好，使用双面复眼，把接收到的光线聚焦到每个小透镜的表面，双面复眼中的每个小透镜尺寸选择5*5mm，小透镜的两面曲率半径和小透镜厚度根据想要的光斑大小和使用距离确定曲率半径为9mm，厚度为28mm，由于使用距离400mm，选择准直透镜12的焦距为400mm，口径选择180mm，在距离出光口400mm位置可得到尺寸100*100mm，均匀度99％的光斑。

99％均匀度计算过程：均匀度＝(最大能量-最小能量)/(最大能量+最小能量)*100％。下表为不同复眼11尺寸、复眼11与光阑位置、准直透镜12位置对均匀度的影响：

需要说明的是，本文所表述的术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的设备或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本文的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可视具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。

以上所述，仅为本实用新型的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。因此，本实用新型的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种太阳模拟器，其特征在于，包括：

壳体总成(1)；

接收面(3)，所述接收面(3)与所述壳体总成(1)可拆卸连接；

光学系统，所述光学系统安装在所述壳体总成(1)，且与所述接收面(3)对应设置；

调节组件，所述调节组件安装在壳体总成(1)内，且与所述光学系统的光源连接。

2.根据权利要求1所述的太阳模拟器，其特征在于，所述光学系统包括依次安装在所述壳体总成(1)内的所述光源、第一反射镜(9)、滤光片(10)、复眼(11)、第二反射镜(4)以及准直透镜(12)，所述准直透镜(12)与所述接收面(3)对应设置。

3.根据权利要求2所述的太阳模拟器，其特征在于，所述光源至所述第一反射镜(9)的距离为199.5mm-200.5mm。

4.根据权利要求2所述的太阳模拟器，其特征在于，所述第一反射镜(9)与所述滤光片(10)的距离为147mm-148mm。

5.根据权利要求2所述的太阳模拟器，其特征在于，所述滤光片(10)与所述第二反射镜(4)的距离为254.5mm-255.5mm。

6.根据权利要求2所述的太阳模拟器，其特征在于，所述第二反射镜(4)与所述准直透镜(12)的距离为165mm-166mm。

7.根据权利要求2所述的太阳模拟器，其特征在于，所述准直透镜(12)与所述接收面(3)的距离为399.5mm-400.5mm。

8.根据权利要求1所述的太阳模拟器，其特征在于，还包括：

风扇(8)，若干所述风扇(8)安装在所述壳体总成(1)的侧壁上，且靠近所述光学系统的光源设置。

9.根据权利要求1所述的太阳模拟器，其特征在于，所述调节组件包括：

三轴手动精密滑台(5)，所述三轴手动精密滑台(5)的固定端固定连接在所述壳体总成(1)的内侧壁上，所述三轴手动精密滑台(5)的活动端与所述光源固定连接。

10.根据权利要求1所述的太阳模拟器，其特征在于，还包括：

反光罩(7)，所述反光罩(7)的大径端固定连接在所述壳体总成(1)内，所述光源伸入所述反光罩(7)的小径端。