基於積分球的太陽模擬裝置的製作方法

2023-06-05 19:38:26

專利名稱：基於積分球的太陽模擬裝置的製作方法
技術領域：
本發明屬於日光模擬設備技術，具體涉及一種基於積分球的模擬太陽裝置。
背景技術：
實現高精度模擬太陽(A級)的條件主要有三個1、輸出光照的空間均勻度要好；2、輸出光的相對光譜組成要和太陽光一致；3、輸出的溫度漂移要小。
為滿足條件1，傳統的太陽模擬裝置主要是通過複雜的光學系統，但光學系統設計一般都是基於點光源的，而實際光源的發光點總有一定的尺寸，會給系統帶來一定誤差。此外，現在實際可用的光源與太陽光的相對光譜組成都有一定的差別。為消除這種差別，傳統的太陽模擬裝置是一般是採用濾光片來調節輸出的光譜組成，但這樣會造成大量的能量損失。因此，傳統的太陽模擬裝置很少能做到同時滿足上述三個條件。

發明內容
本發明的目的是設計一種基於積分球的太陽模擬裝置，以避免傳統模擬裝置光學系統的複雜設計以及能源利用率低等問題，並且能很好的滿足A級太陽模擬裝置所必須具備的條件，實現對太陽輸出的高精度模擬。
針對模擬太陽輸出所存在的問題，本發明採用積分球來代替複雜的光學系統。根據積分球理論，由於積分球內壁的漫反射，使得光窗的輸出強度均勻，並且消除了光源發光點尺寸的影響。在光譜組成上，本發明在積分球中心處點亮數個相對光譜組成不同的光源，用不同的光源來拼成太陽的相對光譜分布，可以做到與太陽相對光譜組成高度的相似。為了減少光源的自吸收，還可以將光源放在積分球的內表面處。此外，為了抑制光輸出的溫度漂移，本發明引入反饋裝置，將輸出通過反饋網絡加到電源上，系統可以根據輸出的強度自動調節電源的輸入，以保證輸出不隨點亮時間以及溫度的變化而變化。
本發明提供了一種基於積分球的太陽模擬裝置，該裝置由電源、積分球、光源、擋屏、光窗和反饋裝置組成。電源點亮光源，光源置於積分球球心或者球壁位置，光窗是在積分球球壁處開的一個孔，擋屏置於積分球內部，光源和光窗分別位於擋屏的兩側，光窗依次與反饋裝置和電源連接。
本發明中，太陽模擬裝置各部分所用元件可以採用本領域常規部件，並按照實際需要確定各部件的尺寸。例如，光源可採用氙燈或者大功率滷鎢燈；積分球可以採用內部加擋屏並且開有適當面積光窗(光窗面積不超過積分球表面積的1/36)的普通積分球；電源可採用高精度、高可靠的精密儀器專用電源。反饋裝置可以由光電探測器加放大電路和電源控制電路構成。
本發明有以下一些特點1採用積分球代替複雜的光學系統；2用不同的光源拼成太陽的光譜組成；3採用反饋網絡，將輸出通過反饋系統加在電源上，能自動調節輸入，使得輸出光高度穩定，從而抑制輸出的溫度漂移。
本裝置是在充分運用積分球輸出光照均勻的特點，取代傳統太陽模擬裝置為達到光照輸出均勻而採用的複雜的光學系統，提出一種新的模擬方法，實現對太陽輸出的精密模擬。


圖1是基於積分球的高精度太陽模擬裝置結構示意圖。
圖2為反饋裝置電路框圖。
圖中標號1為電源，2為積分球，3為光源，4為擋屏，5為光窗，6為反饋裝置；7為光電探測器8為放大電路9為電源控制電路。
具體實施例方式
實施例1太陽模擬裝置A如圖1所示，太陽模擬裝置各部分所用元件如下光源氙燈積分球採用內壁反射率99％的球。
電源220V穩壓電源。
反饋裝置由光電探測器、放大電路和電源控制電路構成。光電探測器探測光源的光強，通過放大電路反饋控制電源的輸出，見附圖2。
整件組裝過程光源3放置在積分球球心，在積分球2的球壁處開的一個孔作為光窗5。擋屏4置於積分球2內部球心與光窗5之間，離球心距離為積分球半徑的三分之一。積分球的光窗作為輸出，將光電探測器(光譜響應範圍儘量寬)置於光窗的邊沿，光窗5處的光電探測器依次與反饋裝置6和電源1連接。
實施例2太陽模擬裝置B如圖1所示，太陽模擬裝置各部分所用元件如下光源大功率滷鎢燈加上紫外燈。
積分球採用內壁反射率99％的球，球壁處開一個孔放置光源。
電源12V直流穩壓電源。
反饋裝置可以由光電探測器、放大電路和電源控制電路構成。
整件組裝過程光源3放置在積分球球壁，在積分球2的球壁處開的一個孔作為光窗5。擋屏4置於積分球2內部球心與光窗5之間，離球心距離為積分球半徑的三分之一。積分球的光窗作為輸出，將光電探測器置於光窗的邊沿，光窗5處的光電探測器依次與反饋裝置6和電源1連接。
權利要求
1.一種基於積分球的太陽模擬裝置，其特徵在於，該裝置由電源(1)、積分球(2)、光源(3)、擋屏(4)、光窗(5)和反饋裝置(6)組成；電源(1)點亮光源(3)，光源(1)置於積分球(2)球心或者球壁位置，光窗(5)是在積分球(2)球壁處開的一個孔，擋屏(4)置於積分球(2)內部，光源(3)和光窗(5)分別位於擋屏的兩側，光窗(5)依次與反饋裝置(6)和電源(1)連接。
2.如權利要求1所述的太陽模擬裝置，其特徵在於，擋屏(4)離積分球(2)球心的距離為積分球半徑的三分之一。
全文摘要
本發明屬於光電模擬設備技術，具體涉及一種基於積分球的模擬太陽裝置。該裝置由電源、積分球、光源、擋屏、光窗和反饋裝置組成。電源點亮光源，光源置於積分球球心或者球壁位置，光窗是在積分球球壁處開的一個孔，擋屏置於積分球內部，光源和光窗分別位於擋屏的兩側，光窗依次與反饋裝置和電源連接。本裝置充分運用積分球輸出光照均勻的特點，實現對太陽輸出的精密模擬。
文檔編號H05B37/02GK101042209SQ200710039408
公開日2007年9月26日 申請日期2007年4月12日 優先權日2007年4月12日
發明者張萬路, 李文宜, 袁川, 劉木清, 周小麗 申請人:復旦大學