基于太阳模拟器模型的光机电实验系统构建

发布时间：2016-10-30 15:29

  本文关键词：南通市光机电一体化产业发展战略研究，，由笔耕文化传播整理发布。

《河北科技大学》 2015年

基于太阳模拟器模型的光机电实验系统构建

窦建秦  

【摘要】：太阳模拟技术是使用人工光源模拟太阳光辐照特性的技术,太阳模拟器包括光学系统、冷却系统、机械系统与控制系统,是光、机、电一体化构成的的综合体,是在室内环境中实现不同大气质量条件下太阳辐照特性的一种实验或者标定设备,可以在高精度拟合太阳光谱分布的前提下实现不同的太阳辐照的强度,并且能够在短时间内模拟出不同地域、不同季节的太阳光照特性,以满足实验研究对太阳辐照的特殊需求。所以太阳模拟器是一个集光、机、电于一体的多系统复杂设备,是构建光机电实验系统较好的选择之一。光机电试验系统是在太阳模拟器模型的基础上进行构建的,主要包括光学系统、机械系统、风冷系统、控制系统等。在参考国内外研究现状的基础之上首先对光学系统进行了方案的设计,建立了光学系统的数学模型,应用蒙特卡洛光线追迹法在Tracepro软件中进行了数值模拟,并研究了光源离焦量对汇聚光斑的影响、灯组轴向角度偏差对光斑影响,为机械系统的设计提供了理论数据参考;然后依据以上模拟参数进行了机械系统方案的设计及其机械零部件的设计;在冷却系统方面,根据短弧氙灯的发光性质选择冷却方式,利用热交换原理进行风机选型;在控制系统方面,利用单片机对氙灯及其机械系统进行控制,保证了氙灯温度的自动调节和系统的准确对焦。最后对整体实验、研究方案进行了设计,使整体方案既能满足基础的研究又能与实际相关。通过以上对试验系统关键技术的设计与分析,实现了最初的设计目的,能够对系统整体三维调整的基础上实现自动化控制;系统通过实验的方式测得光斑中心温度最高可达到680℃,总功率3kw,在直径35mm的焦平面上可汇聚6×106w/m2的辐射能量。

【关键词】：
【学位授予单位】：河北科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TK513
【目录】：

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