一种用于近太阳空间热防护材料的测试系统的制作方法
【专利摘要】本发明公开了一种用于近太阳空间热防护材料的测试系统，所述测试系统包括高温热辐射源和环境模拟器；其中，所述高温热辐射源由若干组独立的聚光氙灯光源组成，并通过菲涅耳透镜实现能量汇聚所述聚光氙灯光源均被安装至旋转台上，可随所述旋转台移动、旋转；所述环境模拟器包括热真空模拟容器、真空保障系统、低温保障系统、控制监测系统和辅助配套系统，所述环境模拟器用于模拟真空空间的冷热环境，并能对空间的真空度及温度进行有效的控制、监测和记录。本申请的测试系统实现了在地面环境下对太阳探测器的材料进行在轨模拟测试。
【专利说明】一种用于近太阳空间热防护材料的测试系统
[0001]
技术领域
[0002]本发明涉及一种用于近太阳空间热防护材料的测试系统。
[0003]
【背景技术】
[0004]太阳探测器在接近太阳时，每平方米需要承受超过百万瓦的热辐射，对材料的耐高温要求很高。为了在地面环境下对材料进行测试，需要建立相应的测试系统。
[0005]
【发明内容】
[0006]针对现有技术中存在的问题，本发明的目的在于提供一种用于近太阳空间热防护材料的测试系统，该测试系统实现了在地面环境下对太阳探测器的材料进行在轨模拟测试。
[0007]为实现上述目的，本发明采用以下技术方案:
一种用于近太阳空间热防护材料的测试系统，所述测试系统包括高温热辐射源和环境模拟器;其中，所述高温热辐射源由若干组独立的聚光氙灯光源组成，所述聚光氙灯光源均被安装至旋转台上，可随所述旋转台移动、旋转;所述环境模拟器包括热真空模拟容器、真空保障系统、低温保障系统、控制监测系统和辅助配套系统，所述环境模拟器用于模拟真空空间的冷热环境，并能对空间的真空度及温度进行有效的控制、监测和记录。
[0008]进一步，所述聚光氙灯光源装有抛物面聚光镜，所述抛物面聚光镜的焦距为59.68mmο
[0009]进一步，所述聚光氙灯光源中氙灯的功率是3.3KW。
[0010]进一步，所述高温热辐射源由五组独立的聚光氙灯光源组成;所述聚光氙灯光源安装在所述旋转台的安装位置及角度可调，五组聚光氙灯光源可以汇聚到同一光斑内。
[0011]进一步，所述聚光氙灯光源的光源为超高气压球形长弧氙灯，所述超高气压球形长弧氙灯的光谱为从紫外、可见到红外的连续光谱。
[0012]进一步，所述聚光氙灯光源的前端设置有菲涅耳透镜;所述聚光氙灯光源的后端设置有风机。
[0013]进一步，所述真空保障系统内采用一台分子栗为主栗，机械栗做前级和预抽栗；用于保证所述热真空模拟容器内的真空度;所述低温保障系统内设置有若干个液氮罐，通过液氮制冷以获得低温环境。
[0014]进一步，所述控制监测系统采用工控机和PLC联合控制。
[0015]进一步，所述热真空模拟容器的一侧设置有通光口径为Φ350πιπι，厚度为20mm的玻璃窗，所述玻璃窗的材料为石英玻璃。
[0016]进一步，所述辅助配套系统内设置有冷却循环水机和冷风机;其中，所述冷却循环水机用于为所述真空保障系统内的分子栗进行冷却，所述冷风机用于冷却所述热真空模拟容器的玻璃窗。
[0017]本申请具有以下有益技术效果:
本申请的测试系统实现了在地面环境下对太阳探测器的材料进行在轨模拟测试。
[0018]
【附图说明】
[0019]图1为本发明的聚光氙灯光源的结构示意图；
图2为聚光氙灯光源与旋转台的连接结构示意图；
图3为本发明的环境模拟器的结构框图。
[0020]
【具体实施方式】
[0021]下面，参考附图，对本发明进行更全面的说明，附图中示出了本发明的示例性实施例。然而，本发明可以体现为多种不同形式，并不应理解为局限于这里叙述的示例性实施例。而是，提供这些实施例，从而使本发明全面和完整，并将本发明的范围完全地传达给本领域的普通技术人员。
[0022]如图1-3所述，本申请提供了一种用于近太阳空间热防护材料的测试系统，所述测试系统包括高温热辐射源和环境模拟器;其中，所述高温热辐射源由若干组独立的聚光氙灯光源I组成，所述聚光氣灯光源I均被安装至旋转台5上，在旋转台5的下端安装有若干个万向轮6，所以，聚光氙灯光源I可随旋转台5移动、旋转;所述环境模拟器包括热真空模拟容器7、真空保障系统8、低温保障系统9、控制监测系统10和辅助配套系统11，所述环境模拟器用于模拟真空空间的冷热环境，并能对空间的真空度及温度进行有效的控制、监测和记录。
[0023]本申请的聚光氙灯光源I装有抛物面聚光镜2，所述抛物面聚光镜2的焦距为59.68mm。聚光氙灯光源I中氙灯的功率是3.3KW。高温热辐射源由五组独立的聚光氙灯光源I组成;所述聚光氙灯光源I安装在所述旋转台上5的安装位置及角度可调，五组聚光氙灯光源I可以汇聚到同一光斑内。光斑大小可以通过距离调整，光斑功率随之改变;五组氙灯汇聚最小直径光斑为Φ 50?Φ 60mm，理想情况下最小光斑处的福射功率密度可达5.8?
8.4Mff/m2，效率约为50%，则实际辐射功率密度可达3?4Mff/m2，且可以通过光斑大小进行调节，能够满足距离太阳4Rs处辐射热流量约4MW/m2的需要，可以达到2200?3000Sun的辐射热流量，实际光斑总功率约为8kW。
[0024]优选地，本申请的聚光氙灯光源I的光源3选用超高气压球形长弧氙灯做光源。其特点是发光体尺寸小，呈点状，亮度高，容易被光学系统处理成便于使用的平行光源。氙灯的光谱是从紫外、可见到红外的连续光谱，在可见区与太阳光谱极其相似，并且辐射光强度可调。抛物面聚光镜2采用高反射率反光板(反射率大于90%)，成光学弧型角度，可将点光源反射成近似平行光发出。
[0025]聚光氙灯光源I的前端设置有菲涅耳透镜4，通过菲涅耳透镜4进一步聚集能量;所述聚光氙灯光源I的后端设置有风机(图中未示出)。
[0026]真空保障系统8内采用一台分子栗12为主栗，机械栗13做前级和预抽栗；用于保证所述热真空模拟容器7内的真空度;所述低温保障系统9内设置有若干个液氮罐，通过液氮制冷以获得低温环境。通过液氮在环境模拟器内部的铜质壳体中的流动，获得接近100K的低温。[〇〇27]控制监测系统10采用工控机和PLC联合控制。工控机显示界面清晰易懂，PLC控制准确可靠，故障诊断简单。另外还可以根据用户的工艺要求，制作不同的温度曲线配方，存储在工控机中，在试验中供选择调用。[〇〇28] 热真空模拟容器7的一侧设置有通光口径为? 350mm，厚度为20mm的玻璃窗14,所述玻璃窗14的材料为石英玻璃。本申请选用的石英玻璃透光率高于90%，极限耐温可达1200r。
[0029]辅助配套系统11内设置有冷却循环水机15和冷风机16;其中，所述冷却循环水机 15用于为所述真空保障系统8内的分子栗12进行冷却，所述冷风机16用于冷却所述热真空模拟容器7的玻璃窗14。
[0030]致谢:感谢本发明专利工作中参与讨论与设计的全部人员，以及相关国家自然科学基金项目(11273036、11303007)的支持。
[0031]上面所述只是为了说明本发明，应该理解为本发明并不局限于以上实施例，符合本发明思想的各种变通形式均在本发明的保护范围之内。
【主权项】
1.一种用于近太阳空间热防护材料的测试系统，其特征在于，所述测试系统包括高温 热辐射源和环境模拟器;其中，所述高温热辐射源由若干组独立的聚光氙灯光源组成，所述 聚光氙灯光源均被安装至旋转台上，可随所述旋转台移动、旋转;所述环境模拟器包括热真 空模拟容器、真空保障系统、低温保障系统、控制监测系统和辅助配套系统，所述环境模拟 器用于模拟真空空间的冷热环境，并能对空间的真空度及温度进行有效的控制、监测和记 录。2.根据权利要求1所述的用于近太阳空间热防护材料的测试系统，其特征在于，所述 聚光氙灯光源装有抛物面聚光镜，所述抛物面聚光镜的焦距为59.68mm。3.根据权利要求1所述的用于近太阳空间热防护材料的测试系统，其特征在于，所述 聚光氙灯光源中氙灯的功率是3.3KW。4.根据权利要求1所述的用于近太阳空间热防护材料的测试系统，其特征在于，所述高 温热辐射源由五组独立的聚光氙灯光源组成;所述聚光氙灯光源安装在所述旋转台的安装 位置及角度可调，五组聚光氙灯光源可以汇聚到同一光斑内。5.根据权利要求1所述的用于近太阳空间热防护材料的测试系统，其特征在于，所述 聚光氙灯光源的光源为超高气压球形长弧氙灯，所述超高气压球形长弧氙灯的光谱为从紫 夕卜、可见到红外的连续光谱。6.根据权利要求1所述的用于近太阳空间热防护材料的测试系统，其特征在于，所述 聚光氙灯光源的前端设置有菲涅耳透镜;所述聚光氙灯光源的后端设置有风机。7.根据权利要求1所述的用于近太阳空间热防护材料的测试系统，其特征在于，所述 真空保障系统内采用一台分子栗为主栗，机械栗做前级和预抽栗；用于保证所述热真空模 拟容器内的真空度;所述低温保障系统内设置有若干个液氮罐，通过液氮制冷以获得低温 环境。8.根据权利要求1所述的用于近太阳空间热防护材料的测试系统，其特征在于，所述 控制监测系统采用工控机和PLC联合控制。9.根据权利要求1所述的用于近太阳空间热防护材料的测试系统，其特征在于，所述 热真空模拟容器的一侧设置有通光口径为? 350_，厚度为20_的玻璃窗，所述玻璃窗的材 料为石英玻璃。10.根据权利要求1所述的用于近太阳空间热防护材料的测试系统，其特征在于，所 述辅助配套系统内设置有冷却循环水机和冷风机;其中，所述冷却循环水机用于为所述真 空保障系统内的分子栗进行冷却，所述冷风机用于冷却所述热真空模拟容器的玻璃窗。
【文档编号】G01N17/00GK106018249SQ201610338708
【公开日】2016年10月12日
【申请日】2016年5月20日
【发明人】吴明长, 周彤, 邵英, 高贵斌, 陈志远, 古学东, 朱明 , 赵清, 李蓉, 薛建兴, 孙晓
【申请人】中国科学院国家天文台