小型太陽模擬器光學系統的設計及仿真

第3 7 卷第4 1 1 g 2 0 1 4 年 8 月 長春理工大學學報 ( 自然科學版) J o u r n a l o f Ch a n g c h u n Un i v e r s i ty o f S c i e n c e a n d T e c h n o l o g y ( Na t u r a l S c i e n c e E d i ti o n ) V0 1 _ 3 7 No ． 4 Au g ． 2 0 1 4 小型太陽模擬器光學系統的設計及仿真 薛召凱 ，張國玉 一，付明 ，蘇拾 ， 。 ( 1 ． 長春理工大學光電工程學院，長春1 3 0 0 2 2 ；2 ． 光電測控與光信息傳輸技術教育部重點實驗室，長春1 3 0 0 2 2 ； 3 ． 吉林省光電測控儀器工程技術研究中心，長春1 3 0 0 2 2 ) 摘要：針對 目前國內外設計的太陽模擬器外形過于龐大不易攜帶等問題，本文設計了一種小型太陽模擬器。首先通過觸 發器提供一個高電壓來使氙燈氣體電離進入等 離子態，從而將位于拋物面反光鏡焦點處光源 ( 短弧球形氙燈)點亮并通過 拋物面反光鏡會聚出射平行光束，通過氙燈光源調焦機構來使光源離焦，最終，在輻照面形成一個輻照度均 勻分布的照 射。通過對比，本文設計的太陽模擬器更加便攜，能為室外等復雜地貌進行試驗帶來更多便利。結果表明，在工作距離 3 0 0 m m處，其輻照強度調節范圍為5 4 6 ~1 0 5 0 ． 8 W／ m ，輻照不均勻度為± 1 2 ． 5 ％，滿足輻照強度在O ． 6 - - - 0 ． 9 k W／ m 2 之間、輻 照不均勻度 i 2 0 ％的設計要求。 關鍵詞：光學設計；太陽模擬器；輻照度；輻照不均勻性 中圖分類 號 ： V5 2 4 ． 3 文獻標識碼 ：A 文章編號 ：1 6 7 2 — 9 8 7 O ( 2 0 1 4 ) O 4 — 0 0 1 O — O 4 S m a l l S o l a r S i m u l a t o r De s i g n a n d S i mul a ti o n o ft he Op tic a l S y s t e m XUE Z h a o k a i ，Z HANG Gu o y u ’ 。 ’ 3 FU M i n g ，S U S h i ， 。 ’ 。 ( 1 ． S c h o o l o f Op t o e l e c t r o n i c E n g i n e e ri n g ，C h a n g c h u nUn i v e r s i t yo f S c i e n c e a n dT e c h n o l o g y ，C h ang c h u n1 3 0 0 2 2 ； 2 ． Mi n i s t r y o f Ed u c a t i o n Ke y La b o r a t o r y o f Op t o e l e c t r o n i c Co n t r o l an d Op t i c a l I n f o r ma t i o n Tr an s mi s s i o n Te c h n o l o gy ．Ch an g c h u n 1 3 0 0 2 2 ；3 ． J i l i n E n g i n e e r i n g Re s e a r c h C e n t e r o f P h o t o e l e c t r i c Me a s u r e me n t and Co n t r o l I n s t r u me n t s ，C h ang c h u n 1 3 0 0 2 2 ) Ab s t r a c t ：Fo r t h e d e s i g n o f a s o l ar s i mu l a t o r a t h o me and a b r o a d t o o b i g a p p e ara n c e d i f fi c u l t t o c a r r y，a n d o t h e r i s — s u e s ，we d e s i gn a s ma l l s o l ar s i mu l a t o r ．Fir s t t h r o u g h t r i g g e r s p r o v i d e s a h il g h v o l t a g e x e n o n l a mp i o n i z e s t h e g a s i n t o a p l a s ma s t a t e ，w h i c h wi l l b e l o c a t e d i n a p ara b o l i c mi r r o r a t the f o c a l p o i n t l i g h t s o u r c e ( s h o r t arC s p h e ri c a l x e n o n l am p )i s l i t b y a p ara b o l i c mi r r o r c o n v e r g i n g e x i t p ara l l e l b e am b y x e n o n l i g h t s o u r c e f o c u s i n g me c h ani s m d e f o c u s t h e l i g h t s o u r c e t o the e n d，i S f o rm e d i n the i r r a d i a t e d s urf a c e i r r a d i a t e d wi th a u n i f o r m i r r a d i a n c e d i s t ri b u t i o n ．By c o n t r a s t ， t h e p a p e r d e s i gn o f a s o l ar s i mu l a t o r i s mo r e p o r t a b l e ， C an b e t e s t e d f o r t h e o u t d o o r c o mp l e x t o p o g r a p h y b r i n g mo r e c o n v e n i e n c e ．Th e r e s u l t s s h o we d t h a t the wo r k i n g d i s t anc e o f 3 0 0 ram a t i t s r a d i a t i o n i n t e n s i t y a d j u s t me n t r ang e o f 5 4 6 ~ i 0 5 0 ． 8 W／ m，t h e i r r a d i a t i o n u n e v e n n e s s o f+1 2 ． 5 ％，