聚焦型太阳模拟器的设计与性能分析

发布时间：2022-09-28 18:04

　　聚焦型太阳模拟器是模拟太阳光被聚焦后所形成光斑辐照特性的实验平台。现有聚焦型太阳模拟器不能根据实验要求进行光斑聚焦形式变化,且光斑对焦精度低,光斑性能无法实时标定。故需对聚焦型太阳模拟器光机系统进行设计,对光斑位置和辐照度变化等数据进行实时采集与分析,实现聚焦型太阳模拟器光斑聚焦形式变化、光斑的自动对焦和性能标定。本文研究内容主要包括:聚焦型太阳模拟器光机系统设计、光斑自动对焦系统设计、灯单元性能分析和太阳模拟器性能标定。依据辐照度设计指标,选择光源形式和数量,采用非序列光线追迹法对椭球镜进行设计和参数优化,依据光斑聚焦形式可变要求,设计灯单元运动支撑结构,完成光机系统设计。采用机器视觉方法得到光斑位置数据;将太阳模拟器简化为串联机器人,运用D-H法将光斑位置数据转化为灯单元反向运动参数,控制器依据该参数驱动灯单元运动,实现光斑的自动对焦。采用非序列光线追迹法模拟了光源离焦、焦平面离焦和灯单元偏转角度等因素单独或共同作用时对灯单元光斑辐照度分布影响,获得了不同工况下光斑辐照度数据,并对其变化趋势进行分析。采用基于红外热像仪的光斑辐照度间接检测方法,对光斑辐照度数据进行采集,并与模拟结果... 

【文章页数】：80 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
Abstract
第1章 绪论
    1.1 研究背景及意义
        1.1.1 课题背景
        1.1.2 研究意义
    1.2 太阳模拟器国内外研究现状
        1.2.1 国外研究现状
        1.2.2 国内研究现状
    1.3 研究目的和内容
        1.3.1 研究目的
        1.3.2 研究内容
    1.4 本章小结
第2章 光机系统设计
    2.1 光源的选择
    2.2 聚光镜设计与参数优化
        2.2.1 光学仿真软件介绍
        2.2.2 光源建模
        2.2.3 聚光镜参数优化
    2.3 机械结构设计
        2.3.1 总体结构设计
        2.3.2 灯单元设计
        2.3.3 运动与支撑组件设计
    2.4 太阳模拟器搭建
    2.5 本章小结
第3章 光斑自动对焦系统设计
    3.1 光斑位置采集子系统
        3.1.1 摄像机的选择
        3.1.2 光斑接收靶的设计
        3.1.3 焦斑中心像素坐标提取
        3.1.4 标定方法的选择
        3.1.5 红外标定板的设计
        3.1.6 光斑位置数据提取
    3.2 光斑调节子系统
        3.2.1 运动模型简化
        3.2.2 运动学分析
        3.2.3 数据传输
    3.3 自动对焦系统实验验证
    3.4 本章小结
第4章 灯单元性能分析
    4.1 光源离焦对辐照度分布影响
        4.1.1 光源径向离焦
        4.1.2 光源轴向离焦
        4.1.3 光源径向与轴向离焦同时存在
    4.2 中间灯单元性能分析
        4.2.1 焦平面离焦
        4.2.2 焦平面与光源同时离焦
    4.3 偏置灯单元性能分析
        4.3.1 灯单元偏转角度
        4.3.2 偏置灯单元焦平面离焦
        4.3.3 焦平面与光源同时离焦
    4.4 中间与偏置灯单元同时开启
        4.4.1 只存在中间灯单元焦平面离焦
        4.4.2 只存在偏置灯单元焦平面离焦
        4.4.3 中间和偏置灯单元焦平面离焦
    4.5 本章小结
第5章 太阳模拟器性能标定
    5.1 焦平面上光斑辐照度检测
    5.2 氙灯轴向离焦实验
    5.3 焦平面离焦实验
        5.3.1 中间灯单元焦平面离焦
        5.3.2 偏置灯单元焦平面离焦
    5.4 中间与偏置灯单元共同开启
        5.4.1 中间灯单元焦平面离焦
        5.4.2 偏置灯单元焦平面离焦
    5.5 太阳模拟器总体性能
    5.6 本章小结
结论
参考文献
攻读硕士学位期间所发表的论文
致谢


【参考文献】：
期刊论文
[1]弧光灯热流标定系统光源的仿真设计[J]. 朱新新,王辉,刘洪波,杨庆涛,杨凯.  光学学报. 2016(04)
[2]摄像机标定的原理与方法综述[J]. 冯亮,谢劲松,李根,霍庆立.  机械工程师. 2016(01)
[3]太阳模拟器光源离焦对光斑的影响分析[J]. 张嘉钰,窦建秦,牛虎利,常笑.  河北科技大学学报. 2015(06)
[4]便携式太阳模拟器设计[J]. 刘家国,邓蓉,魏阿满,于振红.  红外与激光工程. 2014(10)
[5]一种大型太阳模拟器机械系统的设计[J]. 薛召凯,张国玉,苏拾.  长春理工大学学报(自然科学版). 2014(02)
[6]高能高准直性太阳模拟器设计[J]. 王鹏伟,张国玉,王国名,杨思文.  光学仪器. 2014(02)
[7]太阳模拟器中椭球面聚光镜参数的确定[J]. 吕涛,张景旭,付东辉,陈小云,刘杰.  应用光学. 2014(01)
[8]可提高太阳模拟器均匀性的变形椭球面聚光镜[J]. 吕涛,张景旭,付东辉,陈小云,刘杰.  光学学报. 2013(12)
[9]太阳辐射强度对太阳能腔式吸热器热流密度的影响[J]. 毛前军,谢鸣,帅永,谈和平.  太阳能学报. 2013(10)
[10]基于张正友标定算法的内参数线性与非线性解算[J]. 王政,胡志雄.  郑州师范教育. 2013(02)

博士论文
[1]高精度准直式太阳模拟器及其关键技术研究[D]. 刘石.长春理工大学 2014
[2]碟式斯特林太阳热发电系统太阳模拟器的设计与实验研究[D]. 杜景龙.中国科学院研究生院（工程热物理研究所） 2011

硕士论文
[1]太阳模拟器关键技术研究[D]. 王海东.河北科技大学 2014
[2]单碟式太阳能集热系统性能实验研究[D]. 崔健.兰州理工大学 2014
[3]基于迭代学习的机械手运动控制系统设计[D]. 李林鑫.浙江工业大学 2013
[4]一种碟式太阳能斯特林发动机腔式吸热器热性能分析[D]. 陈慧.南京航空航天大学 2012
[5]碟式太阳能热发电系统中腔式吸热器光热性能的数值研究及优化[D]. 毛青松.华南理工大学 2012
[6]中国区域能源消费与经济增长的协调性分析[D]. 刘帆.华北电力大学 2012
[7]太阳模拟器光学系统设计[D]. 刘超博.长春理工大学 2010
[8]宽光谱太阳模拟器的理论分析与整体设计[D]. 罗青青.天津大学 2009



本文编号：3682132