聚焦型太陽模擬器能流密度測量裝置及測量方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及能流檢測領域中的太陽模擬器的能流密度檢測裝置，具體涉及一種聚焦型高功率的太陽模擬器的能流密度測量裝置。
【背景技術】
[0002]太陽模擬器是用人工光源代替太陽光從而實現在室內模擬太陽輻射特性的一種實驗和定標設備。聚焦型太陽模擬器可產生高聚焦比的光斑，其能流峰值通常高達幾百甚至數千kW/m2。它主要用于模擬太陽能熱發(fā)電站的聚光鏡場所產生的高能流的聚焦光斑，從而在實驗室環(huán)境下對槽式吸熱管、塔式吸熱器和碟式斯特林機等熱吸收器和熱反應器進行熱性能的研究。同時聚焦型太陽模擬器對高溫材料的熱化學性能的研究也具有重要意義。
[0003]在聚焦型太陽模擬器的使用過程中，其光斑的能流密度的測量是十分重要的工作。聚焦光斑的能流密度的分布不僅是評價太陽模擬器性能的關鍵指標，而且是對吸熱器、高溫材料等進行熱性能實驗時的重要的入口參數。由于聚焦型太陽模擬器的能流密度可高達幾兆瓦每平米，因而傳統的光功率的測量方法和測量設備皆不適用。目前在實際應用中通常采用直接法測量，它通過移動高溫熱流計對光斑范圍內的一些點的能流密度進行測量，而整個光斑的能流分布則通過插值法求得。這種方法對于測量點處的能流密度值的測量的精度很高，但整個光斑的能流分布的準確性則嚴重依賴于測量點的數目以及高溫熱流計的定位精度。通常由該方法得到的整個光斑的能流密度分布以及光斑的總功率的誤差較大?，F階段還沒有一種標準的、簡單有效的測量聚焦型太陽模擬器的能流密度的方法和裝置。

【發(fā)明內容】

[0004]本發(fā)明為解決現有測量方法獲得的光斑的能流密度分布以及光斑的總功率的誤差較大的問題，提供一種聚焦型太陽模擬器能流密度測量裝置及測量方法。
[0005]聚焦型太陽模擬器能流密度測量裝置，包括氙燈單元、光斑接收單元以及光斑圖像采集和處理單元;所述的光斑接收單元包括底座、升降臺、水冷漫反射革E、高溫熱流計、運動導軌和移動漫反射靶;所述水冷漫反射靶安裝在升降臺上，氙燈單元產生的聚焦光斑匯聚在光斑接收單元的水冷漫反射革E的革E面上;所述高溫熱流計安裝在水冷漫反射革E的中心;所述移動漫反射靶沿運動導軌運動，運動至覆蓋住高溫熱流計時，所述光斑圖像采集和處理單元采集光斑的圖像，獲得高溫熱流計對應面積上的光斑的灰度值；
[0006]根據高溫熱流計的讀數以及高溫熱流計對應面積上的光斑的灰度值，標定所述光斑圖像采集和處理單元中測量相機的像素灰度值與光斑能流密度值的比例因子，并根據整體光斑的灰度圖像，獲得整體光斑的能流密度分布。
[0007]聚焦型太陽模擬器能流密度測量方法，該方法由以下步驟實現:
[0008]步驟一、氙燈單元出射的聚焦光斑匯聚在光斑接收單元的水冷漫反射靶上；調節(jié)升降臺的高度，使所述光斑位于水冷漫反射靶的中心處，并且使高溫熱流計處于光斑的范圍內；
[0009]步驟二、待高溫熱流計的示數穩(wěn)定后讀取熱流計的讀數；由電機控制移動漫反射靶向右運動，當移動漫反射靶完全擋住熱流計時停止，用測量相機拍攝接收的光斑圖像，拍攝完畢后用電機控制移動漫反射靶歸位到最左側的位置；
[0010]步驟三、將所述相機拍攝的光斑圖像由計算機存儲并進行圖像處理，根據高溫熱流計所對應的面積上的光斑的灰度值，再根據步驟二所述的高溫熱流計的讀數，標定出測量相機獲得的光斑的像素灰度值與光斑能流密度值的比例因子，根據光斑的灰度圖像，獲得光斑的能流密度分布。
[0011]本發(fā)明的有益效果:本發(fā)明所述的聚焦型太陽模擬器能流密度測量裝置可快速、準確的對聚焦型太陽模擬器的高功率光斑進行能流密度的測量。本裝置使用間接測量法，運用測量相機拍攝光斑的灰度圖像并結合高溫熱流計的讀數標定出相機的像素灰度值與光斑的能流密度值的比例因子，進而得到光斑的精確的能流密度分布圖。本裝置測量速度快，圖像處理簡單，檢測精度較高，根據所使用的CCD探測器的像元數目，本裝置可以達到幾百萬個測量點的空間分辨率。
【附圖說明】
[0012]圖1為本發(fā)明所述的聚焦型太陽模擬器能流密度測量裝置的結構示意圖；
[0013]圖2為本發(fā)明所述的聚焦型太陽模擬器能流密度測量裝置的光斑接收單元的結構示意圖。
[0014]圖中，1、氙燈，2、反射鏡，3、光斑接收單元，4、CXD探測器，5、鏡頭，6、中性衰減片，
7、計算機，8、底座，9、升降臺，1、水冷漫反射靶，11、高溫熱流計，12、運動導軌，13、電機，14、絲桿，15、滑塊，16、移動漫反射靶。
【具體實施方式】
[0015]【具體實施方式】一、結合圖1和圖2說明本實施方式，聚焦型太陽模擬器能流密度測量裝置，包括氙燈單元、光斑接收單元3以及光斑圖像采集和處理單元；
[0016]所述的氙燈單元包括氙燈I和反射鏡2，一套聚焦型太陽模擬器由一個或多個氙燈單元組成，其產生的聚焦光斑匯聚在光斑接收單元3上。
[0017]所述的光斑接收單元3包括底座8、升降臺9、水冷漫反射靶10、高溫熱流計11、運動導軌12和移動漫反射靶16;所述的水冷漫反射靶10安裝在升降臺9上，其內部有循環(huán)水冷卻以保證整個靶面溫度不會太高;所述的升降臺9可以是手動升降臺也可以是電動升降臺，用來調整水冷漫反射靶10的高度，使由氙燈單元產生的聚焦光斑能打在水冷漫反射靶10的靶面上;所述的高溫熱流計11安裝在水冷漫反射靶10的中心處，用來測量該點光斑的絕對能流密度；
[0018]所述的運動導軌12由電機13、絲桿14和滑塊15組成，在電機13的控制下滑塊15可以沿絲桿14左右方向運動;所述的移動漫反射靶16安裝在運動導軌12的滑塊15上，可以隨著滑塊15沿左右方向運動。移動漫反射靶16運動時與水冷漫反射靶10的靶面平行，它可以向右運動覆蓋住高溫熱流計11，通過圖像采集得到熱流計對應面積上的光斑的灰度值。
[0019]如圖1所示，所述的光斑圖像采集和處理單元包括測量相機和計算機7，二者通過數據線相連;所述的測量相機由CCD探測器4、鏡頭5和中性衰減片6組成。所述的測量相機安裝在太陽模擬器的桁架上，當氙燈單元為多個時，位