[发明专利]一种新型太阳模拟装置

说明书

本发明公布了一种新型太阳模拟装置，由光源组件1、组合聚光镜组件2、积分球3、挡光板4、滤光片5和二次配光反射镜6组成。其中，由光源组件1发出的光线经过聚光作用、混光作用、匀光作用、滤光作用后，在辐照面处形成了一束具有高均匀度、高光谱匹配度和大辐照面的光斑。

技术领域

本发明涉及航天器模拟试验与标定技术，尤其涉及一种新型太阳模拟装置。

背景技术

太阳模拟器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试验或定标设备，可应用在光伏产业中太阳电池的检测；遥感技术中室内模拟太阳光谱辐照、人造卫星飞行姿态控制、地球资源卫星多光谱扫描仪；生物科学中研究植物发育和培育良种；建筑科学中建筑材料的老化测试等方面。光谱辐照强度、辐照度的均匀性以及光谱能量分布3个参数是决定太阳模拟器性能的关键。

现有技术中受准直透镜制作工艺、光学积分器的孔径利用率、光源功率尺寸的大小和基准辐照面与积分球出光口距离的影响，存在以下问题：

(1)辐照面较小；

(2)能量利用率较低；

(3)球内放置光源，限制积分球尺寸大小；

(4)基准辐照面大小随基准辐照面距积分球出光口距离增加而变大时，基准辐照面的均匀性较低。

其问题制约了光伏产业、航空航天业、国防等相关行业的发展与科技进步，成为本领域技术人员急待解决的一个技术问题。

综上，为实现发散式太阳模拟器的高精度模拟，需针对现有的太阳模拟器进行改进，研究一种辐照均匀性高、光谱匹配精度高、大面积的太阳辐照模拟方法。

发明内容

本发明针对现有技术存在的问题，设计一种新型太阳模拟装置。

针对现有的太阳模拟器存在的问题，通过光源组件、组合聚光镜组件、积分球、滤光片和二次配光反射镜的共同作用。实现出射一束具有一定发散角的光，在辐照均匀性高的同时达到大面积的辐照模拟。

本发明解决现有技术问题所采用的技术方案是：设计一种新型太阳模拟装置，由光源组件、组合聚光镜组件、积分球、挡光板、滤光片和二次配光反射镜组成。

其中，光源组件包括氙灯和卤钨灯；组合聚光镜组件包括组合聚光镜Ⅰ和组合聚光镜Ⅱ，组合聚光镜Ⅰ包括椭球聚光镜Ⅰ与球面反光镜Ⅰ，组合聚光镜Ⅱ包括椭球聚光镜Ⅱ与球面反光镜Ⅱ，且光源组件中的氙灯与组合聚光镜Ⅰ配合使用，卤钨灯与组合聚光镜Ⅱ配合使用。

光源组件置于组合聚光镜组件中的椭球聚光镜的第一焦点处，即氙灯置于组合聚光镜Ⅰ中的椭球聚光镜Ⅰ的第一焦点，卤钨灯置于组合聚光镜Ⅱ中的椭球聚光镜Ⅱ的第一焦点；光源组件置于组合聚光镜组件中的球面反光镜的圆心处，即氙灯置于组合聚光镜Ⅰ中的球面反光镜Ⅰ的圆心，卤钨灯置于组合聚光镜Ⅱ中的球面反光镜Ⅱ的圆心；组合聚光镜Ⅰ在组合聚光镜Ⅱ上方，通过相对旋转相同角度，使得椭球聚光镜Ⅰ的第二焦点与椭球聚光镜Ⅱ的第二焦点重合；积分球置于组合聚光镜组件的后端，且积分球的入光口中心置于组合聚光镜组件中的椭球聚光镜Ⅰ与椭球聚光镜Ⅱ的第二焦点中心处，积分球入光口大小取决于光源组件发出的光经组合聚光镜组件汇聚到椭球聚光镜Ⅰ与椭球聚光镜Ⅱ第二焦点处光斑的大小；挡光板置于积分球内，正对着积分球入光口，且距积分球入光口为积分球半径的1/4处；滤光片置于积分球出光口处；二次配光反射镜置于积分球的后端，且二次配光反射镜入光口大小与积分球出光口大小一致；积分球入光口、挡光板、滤光片、积分球出光口以及二次配光反射镜光轴一致。

如上所述的一种新型太阳模拟装置，其中，

光源组件用于产生具有0.4-1.1μm波长范围的光线；

组合聚光镜组件用于汇聚光源组件发出的光线；