光源位置偏差对光斑的影响分析VIP专享VIP免费

第41卷第2；N2015年3月光学技术OPTICALTECHNIQUEVo1．41No．2March2015文章编号：1002—1582(2015)02—0111—04光源位置偏差对光斑的影响分析张嘉钰，李金超，牛虎利(河北科技大学机械工程学院，河北石家庄050018)摘要：以目前国内研制的多光源太阳模拟器光学系统为研究对象，采用数值计算和软件模拟相结合的的方法对太阳模拟器光学系统光源存在不同空间角度偏差时光斑汇聚形式和汇聚效果进行了分析，确定光源允许产生的最大位置偏差，并依据研究结果指导光斑的调节。结果表明，太阳模拟器光源的空间位置是影响复合光斑形状和能量分布的关键因素，可为太阳模拟器光源调节系统的设计、光斑数据分析和关键零部件加工精度的确定提供参考。关键词：应用光学；太阳模拟器；位置偏差；光学系统；复合光斑中图分类号：TK519文献标识码：AAnalysisoftheinfluenceonthelightsourcepositiondeviationtothespotZHANGJiayu，LIJinchao，NIUHuli(SchoolofMechanicalEngineering，HebeiUniversityofScienceandTechnology，Shijiazhuang050018，Hebei，China)Abstract：TheopticalsystemwithmultiplelightsourcesofsteadysolarsimulatorbeingdevelopedinChinaasthere—searchobject，thefromandeffectofspotconvergenceareanalyzedwhenthesteadysolarsimulatorisindifferentspatialpositionsbyusingthemethodofnumericalcalculationandsoftwaresimulation，themaximumpositiondeviationwhichisallowedbythesourceisdetermined，andtheadjustmentofspotisguidedbasedontheresultsoftheresearch．Theresultsshowthat：thespatial1ocationofsourcestosolarsimulatoristhekeyfactortoinfluencetheshapeandenergydistributionofcompositebeam，thatmayoffersomereferencesforthedesignofthelightcontrolsystemofsolarsimulator，theanal—ysisofthespotdataandthedeterminationofprocessingprecisionofthekeyparts．Keywords：appliedoptics；solarsimulator；positiondeviation；lightsystem；compositebeam0引言太阳模拟器是室内环境中实现不同大气质量条件下的太阳辐照特性的一种试验或标定设备，可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度，在短时间内能模拟出不同地域、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[1]。目前国内外先进的太阳能模拟器均采用多光源结构，通过光源汇聚形式得到满足要求的光斑。例如_2]；瑞士保罗谢勒研究所(PaulScherrerIn—stitute)建造的太阳模拟器采用1O只15kw的光源，通过汇聚可得到50kW的聚焦平面；科罗拉多大学的KennySP等人采用28只1kw的光源，设计出了平均辐照度为1080W／m的太阳模拟器；我国航天五院研制的KM6太阳模拟器采用19只20kW的光源结构，得到了辐照度为1760W／m。的光斑。收稿日期：2014—06—16；收到修改稿日期：2014—10—13E-mail：zhangjyv@163．com作者简介：张嘉钰(1966一)，男，教授，主要从事机械设计、制造及自动化和计算机辅助设计方面的研究。通讯作者：李金超(1988一)，男，硕士研究生，主要从事机械设计、太阳模拟器光学系统与分析方面的研究。E-mail：ljc_198@163．corn111光学技术第4l卷太阳模拟器的光斑汇聚效果是评价设备性能的重要依据，而光源的空间位置又直接影响着光斑的形状和能量分布_6]，故对光源空间位置精度进行分析是太阳模拟器设计和性能评价的重要内容。本文正是基于以上原理，通过对国内某型号的多光源太阳模拟器进行有针对性的研究，在排除机械部件安装等误差的前提下，利用数据分析与软件模拟相结合的方法分析出光源空间位置精度对光斑汇聚的影响，为太阳模拟器在光源调节系统设计方面提供依据和参考。l光源结构分布针对所研究的太阳模拟器，采用的是目前主流设计所采用的短弧氙灯，7只光源的空间分布形式如图1所示，每只光源的功率为10kw。1～6号光源以正六边形方式均匀排列，每个光源处于正六边形的一个顶点位置，7号光源位于此正六边形的中心轴线上，同时保证与其余6个光源处于同一球面上，由此保证全部光源光斑能够汇聚成形状均匀、大小可调的光斑。图1整体光源分布图(1～7为...