用于直接辐射表室内测试的装置及其光轴对准方法与流程

本发明涉及直接辐射表技术，尤其涉及一种用于直接辐射表室内测试的装置及光轴对准方法。

背景技术：

太阳表面的辐射和太阳周围很窄的环形天空的散射辐射称为太阳直接辐射。太阳直接辐射是太阳总辐射的重要组成部分，直接辐射的观测对于辐射通量的气候学研究以及太阳能资源的评估有着重要的作用。直接辐射的观测，主要使用的仪器是直接辐射表。

直接辐射表主要由外筒以及位于外筒内用于测量太阳直接辐射且与外筒呈同轴分布的光学测量装置，在外筒外的前段设置钱对准孔，在外筒外的后端设置与前对准孔呈同轴分布的后对准孔，且前对准孔的轴线、后对准孔的轴线与外筒的轴线相互平行（详见专利zl201510255998.4）。直接辐射表的精度取决于其测试设备的精度。目前，针对直接辐射表的精度测试，主要是室外测试，不但测试周期长、效率低，而且测试环境差、测试条件不可复现，从而导致直接辐射表的精度不高，限制了相关领域的发展。

针对现有技术中无法实现直接辐射表的高精度测试问题，提出一种用于直接辐射表的室内测试装置，同时解决室内测试装置与直接辐射表的光轴对准问题，进一步提高测试精度，已成为本领域技术人员急待解决的一个技术问题。

技术实现要素：

本发明的技术目的是克服现有技术中，无法实现直接辐射表高精度测试的技术问题，提出一种用于直接辐射表室内测试的装置及其光轴对准方法。

为实现以上技术目的，本发明的技术方案是：

一种用于直接辐射表室内测试的装置及其光轴对准方法中，室内测试装置主要包括聚光系统、氙灯、转向平面反射镜ⅰ、光学积分器、准直系统、激光器、准直扩束系统、转向平面反射镜ⅱ和调整机构。

其中，氙灯置于聚光系统之上，同时氙灯置于聚光系统的第一焦点处，转向平面反射镜ⅰ置于氙灯之上，光学积分器置于转向平面反射镜ⅰ的右方，同时光学积分器置于聚光系统的第二焦点处，准直系统置于光学积分器的右方，激光器置于准直系统的右方，准直扩束系统置于激光器的右方，转向平面反射镜ⅱ置于准直扩束系统的右方，被测直接辐射表置于转向平面反射镜ⅱ的下方，调整机构置于被测直接辐射表的下方。

氙灯置于聚光系统的第一焦点处，由氙灯发出覆盖300nm-2500nm的光束，经过聚光系统会聚至光学积分器处，聚光系统具有较高的聚光效率，可保证室内测试装置出射光的辐照度优于1353w/㎡；光学积分器置于聚光系统的第二焦点处，且光学积分器上镀有特定膜系，可保证室内测试装置出射光满足a级太阳光谱要求，同时，光学积分器对会聚光束起匀光作用，从而提高室内测试装置出射光的均匀度，保证均匀度优于0.5%；在氙灯和光学积分器之间，设置转向平面反射镜ⅰ，转向平面反射镜ⅰ的作用是实现光束的90°折转，且转向平面反射镜ⅰ的面型精度优于λ/10，从而保证室内测试装置出射光的均匀度不受影响；光学积分器将匀化后的光束投射至准直系统，准直系统对入射光束起准直作用，并将准直角小于1°、光束口径大于60mm的光束投射，供被测直接辐射表使用；准直系统的右方设置激光器，激光器的右方设置准直扩束系统，且结构设计保证准直系统、激光器和准直扩束系统同轴，激光器发出的光束具有良好的准直性，经过准直扩束系统后，形成口径大于φ100mm的激光光束，具有φ100mm口径的激光光束照射被测直接辐射表的前对准孔和后对准孔；置于被测直接辐射表下方的调整机构，可实现被测直接辐射表x轴和y轴的位置调节，且调节精度优于1μm。在准直扩束系统和被测直接辐射表之间，设置转向平面反射镜ⅱ，转向平面反射镜ⅱ的作用是实现光束的90°折转，且转向平面反射镜ⅱ的面型精度优于λ/10，从而保证室内测试装置出射光的均匀度不受影响。

使用时，首先保证室内测试装置的光轴与被测直接辐射表的光轴对准，光轴对准的步骤有三个：第一步骤，点亮激光器，使激光器发出的光束经过准直扩束系统，并形成φ100mm口径的激光光束，照射被测直接辐射表的前对准孔和后对准孔；第二步骤，观察激光光束的成像位置，若同时通过前对准孔和后对准孔，则表示当前位置下的室内测试装置的光轴与被测直接辐射表的光轴对准，若未能同时通过前对准孔和后对准孔，则表示当前位置下的室内测试装置的光轴与被测直接辐射表的光轴没有对准，需要调整；第三步骤，利用调整机构调整被测直接辐射的位置，直至激光光束同时通过前对准孔和后对准孔；至此完成了室内测试装置的光轴与被测直接辐射表的光轴对准工作；然后将激光器和准直扩束系统移出装置；最后点亮氙灯，氙灯发出的光束依次经过聚光系统、转向平面反射镜ⅰ、光学积分器、准直系统和转向平面反射镜ⅱ，并以辐照度优于1353w/㎡、均匀度优于0.5%、准直角小于1°、光束口径大于60mm的光束投射给被测直接辐射，进而实现了被测直接辐射的室内测试工作。

综上所述，本发明的装置简单、操作方便，技术方法可行、高效，实现了直接辐射表的室内高精度测试。

附图说明

图1为本发明一种用于直接辐射表室内测试的装置及其光轴对准方法的组成示意图。

图2为本发明一种用于直接辐射表室内测试的装置及其光轴对准方法的光轴对准第一步骤和第二步骤的组成示意图。

图3为本发明一种用于直接辐射表室内测试的装置及其光轴对准方法的光轴对准第三步骤的组成示意图。

图4为本发明一种用于直接辐射表室内测试的装置及其光轴对准方法的直接辐射表组成示意图

具体实施例

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。需要说明的是，在附图或说明书中，相似或相同的元件皆使用相同的附图标记。

图1为本发明一种用于直接辐射表室内测试的装置及其光轴对准方法的组成示意图。

一种用于直接辐射表室内测试的装置及其光轴对准方法中，室内测试装置主要包括聚光系统1、氙灯2、转向平面反射镜ⅰ3、光学积分器4、准直系统5、激光器6、准直扩束系统7、转向平面反射镜ⅱ8和调整机构9。

其中，氙灯2置于聚光系统1之上，同时氙灯2置于聚光系统1的第一焦点处，转向平面反射镜ⅰ3置于氙灯2之上，光学积分器4置于转向平面反射镜ⅰ3的右方，同时光学积分器4置于聚光系统1的第二焦点处，准直系统5置于光学积分器4的右方，激光器6置于准直系统5的右方，准直扩束系统7置于激光器6的右方，转向平面反射镜ⅱ8置于准直扩束系统7的右方，被测直接辐射表置于转向平面反射镜ⅱ8的下方，调整机构9置于被测直接辐射表的下方。

氙灯2置于聚光系统1的第一焦点处，由氙灯2发出覆盖300nm-2500nm的光束，经过聚光系统1会聚至光学积分器4处，聚光系统1具有较高的聚光效率，可保证室内测试装置出射光的辐照度优于1353w/㎡；光学积分器4置于聚光系统1的第二焦点处，且光学积分器4上镀有特定膜系，可保证室内测试装置出射光满足a级太阳光谱要求，同时，光学积分器4对会聚光束起匀光作用，从而提高室内测试装置出射光的均匀度，保证均匀度优于0.5%；在氙灯2和光学积分器4之间，设置转向平面反射镜ⅰ3，转向平面反射镜ⅰ3的作用是实现光束的90°折转，且转向平面反射镜ⅰ3的面型精度优于λ/10，从而保证室内测试装置出射光的均匀度不受影响；光学积分器4将匀化后的光束投射至准直系统5，准直系统5对入射光束起准直作用，并将准直角小于1°、光束口径大于60mm的光束投射，供被测直接辐射表使用；准直系统5的右方设置激光器6，激光器6的右方设置准直扩束系统7，且结构设计保证准直系统5、激光器6和准直扩束系统7同轴，激光器6发出的光束具有良好的准直性，经过准直扩束系统7后，形成口径大于φ100mm的激光光束，具有φ100mm口径的激光光束照射被测直接辐射表的前对准孔和后对准孔；置于被测直接辐射表下方的调整机构9，可实现被测直接辐射表x轴和y轴的位置调节，且调节精度优于1μm。在准直扩束系统7和被测直接辐射表之间，设置转向平面反射镜ⅱ8，转向平面反射镜ⅱ8的作用是实现光束的90°折转，且转向平面反射镜ⅱ8的面型精度优于λ/10，从而保证室内测试装置出射光的均匀度不受影响。

图2为本发明一种用于直接辐射表室内测试的装置及其光轴对准方法的光轴对准第一步骤和第二步骤的组成示意图。

图3为本发明一种用于直接辐射表室内测试的装置及其光轴对准方法的光轴对准第三步骤的组成示意图。

图4为本发明一种用于直接辐射表室内测试的装置及其光轴对准方法的直接辐射表组成示意图。

使用时，首先保证室内测试装置的光轴与被测直接辐射表的光轴对准，光轴对准的步骤有三个：第一步骤，点亮激光器6，使激光器6发出的光束经过准直扩束系统7，并形成φ100mm口径的激光光束，照射被测直接辐射表的前对准孔z01和后对准孔z02；第二步骤，观察激光光束的成像位置，若同时通过前对准孔z01和后对准孔z02，则表示当前位置下的室内测试装置的光轴与被测直接辐射表的光轴对准，若未能同时通过前对准孔z01和后对准孔z02，则表示当前位置下的室内测试装置的光轴与被测直接辐射表的光轴没有对准，需要调整；第三步骤，利用调整机构9调整被测直接辐射的位置，直至激光光束同时通过前对准孔z01和后对准孔z02；至此完成了室内测试装置的光轴与被测直接辐射表的光轴对准工作；然后将激光器6和准直扩束系统7移出装置；最后点亮氙灯2，氙灯2发出的光束依次经过聚光系统1、转向平面反射镜ⅰ3、光学积分器4、准直系统5和转向平面反射镜ⅱ8，并以辐照度优于1353w/㎡、均匀度优于0.5%、准直角小于1°、光束口径大于60mm的光束投射给被测直接辐射，进而实现了被测直接辐射的室内测试工作。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。