專利名稱：一體化日光捕捉光照系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于坡面降雨徑流模擬技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種一體化日光捕捉光照系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
氣候環(huán)境變化引起流域降雨和徑流的變化，使得流域水文情勢演變?nèi)找骘@著，進而出現(xiàn)一系列區(qū)域性水資源短缺及洪旱災(zāi)害。因此迫切需要深入認識流域氣候環(huán)境因素與流域水文過程的響應(yīng)關(guān)系，以提高水資源管理和災(zāi)害預(yù)報水平，保證水資源的持續(xù)利用。而長期野外觀測水文、氣象過程需要耗費大量人力物力，因此需要中試系統(tǒng)研究流域重點控制斷面的水文、氣象過程。水文過程中冠層截留、蒸散發(fā)等深受下墊面植被影響，而植被的生長條件之一是靠光合作用，由于室內(nèi)缺少陽光，植被生長和維護都很困難，模擬太陽光照系統(tǒng)可以全天候地將陽光撒向指定的植被上，從而盡可能的模擬流域現(xiàn)實。但是由于市場定位高端、配件成本高昂等原因，導(dǎo)致太陽模擬器價格一直居高不下，進口太陽模擬器要數(shù)十萬到上百萬不等，國產(chǎn)能達到3A級的太陽模擬器也要二三十萬，高昂的價格阻礙了國內(nèi)流域水文過程基礎(chǔ)研究。太陽光導(dǎo)入系統(tǒng)作為一種節(jié)能、綠色的產(chǎn)品，能夠自動跟蹤陽光， 通過光纖傳輸陽光，實現(xiàn)光照控制。事實上，太陽光是多模式多波長的光束，太陽光在光纖中傳輸會衰減掉，這種形式得到的太陽光濾除了適合植物生長的紅外線，不適合植物生長發(fā)育。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種一體化日光捕捉光照系統(tǒng)，以實現(xiàn)在同一系統(tǒng)內(nèi)完成太陽光的自動跟蹤、采集捕捉、復(fù)合傳輸和定點投放，從而實現(xiàn)虛擬現(xiàn)實，提高坡面降雨徑流中試系統(tǒng)的模擬效果。一體化日光捕捉光照系統(tǒng)，采光板1分別與伺服系統(tǒng)6和多路卡塞格林氏反射鏡 2相連，多路卡塞格林氏反射鏡2分別與濾光片3和衰減器4相連，濾光片3和衰減器4與復(fù)合軸光學(xué)系統(tǒng)5相連，復(fù)合軸光學(xué)系統(tǒng)5分別與角度控制器7、功率控制器8和波長選擇器9相連，功率控制器8與光線投射10相連。所述復(fù)合軸光學(xué)系統(tǒng)5由內(nèi)反射橢球鏡11、第一平面鏡12、第二平面鏡13、凸透鏡14、第三平面鏡15和擴束鏡16組成；內(nèi)反射橢球鏡11置于第一平面鏡12和第二平面鏡13之間，凸透鏡14置于第二平面鏡13下方，凸透鏡14下方為第三平面鏡15，擴束鏡16 置于第三平面鏡15的一側(cè)。所述伺服系統(tǒng)6由伺服電機17、減速器18、處理電路19、光敏電路20、電源電路 21、比較電路22和控制電路23組成；伺服電機17與減速器相連，光敏電路20依次與電源電路21、處理電路19和伺服電機17相連，比較電路22分別與電源電路21和處理電路19 相連，控制電路23分別與光敏電路20、電源電路21和比較電路22相連。本發(fā)明的有益效果本發(fā)明的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)緊湊，科學(xué)合理，易于安裝，設(shè)備操作簡單，便于流動作業(yè)；光源輻射通量的聚光效率高且輻照分布均勻；能配合不同實際日光強度的需要，在日光捕捉系統(tǒng)中控制采光板的面積和數(shù)量，在控制投放光照系統(tǒng)中變化日光投放量、投放點，平穩(wěn)計量、控制適當(dāng)；系統(tǒng)實現(xiàn)全自動操作，運行安全可靠，無需專人看管，易于維護及操作。


圖1為一體化日光捕捉與光照系統(tǒng)示意圖；圖中，1-采光板、2-多路卡塞格林氏反射鏡、3-濾光片、4-衰減器、5-復(fù)合軸光學(xué)系統(tǒng)、6-伺服系統(tǒng)、7-角度控制器、8-功率控制器、9-波長選擇器、10-光線投射。圖2為復(fù)合軸光學(xué)系統(tǒng)示意圖；圖中，11-內(nèi)反射橢球鏡、12-第一平面鏡、13-第二平面鏡、14-凸透鏡、15-第三平面鏡、16-擴束鏡。圖3為伺服電路系統(tǒng)示意圖；圖中，1-采光板、17-伺服電機、18-減速器、19-處理電路、20-光敏電路、21-電源電路、22-比較電路、23-控制電路。
具體實施例方式下面結(jié)合附圖和具體實施例對本發(fā)明做進一步說明。實施例1一體化日光捕捉光照系統(tǒng)(如圖1所示)，該系統(tǒng)包括采光板1、多路卡塞格林氏反射鏡2、濾光片3、衰減器4、復(fù)合軸光學(xué)系統(tǒng)5、伺服系統(tǒng)6、角度控制器7、功率控制器8、 波長選擇器9和光線投射10 ；采光板1分別與伺服系統(tǒng)6和多路卡塞格林氏反射鏡2相連， 多路卡塞格林氏反射鏡2分別與濾光片3和衰減器4相連，濾光片3和衰減器4與復(fù)合軸光學(xué)系統(tǒng)5相連，復(fù)合軸光學(xué)系統(tǒng)5分別與角度控制器7、功率控制器8和波長選擇器9相連，功率控制器8與光線投射10相連。復(fù)合軸光學(xué)系統(tǒng)5 (如圖2所示)由內(nèi)反射橢球鏡11、第一平面鏡12、第二平面鏡 13、凸透鏡14、第三平面鏡15和擴束鏡16組成；內(nèi)反射橢球鏡11置于第一平面鏡12和第二平面鏡13之間，凸透鏡14置于第二平面鏡13下方，凸透鏡14下方為第三平面鏡15，擴束鏡16置于第三平面鏡15的一側(cè)。伺服系統(tǒng)6 (如圖3所示)由伺服電機17、減速器18、處理電路19、光敏電路20、 電源電路21、比較電路22和控制電路23組成；伺服電機17與減速器相連，光敏電路20依次與電源電路21、處理電路19和伺服電機17相連，比較電路22分別與電源電路21和處理電路19相連，控制電路23分別與光敏電路20、電源電路21和比較電路22相連。本實施例的采光板1用鍍膜玻璃制成，通過伺服系統(tǒng)6實現(xiàn)采光板數(shù)量和面積自動調(diào)節(jié)；采光板1在伺服系統(tǒng)6作用下自動跟蹤太陽的轉(zhuǎn)動軌跡，通過多路卡塞格林式反射鏡2以最佳的角度實現(xiàn)太陽光空中傳輸；通過單個光學(xué)干涉濾波片實現(xiàn)多重波長處理，從而實現(xiàn)波長調(diào)節(jié)；衰減器4是一種能量損耗性射頻元件，用于需要功率電平調(diào)整；復(fù)合軸光學(xué)系統(tǒng)5實現(xiàn)光電機一體化太陽采集和光線投放，用者根據(jù)需要通過鍵盤進行設(shè)定，從而得到可控強度和波長的實驗日光。
伺服電路系統(tǒng)的光敏電路20接收到太陽光強度發(fā)生偏差的信號后，傳給控制電路23，控制電路23帶動機械傳動裝置轉(zhuǎn)動，從而扭轉(zhuǎn)采光板1受光面實現(xiàn)精確跟蹤捕捉太陽的目的。復(fù)合軸光學(xué)系統(tǒng)內(nèi)的反射橢球鏡11利用兩焦點的成像關(guān)系提高光源輻射通量的聚光效率，擴束鏡16可改善輸出光束的福照面的體均勻度。光路基本工作原理為首先通過反射橢球鏡11，將光線匯聚，然后通過第一平面鏡12，將光線反射，再通過第一平面鏡 13，將光線反射到室內(nèi)的凸透鏡14上，凸透鏡14實現(xiàn)光路轉(zhuǎn)換。再通過第三平面鏡15將光線引導(dǎo)到需要投放陽光的位置，最后通過擴束鏡16，形成一個均勻輻照面。為克服被處理日光流量波動過大所引起的參數(shù)調(diào)節(jié)的困難，一體化日光捕捉光照系統(tǒng)允許用戶特別選擇具有前饋-反饋控制功能的調(diào)節(jié)器，將流量信號直接引入控制器， 控制器按照流量值按比例投放日光，實現(xiàn)大流量波動條件下的前饋粗調(diào)；同時，根據(jù)參數(shù)測量傳感器的測量信號，比較設(shè)定值并根據(jù)偏差進行反饋調(diào)節(jié)，實現(xiàn)精確細調(diào)；兩種作用的共同結(jié)果是實現(xiàn)被調(diào)參數(shù)在設(shè)定投放量(點)或設(shè)定流量范圍內(nèi)的準(zhǔn)確控制。
權(quán)利要求
1.一體化日光捕捉光照系統(tǒng)，其特征在于，采光板(1)分別與伺服系統(tǒng)(6)和多路卡塞格林氏反射鏡⑵相連，多路卡塞格林氏反射鏡⑵分別與濾光片⑶和衰減器⑷相連， 濾光片( 和衰減器(4)與復(fù)合軸光學(xué)系統(tǒng)(5)相連，復(fù)合軸光學(xué)系統(tǒng)( 分別與角度控制器(7)、功率控制器⑶和波長選擇器(9)相連，功率控制器⑶與光線投射(10)相連。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述一體化日光捕捉光照系統(tǒng)，其特征在于，所述復(fù)合軸光學(xué)系統(tǒng) (5)由內(nèi)反射橢球鏡(11)、第一平面鏡(12)、第二平面鏡(13)、凸透鏡(14)、第三平面鏡(15)和擴束鏡(16)組成；內(nèi)反射橢球鏡(11)置于第一平面鏡(1 和第二平面鏡(13)之間，凸透鏡(14)置于第二平面鏡(1 下方，凸透鏡(14)下方為第三平面鏡(15)，擴束鏡(16)置于第三平面鏡(15)的一側(cè)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述一體化日光捕捉光照系統(tǒng)，其特征在于，所述伺服系統(tǒng)(6)由伺服電機(17)、減速器(18)、處理電路(19)、光敏電路(20)、電源電路(21)、比較電路(22)和控制電路組成；伺服電機(17)與減速器相連，光敏電路00)依次與電源電路(21)、處理電路(19)和伺服電機(17)相連，比較電路(22)分別與電源電路(21)和處理電路(19) 相連，控制電路03)分別與光敏電路00)、電源電路和比較電路02)相連。
全文摘要
本發(fā)明公開了屬于坡面降雨徑流模擬技術(shù)領(lǐng)域的一種一體化日光捕捉光照系統(tǒng)。該系統(tǒng)的采光板分別與伺服系統(tǒng)和多路卡塞格林氏反射鏡相連，多路卡塞格林氏反射鏡分別與濾光片和衰減器相連，濾光片和衰減器與復(fù)合軸光學(xué)系統(tǒng)相連，復(fù)合軸光學(xué)系統(tǒng)分別與角度控制器、功率控制器和波長選擇器相連，功率控制器與光線投射相連。本發(fā)明的系統(tǒng)提供了從日光的跟蹤捕捉、針對特定輻照度、光譜等參數(shù)、按設(shè)定投放量或投放范圍自動調(diào)節(jié)、投放所需日光的一體化解決方案，可在同一系統(tǒng)內(nèi)完成太陽光的自動跟蹤、采集捕捉、復(fù)合傳輸和定點投放，從而實現(xiàn)虛擬現(xiàn)實，提高坡面降雨徑流中試系統(tǒng)的模擬效果，大大減少科研經(jīng)費的支出。
文檔編號G02B7/182GK102323654SQ20111025235
公開日2012年1月18日 申請日期2011年8月30日 優(yōu)先權(quán)日2011年8月30日
發(fā)明者張曉東, 李中, 陽艾利, 黃國和 申請人:華北電力大學(xué)