专利名称：一种聚光倍率测试装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种测试装置，尤其涉及一种透镜聚光性能测试装置。
背景技术：
太阳能利用主要基于光伏效应和光热效应，目前，太阳能光伏效应被广泛应用于太阳能发电，而对于太阳能光伏系统，其中聚光系统的使用能够大大提高太阳能的利用率。人们对聚光系统的性能要求越来越高，对聚光系统光学、电学等性能的测试显得尤为重要。传统的聚光倍率测试方法主要采用比较聚光前后光斑的大小来确定，但这种方法有两个难点，其一是准平行光的夹角仅为0.2°，难以模拟，光源系统难以获得；其二是光斑的大小受诸多因素的影响，最重要的有激光模式、衍射和球差，因此准确判定光斑大小难度高。
发明内容
本发明的目的是提供一种以能量的方法来测试聚光倍率的装置，即将聚光前后的光强信号转换成电信号来比较获得聚光倍率，该装置结构简单、测试方便，在室内便可对聚光系统的聚光倍率进行测试。本发明解决问题的技术方案为:一种聚光倍率测试装置，其特征在于该装置包括:光源、扩束系统、斩波器、聚光透镜、硅光电池、信号采集系统、信号处理系统、步进电机、导轨、底座等，导轨，步进电机位于底座上，光源、扩束系统、斩波器、聚光透镜、硅光电池位于导轨上，步进电机通过导轨调节聚光透镜和硅光电池水平位置，硅光电池与信号采集系统连接，信号采集系统与信号处理系统连接。所述的光源采用是激光光源或白光LED光源，可模拟太阳光。所述的扩束系统使用二级扩束，得到焦斑直径较大的平行光，以测试不同聚光倍率的聚光镜。所述的光源、扩束系统、斩波器、聚光透镜、硅光电池可根据需要调节方向、位置，可拆卸。所述的信号采集系统由硅光电池，NI数据采集卡构成，硅光电池采集光强信号并转变成电信号输出到NI数据采集卡，NI数据采集卡将信号传送到信号处理系统。所述的信号处理系统采用LabVIEW程序语言编程处理数据。首先将采集得到的信号进行放大和窗口函数滤波处理，再通过计算聚光前后的电流信号数值大小，输出实时聚光倍数测量值。
图1是该聚光倍率测试装置的系统框图。图2是该聚光倍率测试装置的结构示意图。图中I为光源，2为斩波器，3为扩束系统，4为聚光透镜,51、52为娃光电池,6为底座,7为水平导轨,8为垂直导轨,9为垂直导轨，101、102为步进电机，11为数据采集线。图3是该聚光倍率测试装置中信号采集系统的构成框图。图4是该聚光倍率测试装置的底座几何关系示意图。图中I为光源，2为斩波器，3为扩束系统，4为聚光透镜，51、52为娃光电池。图5是该聚光倍率测试装置中聚光透镜和硅光电池52的控制电路。图中P1、P2为步进电机驱动，UU U2分别为P1、P2的控制电路，S1、S2、S3、S4、S5为开关。图6是该聚光倍率测试装置中扩束系统的结构原理图。图7是该聚光倍率测试装置中信号处理系统中采集数据示意图，图7a为聚光后光强信号采集过程，图7b为采集得到的矩阵数据。
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的说明。图1中，光源发出光束，连续光束通过斩波器形成脉冲光束，通过扩束系统得到焦斑直径较大的平行光，脉冲光束经过聚光透镜，硅光电池扫描，采集信号转变为电信号输出到NI数据采集卡，聚光透镜每在轨道上滑动一个扫描点，硅光电池匀速滑动过整个轨道，由单片机控制的两个步进电机控制其运动，按照预定的采样频率采集信号，直到聚光透镜逐点滑动过整个轨道后，通过NI数据采集卡将采集到的电信号传送到PC，得到聚光后光强信号。信号处理系统Labview通过将电信号进行放大、滤波，将聚光前后电信号强度进行比较，显示输出实时测试结果，得到聚光透镜的聚光倍率。信号处理系统Labview通过将电信号进行放大、滤波，将聚光前后电信号强度进行比较，显示输出实时测试结果，得到聚光透镜的聚光倍率。图2、图3和图4中，该聚光倍率测试装置由光源1、斩波器2、扩束系统3、聚光透镜4、娃光电池51、导轨7,8,9、底座6构成。光源I与斩波器2之间的距离为LI,斩波器2与扩束系统之间的距离为L2，扩束系统3与聚光透镜4之间的距离为L3，聚光透镜4与硅光电池51之间的距离为L4，扩束系统3中两个扩束镜间的距离为L5，底座的宽度为D、长度为L，聚光透镜的长度为A，A的大小不得超过D的一半。光源I使用激光光源或者白光LED光源，模拟太阳光；斩波器2将连续光束变成脉冲光束，以消除杂散光等引起的环境噪声；扩束系统3使用二级扩束的方法，得到焦斑直径较大的平行光，以测试不同聚光倍率的聚光透镜；聚光透镜4由单片机控制的步进电机101控制，可以在轨道8上左右滑动，通过手动调节在轨道7上前后移动，调节位置将光束汇聚到一点，获得均匀且强的照度；硅光电池52由单片机控制的步进电机102控制，可以在轨道9上左右匀速滑动，可以通过手动调节在轨道7上前后移动，调节位置获取最优测试点；信号采集系统由硅光电池51、52、数据采集线11、NI数据采集卡构成，硅光电池采集光强信号并转换成电信号输出到NI数据采集卡，NI数据采集卡将电信号传送到信号处理系统。图5是聚光倍率测试装置步进电机的驱动控制电路，控制聚光透镜4和硅光电池52分别在导轨8、9上左右滑动。图中，Pl接步进电机101，电路模块Ul控制其运动；P2接步进电机102，电路模块U2控制其运动；S1为复位开关，按下后系统重新开始测试；S2，S3可以调节电路模块产生的脉冲信号的占空比，从而进一步控制步进电机的转速快慢；S4，S5为控制步进电机运动方向，即正转或反转。图6是该聚光倍率测试装置中扩束系统的结构原理图，两级扩束采用伽利略望远镜系统原理，由两组凹透镜、凸透镜组成，光束经两级扩束得到焦斑直径较大的平行光，提高了光束的准直性，能够减小测试误差，提高测量精度。
图7是该聚光倍率测试装置中信号处理系统采集数据示意图，a为聚光后光强信号采集过程，b为采集得到的矩阵数据。聚光透镜4通过第一个扫描点，硅光电池52通过η个扫描点，得到an、a12……aln —组数据，当聚光透镜通过m个扫描点完成一次测试后，将得到一组mXn的矩阵数据。信号采集系统采集得到的初始光强信号强度为I。，将矩阵内所有数据相加，除以m得到最终光强信号强度I，最终光强信号强度I除以初始光强信号强度
为1为聚光透镜的聚光倍率Η。其中计算式为 具体的测试步骤如下:按照聚光倍率测试装置的结构示意图安装好各元件，开启光源，连续光束通过斩波器得到脉冲光束，位于斩波器和扩束系统之间的硅光电池光敏面正对斩波器通光处，使光束全部照射在硅光电池上，待脉冲光束稳定后，开始采集初始信号强度，记录初始数据，得到初始光强信号。将位于斩波器和扩束系统之间的硅光电池取下，光源发出的连续光束通过斩波器得到脉冲光束，脉冲光束通过扩束系统和聚光透镜照射在娃光电池上，待光束稳定后，娃光电池开始扫描采集信号，记录聚光后数据，得到最终光强信号强度。信号处理系统根据两次所测量记录的光强信号强度，根据聚光倍率计算方法，直接计算获得聚光透镜的聚光倍率，并由PC机显示。根据聚光透镜的不同可以对该装置中各种部件的距离进行调试，以便测试结果更加精确。该装置结构简单，操作方便，适用范围广。
权利要求
1.一种聚光倍率测试装置，其特征在于该装置包括:光源、扩束系统、斩波器、聚光透镜、硅光电池、信号采集系统、信号处理系统、步进电机、导轨、底座等，导轨，步进电机位于底座上，光源、扩束系统、斩波器、聚光透镜、硅光电池位于导轨上，步进电机通过导轨调节聚光透镜和硅光电池水平位置，硅光电池与信号采集系统连接，信号采集系统与信号处理系统连接。
2.根据权利要求1所述的一种聚光倍率测试装置，其特征在于:所述的光源是激光光源或者白光LED光源。
3.根据权利要求1所述的一种聚光倍率测试装置，其特征在于:所述的斩波器将连续光束转变为脉冲光束，以在信号处理时消除环境噪声。
4.根据权利要求1所述的一种聚光倍率测试装置，其特征在于:所述的扩束系统采用二级扩束，得到焦斑直径较大的平行光。
5.根据权利要求1所述的一种聚光倍率测试装置，其特征在于:所述的信号采集系统由硅光电池，NI数据采集卡构成，硅光电池采集光强信号并转变成电信号输出到NI数据采集卡，NI数据采集卡将信号传送到信号处理系统。
全文摘要
本发明公开了一种聚光倍率测试装置，包括光源、扩束系统、斩波器、聚光透镜、硅光电池、信号采集系统、信号处理系统、步进电机、导轨、底座等。导轨，步进电机位于底座上，光源、扩束系统、斩波器、聚光透镜、硅光电池位于导轨上，步进电机通过导轨调节聚光透镜和硅光电池水平位置，硅光电池与信号采集系统连接，信号采集系统与信号处理系统连接。该装置由光源发出光束，通过斩波器、扩束系统、聚光透镜、硅光电池扫描采集信号并转变为电信号输出到信号采集系统，通过信号采集系统将信号传送到信号处理系统，由信号处理系统处理数据，经PC机输出结果。
文档编号G01M11/02GK103175675SQ201110451178
公开日2013年6月26日 申请日期2011年12月22日 优先权日2011年12月22日
发明者梁培, 董前民, 邹世碧, 陈志明, 黄杰 申请人:中国计量学院