專利名稱：太陽(yáng)反射鏡聚光度微縮模擬測(cè)試系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及太陽(yáng)反射鏡聚光度模擬測(cè)試系統(tǒng)，尤其是一種幾何及波長(zhǎng)微縮模擬測(cè)試系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
目前的光熱發(fā)電尚屬初級(jí)開(kāi)發(fā)階段業(yè)，而對(duì)于前期的設(shè)計(jì)和理性及相關(guān)指標(biāo)的驗(yàn)證只能采取計(jì)算機(jī)仿真或單個(gè)實(shí)物原型測(cè)量，用于模擬最常見(jiàn)的塔式、槽式、碟式光熱聚焦收集過(guò)程?？梢钥闯鲇?jì)算機(jī)仿真可模擬整個(gè)系統(tǒng)工作是沒(méi)問(wèn)題的，但必定是理想化虛擬實(shí)驗(yàn)，實(shí)際誤差是無(wú)法模擬的；而單個(gè)實(shí)物原型測(cè)量雖然真實(shí)性強(qiáng)，但無(wú)法模擬整個(gè)鏡場(chǎng)系統(tǒng)，而且試驗(yàn)設(shè)備龐大操作相對(duì)麻煩。

發(fā)明內(nèi)容
針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)存在的問(wèn)題，本發(fā)明的目的在于提供一種既模擬整個(gè)鏡場(chǎng)系統(tǒng)，又可盡量接近實(shí)際情況的太陽(yáng)反射鏡聚光度微縮模擬測(cè)試系統(tǒng)。為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明太陽(yáng)反射鏡聚光度微縮模擬測(cè)試系統(tǒng)，包括用于模擬太陽(yáng)的人工光源、按幾何比例縮小制成的若干個(gè)微縮模擬反射鏡，通過(guò)人工光源及微縮模擬反射鏡設(shè)計(jì)的光路結(jié)構(gòu)來(lái)模擬真實(shí)的太陽(yáng)光反射聚焦過(guò)程；微縮模擬反射鏡與反射鏡實(shí)物的形狀、光學(xué)特性一致，其滿足光學(xué)性能為G1 = Θ2) λ^D1 = A2/D2，其中，Q1S太陽(yáng)對(duì)反射鏡實(shí)物中心形成的張角，λ i為太陽(yáng)實(shí)測(cè)聚光光波波長(zhǎng)；Θ 2為人工光源對(duì)微縮模擬反射鏡中心形成的張角，λ2為人工光源模擬測(cè)量光光波波長(zhǎng)。進(jìn)一步，所述光路結(jié)構(gòu)為塔式光熱聚焦結(jié)構(gòu)、槽式光熱聚焦結(jié)構(gòu)或碟式光熱聚焦結(jié)構(gòu)。進(jìn)一步，所述模擬測(cè)試系統(tǒng)包括模擬光源部分，該模擬光源部分包括所述人工光源和光源移動(dòng)支架，所述人工光源設(shè)置在光源移動(dòng)支架上，通過(guò)調(diào)整光源移動(dòng)支架的位置， 模擬太陽(yáng)隨時(shí)間的具體位置、大小變化。進(jìn)一步，所述模擬測(cè)試系統(tǒng)包括跟蹤反射部分，該跟蹤反射部分包括若干個(gè)所述微縮模擬反射鏡和模擬跟蹤裝置，該模擬跟蹤裝置驅(qū)動(dòng)所述微縮模擬反射鏡跟蹤所述人工光源。進(jìn)一步，所述模擬測(cè)試系統(tǒng)還包括聚光塔部分，該聚光塔部分包括模擬塔架和模擬塔上裝置，所述微縮模擬反射鏡將所述人工光源的模擬測(cè)量光反射至模擬塔上裝置上， 形成聚焦光斑。進(jìn)一步，所述模擬塔上裝置上設(shè)置有光頻率及功率傳感器，該光頻率及功率傳感器用于檢測(cè)聚焦光斑的數(shù)據(jù)，并將采集數(shù)據(jù)上傳到分析系統(tǒng)。進(jìn)一步，所述人工光源的發(fā)光孔徑可以變化，來(lái)調(diào)節(jié)自身的光源大小，通過(guò)控制所述人工光源的大小來(lái)模擬所述太陽(yáng)移動(dòng)中大小的變化。進(jìn)一步，所述人工光源通過(guò)調(diào)整發(fā)光孔徑的大小，保持對(duì)不同距離的所述微縮模擬反射鏡的張角θ2恒定。本發(fā)明微縮模型測(cè)試系統(tǒng)，既模擬整個(gè)鏡場(chǎng)系統(tǒng)，又可盡量接近實(shí)際情況，同時(shí)也可作為展覽、示范樣機(jī)得到多方面的應(yīng)用，具有結(jié)構(gòu)小、成本低等優(yōu)點(diǎn)。


圖I為槽式聚光反射結(jié)構(gòu)示意圖2為塔式聚光反射結(jié)構(gòu)示意圖3為太陽(yáng)光源的張角模擬原理示意圖4為微縮模擬的人工光源的張角模擬原理示意圖5為反射鏡實(shí)物波速寬度與波長(zhǎng)、反射鏡直徑關(guān)系模擬示意圖6為微縮模擬樣品波速寬度與波長(zhǎng)、反射鏡直徑關(guān)系模擬示意圖
圖7為塔式結(jié)構(gòu)太陽(yáng)反射鏡聚光度模擬測(cè)試系統(tǒng)示意圖。
具體實(shí)施例方式下面，參考附圖，對(duì)本發(fā)明進(jìn)行更全面的說(shuō)明，附圖中示出了本發(fā)明的示例性實(shí)施例。然而，本發(fā)明可以體現(xiàn)為多種不同形式，并不應(yīng)理解為局限于這里敘述的示例性實(shí)施例。而是，提供這些實(shí)施例，從而使本發(fā)明全面和完整，并將本發(fā)明的范圍完全地傳達(dá)給本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員。為了易于說(shuō)明，在這里可以使用諸如“上”、“下” “左” “右”等空間相對(duì)術(shù)語(yǔ)，用于說(shuō)明圖中示出的一個(gè)元件或特征相對(duì)于另一個(gè)元件或特征的關(guān)系。應(yīng)該理解的是，除了圖中示出的方位之外，空間術(shù)語(yǔ)意在于包括裝置在使用或操作中的不同方位。例如，如果圖中的裝置被倒置，被敘述為位于其他元件或特征“下”的元件將定位在其他元件或特征“上”。 因此，示例性術(shù)語(yǔ)“下”可以包含上和下方位兩者。裝置可以以其他方式定位(旋轉(zhuǎn)90度或位于其他方位)，這里所用的空間相對(duì)說(shuō)明可相應(yīng)地解釋。本發(fā)明從以下三個(gè)方面模擬真實(shí)的太陽(yáng)光反射聚焦過(guò)程一對(duì)于太陽(yáng)能聚光反射鏡，要具有匯聚作用，其口徑應(yīng)是被反射波的波長(zhǎng)，一般是波長(zhǎng)的十倍以上，本案以十倍為例進(jìn)行討論，即微縮模擬時(shí)選擇的波長(zhǎng)為微縮模擬反射鏡口徑尺寸的十分之一。二 在一定傳播的距離上，不同波長(zhǎng)具有不同的發(fā)散程度；其發(fā)散的角度等于波長(zhǎng)與口徑的比值再乘以一個(gè)系數(shù)，此系數(shù)與反射鏡形狀、制造誤差、光學(xué)特性有關(guān)，而與波長(zhǎng)和口徑無(wú)關(guān)。微縮模擬時(shí)應(yīng)保持發(fā)散的角度不變。即天線口徑縮小幾倍，被測(cè)波波長(zhǎng)也要隨之縮小幾倍，兩者比值保持不變。三太陽(yáng)不是一點(diǎn)發(fā)光，作為光源對(duì)反射鏡有一定張角。從反射鏡看太陽(yáng)，作為光源發(fā)光的太陽(yáng)有圓形輪廓線，對(duì)反射鏡中心形成一個(gè)張角。為得到按比例的微縮效果，就必須保持此張角不變，而微縮模擬裝置的人工光源通過(guò)發(fā)光孔徑的調(diào)整，保持對(duì)不同距離的微縮模擬反射鏡的這個(gè)張角恒定。本發(fā)明原理為I、反射聚焦的效率對(duì)于光熱發(fā)電聚光使用的反射鏡，關(guān)鍵在于聚光的焦斑尺寸與焦距的長(zhǎng)度之比，
4其值越小越好，聚焦的質(zhì)量越高。對(duì)于一定波長(zhǎng)的光乃至電磁波，反射鏡口徑越大或被反射光波長(zhǎng)越短，其反射聚焦效果越好；聚焦的效率和一個(gè)比值成正比，此比值為口徑尺寸與波長(zhǎng)的比。進(jìn)而，當(dāng)波長(zhǎng)長(zhǎng)度大于口徑尺寸的十分之一時(shí)，聚焦效果開(kāi)始隨波長(zhǎng)的增長(zhǎng)迅速變差。2、波速寬度與波長(zhǎng)、反射鏡直徑這里設(shè)α -波束寬度[° ]、λ -波長(zhǎng)[米]、D-反射鏡直徑[米]。根據(jù)光的傳播和散射特性得到關(guān)系如下a = I. 22 λ /D可見(jiàn)，描述光的傳播和散射特性的波速寬度與波長(zhǎng)成正比、與反射鏡直徑成反比。 相同形狀而尺寸不同的反射鏡在滿足K λ i = D1, K λ 2 = D2后，(其中K為常數(shù))有以下關(guān)a j = a 2 = I. 22/Κ ； λ ^D1 = λ 2/D2 -,XjX2 = D1At2λ I、λ 2分別表不太陽(yáng)與微縮模擬的人工光源之波長(zhǎng)，Dl、D2分別表不實(shí)物與微縮模擬反射鏡的直徑。其意義是要保持波速寬度不變，就要保證太陽(yáng)與微縮模擬的人工光源波長(zhǎng)之比等于實(shí)物與微縮模擬反射鏡直徑之比，即上述所列的λ l/λ 2 = D1/D2。3、太陽(yáng)光源的張角模擬至于肉眼感覺(jué)中午與早晚、冬天與夏天太陽(yáng)的大小不同，主要有兩方面原因，其一是大氣折射造成的太陽(yáng)影像失真，另一方面則是日地的距離，同樣也影響太陽(yáng)的大小。在微縮模擬方法中可以通過(guò)控制人工光源的發(fā)光孔徑來(lái)調(diào)節(jié)光源自身的大小，此舉可以達(dá)到控制人工光源15大小以達(dá)到模擬太陽(yáng)移動(dòng)中大小的變化的目的。如圖I所示，槽式聚光反射結(jié)構(gòu)示意圖。包括槽式太陽(yáng)能反射鏡1，集熱管2，小光斑3所圍區(qū)域?yàn)槎滩ㄩL(zhǎng)光線的匯聚區(qū)域，大光斑5所圍區(qū)域?yàn)殚L(zhǎng)波長(zhǎng)光線匯聚區(qū)域，箭頭4 表示反射匯聚的光線。此處顯示波長(zhǎng)與聚焦效率成反比的關(guān)系。如圖2所示，塔式聚光反射結(jié)構(gòu)示意圖；包括塔架6、塔上裝置7，若干用于塔式聚光的反射鏡實(shí)物16。反射匯聚光線9匯聚于固定區(qū)域，在其中第二小光斑10所圍區(qū)域?yàn)槎滩ㄩL(zhǎng)光線的匯聚區(qū)域，第二大光斑11所圍區(qū)域?yàn)殚L(zhǎng)波長(zhǎng)光線匯聚區(qū)域，此處亦顯示波長(zhǎng)與聚焦效率成反比的關(guān)系。如圖3所示，太陽(yáng)光源的張角模擬原理示意圖，太陽(yáng)12不是一點(diǎn)發(fā)光，作為光源發(fā)光的太陽(yáng)有圓形輪廓線，對(duì)反射鏡實(shí)物16中心形成的一個(gè)張角θ1()如圖4所示，微縮模擬的人工光源的張角模擬原理示意圖，為得到按比例的微縮效果，需保證人工光源15保持對(duì)微縮模擬反射鏡17中心形成的相應(yīng)的張角θ2與實(shí)物一樣，g卩Q1 = θ2。因此，這就要求微縮模擬裝置的人工光源15通過(guò)發(fā)光孔徑的調(diào)整滿足上述條件。如圖5、圖6所示，分別為反射鏡實(shí)物及微縮模擬樣品的波速寬度與波長(zhǎng)、反射鏡直徑關(guān)系模擬示意圖。要想模擬這一關(guān)系，首先需保證反射鏡實(shí)物16與微縮模擬反射鏡17 的形狀、光學(xué)特性一致，而制造誤差尺寸也與縮小比例呈正比。此外，要求以下兩個(gè)比值相等Ci1= Ci2，其中Ci1為實(shí)測(cè)聚光光波波長(zhǎng)X1與反射鏡實(shí)物16直徑比值，Ci2為微縮模擬測(cè)量光光波波長(zhǎng)X2與微縮模擬反射鏡直徑D2的比值。如圖7所示，以塔式為例的太陽(yáng)反射鏡聚光度微縮模擬測(cè)試系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖。整個(gè)裝置設(shè)置于平臺(tái)上，共包括三部分按幾何比例縮小并制成微縮模擬反射鏡17，由人工光源15、光源移動(dòng)支架18組成模擬光源部分；由模擬塔架26和模擬塔上裝置27組成聚光塔部分；由若干個(gè)微縮模擬反射鏡17和模擬跟蹤裝置(圖中未示)組成跟蹤反射部分。其中模擬塔上裝置27上設(shè)置有若干光頻率及功率傳感器(圖中未示)，分布在區(qū)域P2內(nèi)。具體步驟為首先通過(guò)人工光源15發(fā)光孔徑、頻率調(diào)整，以及光源移動(dòng)支架18位置的變化，模擬太陽(yáng)隨時(shí)間的具體位置、大小變化。隨后，若干個(gè)微縮模擬反射鏡17在模擬跟蹤裝置(圖中未示)的驅(qū)動(dòng)下跟蹤人工光源15，并將其光線反射至安裝于模擬塔架26上的模擬塔上裝置27上，所聚焦光線形成光斑區(qū)域P1，落在區(qū)域P2內(nèi)，區(qū)域P2內(nèi)設(shè)置光頻率及功率傳感器(圖中未示)來(lái)采集數(shù)據(jù)、上傳。本模擬裝置通過(guò)人工光源15在張角Θ 2時(shí)發(fā)出波長(zhǎng)為λ2的光，以及形成的光斑區(qū)域？1，來(lái)模擬實(shí)際太陽(yáng)在張角Q1、實(shí)際太陽(yáng)光波長(zhǎng) λ !和實(shí)物反光鏡所聚焦的第二大光斑11或第二小光斑10 (圖2所示)。本發(fā)明中，通過(guò)人工光源15及微縮模擬反射鏡17設(shè)計(jì)的光路結(jié)構(gòu)來(lái)模擬真實(shí)的太陽(yáng)光反射聚焦過(guò)程，該光路結(jié)構(gòu)可為塔式光熱聚焦結(jié)構(gòu)、槽式光熱聚焦結(jié)構(gòu)或碟式光熱聚焦結(jié)構(gòu)，圖7中即為塔式結(jié)構(gòu)太陽(yáng)反射鏡聚光度模擬測(cè)試系統(tǒng)示意圖，槽式光熱聚焦結(jié)構(gòu)或碟式光熱聚焦結(jié)構(gòu)均可根據(jù)圖7所示來(lái)進(jìn)行轉(zhuǎn)換，本發(fā)明的微縮模擬測(cè)試系統(tǒng)均是以塔式光熱聚焦結(jié)構(gòu)、槽式光熱聚焦結(jié)構(gòu)或碟式光熱聚焦結(jié)構(gòu)為原型，按幾何比例縮小制成， 其只要滿足光學(xué)性能O1 = θ2, λ /D1 = λ 2/D2即可。
權(quán)利要求
1.太陽(yáng)反射鏡聚光度微縮模擬測(cè)試系統(tǒng)，其特征在于，該微縮模擬測(cè)試系統(tǒng)包括用于模擬太陽(yáng)的人工光源、按幾何比例縮小制成的若干個(gè)微縮模擬反射鏡，通過(guò)人工光源及微縮模擬反射鏡設(shè)計(jì)的光路結(jié)構(gòu)來(lái)模擬真實(shí)的太陽(yáng)光反射聚焦過(guò)程；微縮模擬反射鏡與反射鏡實(shí)物的形狀、光學(xué)特性一致，其滿足光學(xué)性能為= Q1= Θ 2，λ 1/Di = λ2/ο2，其中，Θ i為太陽(yáng)對(duì)反射鏡實(shí)物中心形成的張角，λ i為太陽(yáng)實(shí)測(cè)聚光光波波長(zhǎng)；Θ 2為人工光源對(duì)微縮模擬反射鏡中心形成的張角，λ2為人工光源模擬測(cè)量光光波波長(zhǎng)。
2.如權(quán)利要求I所述的微縮模擬測(cè)試系統(tǒng)，其特征在于，所述光路結(jié)構(gòu)為塔式光熱聚焦結(jié)構(gòu)、槽式光熱聚焦結(jié)構(gòu)或碟式光熱聚焦結(jié)構(gòu)。
3.如權(quán)利要求2所述的微縮模擬測(cè)試系統(tǒng)，其特征在于，所述微縮模擬測(cè)試系統(tǒng)包括模擬光源部分，該模擬光源部分包括所述人工光源和光源移動(dòng)支架，所述人工光源設(shè)置在光源移動(dòng)支架上，通過(guò)調(diào)整光源移動(dòng)支架的位置，模擬太陽(yáng)隨時(shí)間的具體位置、大小變化。
4.如權(quán)利要求2所述的微縮模擬測(cè)試系統(tǒng)，其特征在于，所述微縮模擬測(cè)試系統(tǒng)包括跟蹤反射部分，該跟蹤反射部分包括若干個(gè)所述微縮模擬反射鏡和模擬跟蹤裝置，該模擬跟蹤裝置驅(qū)動(dòng)所述微縮模擬反射鏡跟蹤所述人工光源。
5.如權(quán)利要求2所述的微縮模擬測(cè)試系統(tǒng)，其特征在于，所述微縮模擬測(cè)試系統(tǒng)還包括聚光塔部分，該聚光塔部分包括模擬塔架和模擬塔上裝置，所述微縮模擬反射鏡將所述人工光源的模擬測(cè)量光反射至模擬塔上裝置上，形成聚焦光斑。
6.如權(quán)利要求5所述的微縮模擬測(cè)試系統(tǒng)，其特征在于，所述模擬塔上裝置上設(shè)置有光頻率及功率傳感器，該光頻率及功率傳感器用于檢測(cè)聚焦光斑的數(shù)據(jù)，并將采集數(shù)據(jù)上傳到分析系統(tǒng)。
7.如權(quán)利要求2所述的微縮模擬測(cè)試系統(tǒng)，其特征在于，所述人工光源的發(fā)光孔徑可以變化，來(lái)調(diào)節(jié)自身的光源大小，通過(guò)控制所述人工光源的大小來(lái)模擬所述太陽(yáng)移動(dòng)中大小的變化。
8.如權(quán)利要求2所述的微縮模擬測(cè)試系統(tǒng)，其特征在于，所述人工光源通過(guò)調(diào)整發(fā)光孔徑的大小，保持對(duì)不同距離的所述微縮模擬反射鏡的張角Θ 2恒定。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種太陽(yáng)反射鏡聚光度微縮模擬測(cè)試系統(tǒng)，包括用于模擬太陽(yáng)的人工光源、按幾何比例縮小制成的若干個(gè)微縮模擬反射鏡，通過(guò)人工光源及微縮模擬反射鏡設(shè)計(jì)的光路結(jié)構(gòu)來(lái)模擬真實(shí)的太陽(yáng)光反射聚焦過(guò)程；微縮模擬反射鏡與反射鏡實(shí)物的形狀、光學(xué)特性一致，其滿足光學(xué)性能為θ1=θ2，λ1/D1=λ2/D2，其中，θ1為太陽(yáng)對(duì)反射鏡實(shí)物中心形成的張角，λ1為太陽(yáng)實(shí)測(cè)聚光光波波長(zhǎng)；θ2為人工光源對(duì)微縮模擬反射鏡中心形成的張角，λ2為人工光源模擬測(cè)量光光波波長(zhǎng)。本發(fā)明微縮模型測(cè)試系統(tǒng)，既模擬整個(gè)鏡場(chǎng)系統(tǒng)，又可盡量接近實(shí)際情況，同時(shí)也可作為展覽、示范樣機(jī)得到多方面的應(yīng)用，具有結(jié)構(gòu)小、成本低等優(yōu)點(diǎn)。
文檔編號(hào)G01M11/02GK102589855SQ201210015438
公開(kāi)日2012年7月18日 申請(qǐng)日期2012年1月18日 優(yōu)先權(quán)日2012年1月18日
發(fā)明者劉伯昂, 薛黎明 申請(qǐng)人:中海陽(yáng)新能源電力股份有限公司