名稱(chēng): 自移光束角太陽(yáng)光模擬器
型號(hào): SMBASS
品牌: 努美科技/Sciencetech
高度準(zhǔn)直的太陽(yáng)光模擬器,具有自動(dòng)移動(dòng)光束角移動(dòng)
Highly Collimated Solar Simulator with automated beam angle movement
太陽(yáng)模擬器是為國(guó)家航天局開(kāi)發(fā)的。該機(jī)構(gòu)有一系列需要進(jìn)行太陽(yáng)模擬的項(xiàng)目,而當(dāng)一個(gè)有嚴(yán)格要求的新項(xiàng)目出現(xiàn)時(shí),他們便與我們聯(lián)絡(luò),以提供一個(gè)高度**的太陽(yáng)模擬系統(tǒng)。
客戶(hù)要求
幾年前,該客戶(hù)一些成員具有使用我方提供的高度準(zhǔn)直的太陽(yáng)能模擬器之一的動(dòng)手經(jīng)驗(yàn)。對(duì)于在發(fā)射之前測(cè)試其衛(wèi)星傳感器的新項(xiàng)目,他們需要此太陽(yáng)能模擬器更大,更復(fù)雜的版本。他們聯(lián)系了科學(xué)技術(shù)公司,詢(xún)問(wèn)我們是否可以提供一個(gè)在輻照度,準(zhǔn)直角和光譜匹配方面與太陽(yáng)極為接近的太陽(yáng)模擬器。
此外,他們希望自動(dòng)化以X,Y,Z和2個(gè)旋轉(zhuǎn)角度來(lái)操縱太陽(yáng)能模擬器。**初的討論考慮了幾種自動(dòng)化實(shí)施方式,**初的工程分析確定了氙氣短弧燈的物理局限性使其很難滿(mǎn)足所需的準(zhǔn)直規(guī)范以及其他標(biāo)準(zhǔn)。確定了實(shí)現(xiàn)**重要規(guī)格的方法,并將其介紹給客戶(hù)。
準(zhǔn)直全角:0.69°;內(nèi)90%功率
目標(biāo)尺寸:直徑33cm
空間非均勻性:2.95%(A級(jí))
時(shí)間不穩(wěn)定:1.5%(A級(jí))
強(qiáng)度:1366W/m2(AM0光譜匹配)
衰減強(qiáng)度:1.366W/m2(衰減至0.1%)
輸出方向:臥式
構(gòu)思和設(shè)計(jì)系統(tǒng)
在設(shè)計(jì)過(guò)程中,我們結(jié)合了光學(xué)建模和數(shù)學(xué)分析的方法來(lái)解決多方面的挑戰(zhàn),即如何制作具有大目標(biāo)面積,比光譜匹配和發(fā)散角接近太陽(yáng)的高度均勻且強(qiáng)度高的光源。
光學(xué)設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)
橢圓形的后反射器收集了大部分的燈發(fā)射,并聚焦到均勻的光導(dǎo)管中。該光導(dǎo)管通過(guò)全內(nèi)反射引導(dǎo)光,許多反射用于混合光線(xiàn),從而使輸出更加均勻。一系列的透鏡和轉(zhuǎn)向鏡用于將光引導(dǎo)到準(zhǔn)直鏡,準(zhǔn)直鏡反射光以形成近乎平行的光線(xiàn),從而在目標(biāo)平面產(chǎn)生高輻照度和低光束發(fā)散度。
自動(dòng)運(yùn)動(dòng)控制的機(jī)械設(shè)計(jì)
我們的客戶(hù)需要整個(gè)太陽(yáng)能模擬器在5個(gè)軸(X,Y和Z)以及2個(gè)旋轉(zhuǎn)軸上進(jìn)行自動(dòng)運(yùn)動(dòng)。此外,整個(gè)系統(tǒng)需要在無(wú)塵室內(nèi)運(yùn)行,因此必須隔離太陽(yáng)能模擬器的空氣冷卻系統(tǒng)。
為了滿(mǎn)足這些自動(dòng)化目標(biāo),設(shè)計(jì)了一個(gè)自動(dòng)化的機(jī)械平臺(tái)和定制軟件,并提供了特殊的冷卻設(shè)計(jì),儀器組件和外殼設(shè)計(jì)來(lái)滿(mǎn)足這些需求。
電動(dòng)運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)已構(gòu)建并經(jīng)過(guò)測(cè)試,其軟件是在內(nèi)部創(chuàng)建的。運(yùn)動(dòng)系統(tǒng),外殼,軟件和光學(xué)元件均根據(jù)客戶(hù)對(duì)所有5個(gè)運(yùn)動(dòng)軸的要求完成,并且包含軟件GUI,以便于控制。
太陽(yáng)模擬器的移動(dòng)系統(tǒng)可按照我們的機(jī)械工程師的設(shè)想在5個(gè)軸上提供整個(gè)太陽(yáng)模擬器的自動(dòng)運(yùn)動(dòng)
太陽(yáng)模擬器系統(tǒng)的圖紙,其中包括與ISO7兼容的無(wú)塵室外殼,并描述了從系統(tǒng)輸出發(fā)出的高度準(zhǔn)直的射線(xiàn)
原型設(shè)計(jì)與開(kāi)發(fā)
高功率的6.5 kW氙弧燈被用作模擬太陽(yáng)輻射的基礎(chǔ)光源。氙氣燈光譜使用空氣濾清器進(jìn)行了修改,以滿(mǎn)足AM0光譜匹配標(biāo)準(zhǔn)。
輻照度可低至其全功率的0.1%,并且?guī)缀踹B續(xù)衰減,從而保持了空間均勻性,光譜匹配和時(shí)間穩(wěn)定性。
在短期,中期和**內(nèi)測(cè)量了時(shí)間穩(wěn)定性,并符合A級(jí)規(guī)范。
我們?cè)?.69°;全角內(nèi)以90%的功率實(shí)現(xiàn)了高度準(zhǔn)直。高準(zhǔn)直度在距太陽(yáng)模擬器輸出若干距離處提供了一個(gè)均勻的點(diǎn)。
潔凈室要求
整個(gè)系統(tǒng)被密封以用于潔凈室,包括隔離的空氣冷卻系統(tǒng),以防止污染潔凈室環(huán)境。整個(gè)系統(tǒng)符合ISO 5級(jí)潔凈室標(biāo)準(zhǔn)。
驗(yàn)收測(cè)試和安裝
由于經(jīng)常與客戶(hù)團(tuán)隊(duì)聯(lián)系,工程師可以對(duì)設(shè)計(jì)進(jìn)行修改,以確保更好地過(guò)渡到客戶(hù),并幫助客戶(hù)對(duì)所訂購(gòu)設(shè)備的功能充滿(mǎn)信心。**終的驗(yàn)收測(cè)試是與客戶(hù)的工程師共同創(chuàng)建的,以確保儀器在設(shè)備離開(kāi)時(shí)即能在所需的參數(shù)范圍內(nèi)運(yùn)行。硬件和軟件的**終集成在**終用戶(hù)的設(shè)施中完成,并且該設(shè)備通過(guò)了**批準(zhǔn)的驗(yàn)收測(cè)試。