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一种太阳模拟器的光学系统设计及辐照特性研究

作　者: 钟民
导　师: 张国玉
学　校: 长春理工大学
专　业: 光学工程
关键词: 太阳模拟光学系统设计 Lighttools仿真指标测试
分类号: V524.2
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要

太阳模拟器是一种模拟太阳辐射的设备。用来模拟太阳的辐射强度、视直径、光谱特性、辐射稳定性和均匀性。本文研究的太阳模拟器主要用于太阳能资源观测用气象传感器的测试,指标方面对辐照均匀性、光谱、辐照稳定性要求较为严格。本文通过对太阳模拟器光学系统的研究,提出了光学系统设计方案,主要包括椭球聚光镜、积分器、光学滤光片、准直物镜。对各个光学元件进行了理论分析和计算,给出了光学系统的设计参数,并使用照明设计软件Lighttools对光学系统进行了建模,通过蒙特卡洛光线追迹对系统进行了仿真,验证了方案的可行性。最后经过实际测试,系统达到了辐照不均匀性≤±1%、辐照稳定性≤士1%/h、光谱辐照度分布在0.3～2.5μm范围内与AM1.5太阳光谱相匹配(匹配误差≤±20%)的技术要求。

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-6
目录  6-7
第一章绪论  7-12
  1.1 课题来源及研究目的和意义  7
  1.2 太阳模拟器研究发展现状  7-10
  1.3 本文研究的主要内容及技术指标  10-12
第二章太阳模拟技术概述  12-20
  2.1 真实太阳光辐照特征  12
  2.2 太阳模拟器分类及主要技术参数  12-16
  2.4 太阳模拟器组成与总体设计  16-18
  2.5 同轴准直投射式太阳模拟器工作原理  18-20
第三章太阳模拟器光学系统设计与分析  20-34
  3.1 太阳模拟器光学系统组成与总体结构布局  20
  3.2 光源的设计  20-22
  3.3 衰减片设计  22-23
  3.4 光学滤光片设计  23-24
  3.5 聚光系统的设计及特性分析  24-27
  3.6 光学积分器原理与设计  27-30
  3.7 准直系统设计  30-32
  3.8 视场光阑的设计  32-33
  3.9 光学系统总体结构布局  33-34
第四章基于LIGHTTOOLS的太阳模拟器辐照均匀性分析  34-42
  4.1 LIGHTTOOLS照明设计软件  34
  4.2 太阳模拟器光学系统建模  34-38
  4.3 仿真计算  38-42
第五章太阳模拟器性能测试及误差分析  42-47
  5.1 测试环境  42
  5.2 测试仪器  42
  5.3 太阳模拟器主要技术指标的测试  42-46
  5.4 主要技术指标的测试结果  46-47
结论  47-48
致谢  48-49
参考文献  49-51
攻读硕士学位期间发表的学术论文  51

一种太阳模拟器的光学系统设计及辐照特性研究

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