基于LED的运动式太阳模拟器的研究

发布时间：2020-06-19 00:27

【摘要】：太阳模拟器是一种室内模拟太阳辐射特征的重要测试设备,在空间探索、光伏产品开发、气象科学研究、植物人工培育等领域具有广泛应用。在航天方面主要用于航天器太阳辐射环境模拟和太阳目标模拟。针对编码式太阳敏感器安装卫星后,待发射阶段进行功能性测试的实际需要,以半导体发光器件LED为光源,提出一种具有光线矢量调整功能的运动式LED太阳模拟器,为敏感器地面测试提供模拟的太阳光信号和太阳光矢量信号。在对被测敏感器工作原理和太阳模拟器设计准则的研究基础上,确定了由LED光源模块、矢量调整装置、控制系统组成的运动式LED太阳模拟器总体方案,阐述了其工作原理。利用非成像光学理论设计了LED阵列光源与准直光学系统,通过分析光源间距对辐照不均匀性的影响,确定了LED线性阵列间距;利用边缘光线理论设计了圆柱面准直透镜的光学参数;采用lighttools软件进行了仿真分析。通过散热技术的对比分析,采用轴流风机和散热翅片组合的降温方法,并对镜筒进行了散热结构设计,采用workbench软件对结构进行了热分析与优化,用红外热像仪实际测量了LED光源模块的工作温度。设计了由双曲柄机构、超声电机、光电编码器、安装支架组成的矢量调整装置,实现-13°、0°、38°三种太阳光矢量角的模拟,利用连杆机构理论对双曲柄机构进行了具体设计,采用workbench软件对安装支架进行了模态分析与优化。为了实现光源辐照度和照射方向的精确调节,对控制系统进行了研究,完成了控制系统电控箱。最后,对运动式LED太阳模拟器的测试方法进行了研究,测试结果表明:在工作距离50mm的情况下,辐照光斑面积大于10mm×50mm,出射张角为0.78°,在0°、-13°、38°三种光线矢量角下,辐照强度分别为527.4W/m~2、511.6W/m~2、413.8W/m~2,辐照不均匀度分别优于±6.5%、±6.9%、±7.6%,辐照不稳定度优于±0.81%,光线矢量调整装置可实现-13°、0°、38°三种矢量角模拟,调整精度优于±0.1°,设计的运动式LED太阳模拟器满足技术指标要求。基于LED的运动式太阳模拟器具有结构小巧、携带方便、操作简单、安全可靠等优点,解决了编码式太阳敏感器装星后待发射阶段的现场测试难题,对提升航天产品质量保障提供了有利手段,对顺利完成航天任务具有一定的现实意义。
【学位授予单位】：长春理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TN312.8;TM923.34
【图文】：

拟器与 LED 太阳模拟器研究现状模拟器研究现状验中，为满足输出辐照方向变化的条件，需动机构，以改变输出光信号的方位或俯仰航天中心研制了一种高通量太阳模拟器[12]元，将其蜂巢状布置在 14m 高的平台上，每仰角运动，但运动空间相对较小。此模拟器辐照度达到 11MW/m2。

图 1.2 移动式太阳模拟器 图 1.3 自主导航试验用太阳模拟器2010 年长春理工大学设计了一种运动式太阳模拟器，如图 1.4 所示。光源选光束经过光阑准直系统后落在目标面内，由步进电机带动模拟器摆动，模拟阳光矢量角度。模拟器摆角精度优于 0.25°；摆角范围为±45°连续可调[14]。图 1.4 运动式太阳模拟器2016 年长春理工大学研制出一种具有发散、准直两种使用工况的大口径太阳

【参考文献】

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本文编号：2720043