专利名称：一体化日光捕捉光照系统的制作方法
技术领域：
本发明属于坡面降雨径流模拟技术领域，具体涉及一种一体化日光捕捉光照系统。
背景技术：
气候环境变化引起流域降雨和径流的变化，使得流域水文情势演变日益显著，进而出现一系列区域性水资源短缺及洪旱灾害。因此迫切需要深入认识流域气候环境因素与流域水文过程的响应关系，以提高水资源管理和灾害预报水平，保证水资源的持续利用。而长期野外观测水文、气象过程需要耗费大量人力物力，因此需要中试系统研究流域重点控制断面的水文、气象过程。水文过程中冠层截留、蒸散发等深受下垫面植被影响，而植被的生长条件之一是靠光合作用，由于室内缺少阳光，植被生长和维护都很困难，模拟太阳光照系统可以全天候地将阳光撒向指定的植被上，从而尽可能的模拟流域现实。但是由于市场定位高端、配件成本高昂等原因，导致太阳模拟器价格一直居高不下，进口太阳模拟器要数十万到上百万不等，国产能达到3A级的太阳模拟器也要二三十万，高昂的价格阻碍了国内流域水文过程基础研究。太阳光导入系统作为一种节能、绿色的产品，能够自动跟踪阳光， 通过光纤传输阳光，实现光照控制。事实上，太阳光是多模式多波长的光束，太阳光在光纤中传输会衰减掉，这种形式得到的太阳光滤除了适合植物生长的红外线，不适合植物生长发育。
发明内容
本发明的目的是提供一种一体化日光捕捉光照系统，以实现在同一系统内完成太阳光的自动跟踪、采集捕捉、复合传输和定点投放，从而实现虚拟现实，提高坡面降雨径流中试系统的模拟效果。一体化日光捕捉光照系统，采光板1分别与伺服系统6和多路卡塞格林氏反射镜 2相连，多路卡塞格林氏反射镜2分别与滤光片3和衰减器4相连，滤光片3和衰减器4与复合轴光学系统5相连，复合轴光学系统5分别与角度控制器7、功率控制器8和波长选择器9相连，功率控制器8与光线投射10相连。所述复合轴光学系统5由内反射椭球镜11、第一平面镜12、第二平面镜13、凸透镜14、第三平面镜15和扩束镜16组成；内反射椭球镜11置于第一平面镜12和第二平面镜13之间，凸透镜14置于第二平面镜13下方，凸透镜14下方为第三平面镜15，扩束镜16 置于第三平面镜15的一侧。所述伺服系统6由伺服电机17、减速器18、处理电路19、光敏电路20、电源电路 21、比较电路22和控制电路23组成；伺服电机17与减速器相连，光敏电路20依次与电源电路21、处理电路19和伺服电机17相连，比较电路22分别与电源电路21和处理电路19 相连，控制电路23分别与光敏电路20、电源电路21和比较电路22相连。本发明的有益效果本发明的系统结构紧凑，科学合理，易于安装，设备操作简单，便于流动作业；光源辐射通量的聚光效率高且辐照分布均勻；能配合不同实际日光强度的需要，在日光捕捉系统中控制采光板的面积和数量，在控制投放光照系统中变化日光投放量、投放点，平稳计量、控制适当；系统实现全自动操作，运行安全可靠，无需专人看管，易于维护及操作。
图1为一体化日光捕捉与光照系统示意图；图中，1-采光板、2-多路卡塞格林氏反射镜、3-滤光片、4-衰减器、5-复合轴光学系统、6-伺服系统、7-角度控制器、8-功率控制器、9-波长选择器、10-光线投射。图2为复合轴光学系统示意图；图中，11-内反射椭球镜、12-第一平面镜、13-第二平面镜、14-凸透镜、15-第三平面镜、16-扩束镜。图3为伺服电路系统示意图；图中，1-采光板、17-伺服电机、18-减速器、19-处理电路、20-光敏电路、21-电源电路、22-比较电路、23-控制电路。
具体实施例方式下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步说明。实施例1一体化日光捕捉光照系统(如图1所示)，该系统包括采光板1、多路卡塞格林氏反射镜2、滤光片3、衰减器4、复合轴光学系统5、伺服系统6、角度控制器7、功率控制器8、 波长选择器9和光线投射10 ；采光板1分别与伺服系统6和多路卡塞格林氏反射镜2相连， 多路卡塞格林氏反射镜2分别与滤光片3和衰减器4相连，滤光片3和衰减器4与复合轴光学系统5相连，复合轴光学系统5分别与角度控制器7、功率控制器8和波长选择器9相连，功率控制器8与光线投射10相连。复合轴光学系统5 (如图2所示)由内反射椭球镜11、第一平面镜12、第二平面镜 13、凸透镜14、第三平面镜15和扩束镜16组成；内反射椭球镜11置于第一平面镜12和第二平面镜13之间，凸透镜14置于第二平面镜13下方，凸透镜14下方为第三平面镜15，扩束镜16置于第三平面镜15的一侧。伺服系统6 (如图3所示)由伺服电机17、减速器18、处理电路19、光敏电路20、 电源电路21、比较电路22和控制电路23组成；伺服电机17与减速器相连，光敏电路20依次与电源电路21、处理电路19和伺服电机17相连，比较电路22分别与电源电路21和处理电路19相连，控制电路23分别与光敏电路20、电源电路21和比较电路22相连。本实施例的采光板1用镀膜玻璃制成，通过伺服系统6实现采光板数量和面积自动调节；采光板1在伺服系统6作用下自动跟踪太阳的转动轨迹，通过多路卡塞格林式反射镜2以最佳的角度实现太阳光空中传输；通过单个光学干涉滤波片实现多重波长处理，从而实现波长调节；衰减器4是一种能量损耗性射频元件，用于需要功率电平调整；复合轴光学系统5实现光电机一体化太阳采集和光线投放，用者根据需要通过键盘进行设定，从而得到可控强度和波长的实验日光。
伺服电路系统的光敏电路20接收到太阳光强度发生偏差的信号后，传给控制电路23，控制电路23带动机械传动装置转动，从而扭转采光板1受光面实现精确跟踪捕捉太阳的目的。复合轴光学系统内的反射椭球镜11利用两焦点的成像关系提高光源辐射通量的聚光效率，扩束镜16可改善输出光束的福照面的体均勻度。光路基本工作原理为首先通过反射椭球镜11，将光线汇聚，然后通过第一平面镜12，将光线反射，再通过第一平面镜 13，将光线反射到室内的凸透镜14上，凸透镜14实现光路转换。再通过第三平面镜15将光线引导到需要投放阳光的位置，最后通过扩束镜16，形成一个均勻辐照面。为克服被处理日光流量波动过大所引起的参数调节的困难，一体化日光捕捉光照系统允许用户特别选择具有前馈-反馈控制功能的调节器，将流量信号直接引入控制器， 控制器按照流量值按比例投放日光，实现大流量波动条件下的前馈粗调；同时，根据参数测量传感器的测量信号，比较设定值并根据偏差进行反馈调节，实现精确细调；两种作用的共同结果是实现被调参数在设定投放量(点)或设定流量范围内的准确控制。
权利要求
1.一体化日光捕捉光照系统，其特征在于，采光板(1)分别与伺服系统(6)和多路卡塞格林氏反射镜⑵相连，多路卡塞格林氏反射镜⑵分别与滤光片⑶和衰减器⑷相连， 滤光片( 和衰减器(4)与复合轴光学系统(5)相连，复合轴光学系统( 分别与角度控制器(7)、功率控制器⑶和波长选择器(9)相连，功率控制器⑶与光线投射(10)相连。
2.根据权利要求1所述一体化日光捕捉光照系统，其特征在于，所述复合轴光学系统 (5)由内反射椭球镜(11)、第一平面镜(12)、第二平面镜(13)、凸透镜(14)、第三平面镜(15)和扩束镜(16)组成；内反射椭球镜(11)置于第一平面镜(1 和第二平面镜(13)之间，凸透镜(14)置于第二平面镜(1 下方，凸透镜(14)下方为第三平面镜(15)，扩束镜(16)置于第三平面镜(15)的一侧。
3.根据权利要求1所述一体化日光捕捉光照系统，其特征在于，所述伺服系统(6)由伺服电机(17)、减速器(18)、处理电路(19)、光敏电路(20)、电源电路(21)、比较电路(22)和控制电路组成；伺服电机(17)与减速器相连，光敏电路00)依次与电源电路(21)、处理电路(19)和伺服电机(17)相连，比较电路(22)分别与电源电路(21)和处理电路(19) 相连，控制电路03)分别与光敏电路00)、电源电路和比较电路02)相连。
全文摘要
本发明公开了属于坡面降雨径流模拟技术领域的一种一体化日光捕捉光照系统。该系统的采光板分别与伺服系统和多路卡塞格林氏反射镜相连，多路卡塞格林氏反射镜分别与滤光片和衰减器相连，滤光片和衰减器与复合轴光学系统相连，复合轴光学系统分别与角度控制器、功率控制器和波长选择器相连，功率控制器与光线投射相连。本发明的系统提供了从日光的跟踪捕捉、针对特定辐照度、光谱等参数、按设定投放量或投放范围自动调节、投放所需日光的一体化解决方案，可在同一系统内完成太阳光的自动跟踪、采集捕捉、复合传输和定点投放，从而实现虚拟现实，提高坡面降雨径流中试系统的模拟效果，大大减少科研经费的支出。
文档编号G02B7/182GK102323654SQ20111025235
公开日2012年1月18日 申请日期2011年8月30日 优先权日2011年8月30日
发明者张晓东, 李中, 阳艾利, 黄国和 申请人:华北电力大学