一种基于光纤阵列的聚光集热管扫描装置的制作方法

本发明属于太阳能集热技术领域，特别涉及一种基于光纤阵列的聚光集热管扫描装置。

背景技术：

太阳光能流密度较低，地表辐照强度一般不超过1kw/m²,对于太阳能热发电来说，需要利用聚光技术对太阳光进行聚焦，获得高密度能流，以大幅度提高光热电转化效率。太阳能聚焦有槽式、塔式、碟式等类型，可分别实现几十倍到数百、上千倍的聚焦比。由于光学镜面变形、跟踪误差、太阳视角等因素，聚焦光斑区域的能流密度、光功率谱密度存在不均匀性，并随时空动态变化。在中高温太阳能热利用领域，如槽式太阳能热发电站中，为了研究集热管光热转换效率和可靠性以及对集热管优化设计，需要获得实际聚焦光斑的能流密度分布和光线方向。传统的测量方法有有光电二极管阵列法和相机—朗伯靶法，前者利用光电二极管对聚焦辐照进行光电信号转换，获得光强信号，后者利用朗伯靶反射聚焦光，通过相机拍摄获得焦斑处的能流密度分布，这些方法测量参数单一，只能获得辐照功率密度分布，无法获得光线方向分布信息。专利“聚光集热管的辐照测量装置及其扫描分析方法”(专利号：zl201010201885.3)利用光纤扫描来同时获得辐照强度分布和入射光线方向信息。但是在实际应用中存在不足，其扫描过程非常耗时，难以在太阳辐照快速波动的天气下开展测量。

技术实现要素：

本发明的目的是提出一种基于光纤阵列的聚光集热管扫描装置，其特征在于，该装置是具备检测能流密度分布和光功率谱密度分布的扫描装置，利用集热管轴向上朝外呈不同方向的若干光纤完成对集热管壁面周向的扫描，利用拖链导轨机构完成轴向扫描，采集集热管壁面聚焦辐照能流；从而提高聚光集热管辐照分析装置的检测能力，满足集热管优化设计、分析的需求；

所述聚光集热管扫描装置包括光纤集光器、拖链机构与滑动机构，其中，光纤集光器包括光纤支架和若干光纤；上光纤支架与下光纤支架的上部安装于滑块上两端；上光纤支架与下光纤支架的下部设计为半圆环，两个半圆环在集热管轴向上紧凑相错，形成一个圆环，周向上两者互补正好连续环绕集热管一圈，集热管能贯通于上光纤支架与下光纤支架之间，并且光纤支架圆环部分的轴心线与集热管轴心线重合，集热管能贯通于上光纤支架与下光纤支架之间，并且光纤支架圆环部分的轴心线与集热管轴心线重合，上下光纤支架上各打有5-7圈圆周阵列的孔，同一圈孔的方向与孔端面切面的夹角相同，不同圈的夹角不同，分别为90度、±78度、±66度和±44度，每圈相邻孔间距一致，排列均匀，孔径均相同，若干光纤分别固定于孔内，光纤端面朝外，汇聚成一束沿所在光纤支架壁固定；

拖链机构包括拖链、拖链牵引器和拖链槽；拖链槽固定在主支架上面，槽宽与拖链宽度相对应，拖链牵引器固定在滑块上，拖链一端与拖链牵引器直接用螺丝固定，另一端与导轨支架用l型支架螺丝固定，光纤束沿拖链牵引器固定，贯穿于拖链内，从拖链另一端口引出；

滑动机构包括导轨支架、导轨和滑块，所诉导轨支架包括主支架和两个副支架，副支架在两端支撑主支架，使主支架与集热管平行固定，导轨固定在主支架下面，滑块悬吊滑动；

所述光纤为塑料光纤、石英光纤或多组份玻璃光纤。作为基于光纤阵列的聚光集热管扫描装置的进一步改进，所述光纤支架开孔方向和分布排列能够根据实际要求灵活变更。

所述上下光纤支架的开孔方向和分布排列能够根据实际要求灵活变更。

本发明的有益效果是：本装置利用特定方向布置的光纤阵列，可以实现槽式太阳能聚光系统集热管壁面能流的快速检测，同时获得辐照强度和光线方向信息。

附图说明

图1为本发明装置整体结构示意图；

图2为本发明装置细节结构示意图；

图3位本发明装置光纤在光纤支架上的排布示意图；

图4为本发明装置使用环境示意图；

图5为本发明装置使用安装示意图。图中标号：上光纤支架为1，下光纤支架为2，滑块为3，拖链牵引器为4，拖链为5，导轨为6，光纤为7，拖链槽为8，主支架为9，副支架为10；集热管为11。反射镜为12。

具体实施方式

本发明提出一种基于光纤阵列的聚光集热管扫描装置，该装置是具备检测能流密度分布和光功率谱密度分布的扫描装置，其利用集热管轴向上朝外呈不同方向的若干光纤完成对集热管壁面周向的扫描，利用拖链导轨机构完成轴向扫描，采集集热管壁面聚焦辐照能流；从而提高聚光集热管辐照分析装置的检测能力，满足集热管优化设计、分析的需求；下面结合附图对本发明的实施方式作进一步说明。

图1中，导轨6固定在主支架9下侧，滑块3与导轨配合实现平移，上光纤支架1和下光纤支架2均固定在滑块3下侧，上光纤支架1与下光纤支架2的上部安装于滑块3的两端上；上光纤支架1与下光纤支架2的下部均设计为半圆环，两个半圆环在集热管11轴向上紧凑相错，形成一个圆环，周向上两者互补正好连续环绕集热管11一圈，集热管11能贯通于上光纤支架1与下光纤支架2之间，并且光纤支架圆环部分的轴心线与集热管轴心线重合，拖链牵引器4固定在滑块3上侧，拖链5一端与拖链牵引器4固定，另一端固定在主支架9上的拖链槽8末端处，拖链牵引器4平移可带动拖链5平稳落入拖链槽8中，副支架10固定在主支架9两端。

图2中，光纤7一端固定在光纤支架的孔中端面朝外，内侧光纤汇聚成光纤束沿上光纤支架1或下光纤支架2、滑块3和拖链牵引器4引入拖链5内，光纤束沿所在光纤支架壁固定，拖链机构和滑动机构实现了光纤安全可靠平移。所述光纤为塑料光纤、石英光纤或多组份玻璃光纤。所述光纤支架开孔方向和分布排列能够根据实际要求灵活变更。

图3中，上光纤支架1上打有5-7圈圆周阵列的孔，同一圈孔的方向与孔端面切面的夹角相同，不同圈夹角不同，分别为90度、±78度、±66度和±44度，负号代表方向，a＝44，b＝66，c＝78，d＝90，每圈相邻孔间距一致，排列均匀，孔径均相同，若干光纤7分别固定于孔内，光纤端面朝外。

图4中，反射镜12为抛物槽面反射镜，将太阳光反射聚焦到集热管11上。

图5中，两个副支架10固定在主支架9两端，使集热管11贯穿于光纤支架之间，并且使上光纤支架1和下光纤支架2圆环部分的轴心线与集热管轴心线重合。

技术特征：

技术总结
本发明公开了属于太阳能集热技术领域的一种基于光纤阵列的聚光集热管扫描装置。该装置包括光纤集光器、拖链机构与滑动机构，光纤集光器套在集热管上，可通过滑动机构实现在集热管轴线方向的平移，光纤束穿过拖链机构保证了在平移过程中光纤束的安全，方向各异的光纤在光纤集光器端接收辐照能流传输到另一端，实现辐照能流的精细传输，该装置利用集热管轴向上朝外呈不同方向的若干光纤完成对辐照到集热管壁面的光线扫描，利用拖链导轨机构完成轴向扫描，采集集热管壁面聚焦辐照能流；从而提高聚光集热管辐照分析装置的检测能力，满足集热管优化设计、分析的需求；可用于精细分析各类光学参数，适用于太阳能热发电等需要进行高倍聚光的场所。

技术研发人员：宋记锋;罗耿;杨勇平;佟锴;李蕾
受保护的技术使用者：华北电力大学
技术研发日：2017.05.15
技术公布日：2017.07.28