本发明涉及太阳光辐照度测量的技术领域，具体涉及一种用于测试太阳敏感器的高准直大锥角区间的模拟太阳光源的装置。
背景技术：
太阳总辐照度(Total Solar Irradiance，TSI)是地球外部能源的主要来源。太阳辐射监测仪是用于监测大气层外太阳总辐照度变化的科学仪器，可以长期获取高精度的太阳总辐照度数据，为研究全球气候变化提供科学依据。
太阳敏感器是太阳辐射监测仪中重要的光电姿态传感器，太阳敏感器可提供太阳矢量与太阳辐射监测仪上观测通道主光轴之间的角度反馈。太阳监测仪根据太阳敏感器所提供的姿态反馈信息，从而完成太阳辐射监测仪的冷空间测量以及各个阶段的姿态控制任务。因此，在太阳辐射监测仪的研制过程中，需要对太阳敏感器进行充分地测试，以保证其姿态反馈信息的数据精度，进而能够有效地提高太阳辐射监测仪整体的可靠性和保证所获得的太阳总辐照度数据的精确性。
目前，太阳敏感器的测试手段通常采用大口径平行光管作为高准直度光源，利用平面反射镜将准直光按指定角度反射到太阳敏感器的接收面上。这种测试手段的模拟太阳光源存在如下缺点：测试仪器的体积和重量较大，装调使用不方便，且每次仅能进行高度角或偏航角的单维度测试。
因此，针对现有太阳敏感器的测试手段的模拟太阳光源所存在的问题，急需一种高准直度、具有大锥角区间且装调方便的模拟太阳光源装置。
技术实现要素：
针对现有太阳敏感器的测试手段的模拟太阳光源所存在的问题，本发明实施例提出一种高准直且具有大锥角区间的模拟太阳光源装置。本发明实施例所提供的模拟太阳光源采用长焦路非球面的摄远物镜，将光源准直为高平行度准直光，并结合导杆旋转机构的运动，实现大锥角区间地入射至太阳敏感器的接收面，从而实现模拟太阳光源具有高准直度且具有大锥角区间的优点。
该模拟太阳光源的装置的具体方案如下：一种模拟太阳光源的装置，其特征在于，所述装置包括摄远物镜，用于获取准直光；所述摄远物镜包括光源；位于所述光源前方的凹透镜，用于缩短光路的长度；位于所述凹透镜前方的非球面凸透镜，用于准直光线；滑块，与所述摄远物镜相连接；导轨，用于安装所述滑块，所述滑块可沿所述导轨移动；悬臂，用于安装所述导轨；旋转轴承，与所述悬臂连接；第一电机，用于驱动所述旋转轴承旋转，所述旋转轴承带动所述悬臂作旋转运动。
优选地，所述光源采用卤钨灯。
优选地，所述摄远物镜还包括镜筒，所述光源、凹透镜和非球面凸透镜依次安装于所述镜筒内。
优选地，所述镜筒固定安装于所述滑块上，且所述镜筒与所述导轨相互垂直。
优选地，所述旋转轴承的轴线与所述摄远物镜的光轴相交。
优选地，所述凹透镜和所述非球面凸透镜相隔159毫米，组成焦距为600毫米的摄远物镜。
优选地，所述光源与所述凹透镜相隔64毫米，且所述光源位于所述摄远物镜的焦点处。
优选地，所述滑块沿所述导轨移动的最大距离为500毫米。
优选地，所述装置包括第二电机，所述第二电机驱动所述滑块沿所述导轨移动。
优选地，所述旋转轴承带动所述悬臂绕所述旋转轴承的轴线的旋转范围为0到360度。
从以上技术方案可以看出，本发明实施例具有以下优点：
本发明实施例中所提供的模拟太阳光源的装置采用长焦路非球面的摄远物镜，将光源准直为高平行度准直光；并结合导杆旋转机构的运动，实现以太阳光敏感器的光轴为中心，在圆锥角正负35度区间内以任意角度入射至太阳敏感器的接收面，从而实现模拟太阳光源具有高准直度且具有大锥角区间的优点，进而满足太阳敏感器的太阳搜索测试、太阳模拟跟踪测试和跟踪精度测试等多种测试需求。本发明实施例所提供的模拟太阳光源的装置还具有体积小、重量轻和易于装调的优点。
附图说明
图1为本发明实施例中提供的一种模拟太阳光源装置的示意图。
附图标记说明：
100、模拟太阳光源装置 1、光源 2、凹透镜
3、非球面凸透镜 4、镜筒 5、滑块
6、导轨 7、悬臂 8、旋转轴承
9、安装底座
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。
本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”、“第三”“第四”等(如果存在)是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的实施例能够以除了在这里图示或描述的内容以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
如图1所示，本发明实施例中提供的一种模拟太阳光源装置的示意图。模拟太阳光源装置100包括用于获取准直光的摄远物镜，与摄远物镜相连接的滑块5，用于安装滑块5的导轨6，且滑块5可沿导轨6移动，用于安装导轨6的悬臂7，与悬臂7连接的旋转轴承8，以及用于驱动旋转轴承8旋转的第一电机，旋转轴承8旋转时进而带动悬臂7作旋转运动。其中，摄远物镜具体包括光源1，位于光源1前方且用于缩短光路长度的凹透镜2，位于凹透镜2前方且用于准直光线的非球面凸透镜3。在该实施例中，模拟太阳光源装置100还包括安装底座9，旋转轴承8安装在安装底座9上，用于稳固整个模拟太阳光源装置100。在一具体实施例中，第一电机可安装于安装底座9内。
在一具体实施例中，光源1采用卤钨灯。卤钨灯发出的光经过凹透镜2和非球面凸透镜3，组成摄远物镜。在一具体实施例中，卤钨灯具体的电参数为：额定电压为12V，额定功率为75W，灯丝的有效发光长度为5毫米。光源1也可采用辐射光为连续谱，且与太阳分布相接近的光源，具体如LED灯。
摄远物镜中的凹透镜2的具体光学参数为：直径为25.4毫米，中心厚度为3毫米，两凹球面半径均为39.6毫米，有效焦距为25毫米。摄远物镜中的非球面凸透镜3的具体光学参数为：直径为100毫米，中心厚度为19毫米，非球面半径为102.2毫米，圆锥系数为-1，4次非球面系数为4.9646003E-8，6次非球面系数为7.4017872E-13，8次非球面系数为9.4141703E-18，非球面凸透镜3的另一表面为平面，焦距为200mm。
在该实施例中，凹透镜2和非球面凸透镜3之间间隔159毫米，从而组成焦距为600毫米的摄远物镜。摄远物镜的焦距为600毫米，可使得光线的准直度与太阳光的发散角相近。卤钨灯与凹透镜2之间的间隔为64毫米，且卤钨灯位于摄远物镜的焦点位置处。卤钨灯的光线经过凹透镜2和非球面凸透镜3之后的光线发散角的全角约为0.5度，该全角的度数范围与太阳光的发散角相同。
在其他实施例中，摄远物镜的凹透镜2和非球面凸透镜3的光学参数也可为其他数值。非球面凸透镜3的直径决定了输出的准直光束的口径，只需非球面凸透镜3的直径小于200毫米即可满足装置小巧灵活的特性。凹透镜2和非球面凸透镜3的球面半径、厚度、焦距、间隔等也可采用其他数值，光学设计中这些参数的组合结果是形成长焦距的光学系统，焦距越长则光线的准直度越高。在具体实施例中，摄远物镜的焦距在300毫米至2000毫米范围内都可以。相应的焦距越长，则摄远物镜的长度也会更长，输出的准直光强度也会变弱。
在该实施例中，摄远物镜还包括镜筒4，光源1、凹透镜2和非球面凸透镜3依次安装于镜筒4内。镜筒4固定安装于滑块5上，且镜筒4与导轨6相互垂直。滑块5在第二电机(图中未示出)的驱动下，沿导轨6作一维平移运动。在该实施例中，第二电机可安装于导轨6的最上端。在该实施例中，滑块5沿导轨6移动的最大距离为500毫米。导轨6通过连接轴承固定于悬臂7上，悬臂7固定于旋转轴承8上。旋转轴承8在第一电机的驱动下作旋转运动，进而带动悬臂7作旋转运动。旋转轴承8带动悬臂7绕旋转轴承8的轴线OO’的旋转范围为0到360度。在该实施例中，旋转轴承8的轴线OO’与摄远物镜的光轴相交于O点。在该实施例中，旋转轴承8和滑块5的运动分别通过第一电机和第二电机的驱动实现。
在该实施例中，滑块5沿导轨6的一维平移运动，可实现准直光与旋转轴承8的轴线OO′的夹角在0°到35°之间变化。在测试太阳敏感器时，将太阳敏感器的接收面安装于O点处，且让太阳光敏感的光轴与轴线OO′重合，通过悬臂7绕旋转轴承8的轴线OO’在0°到360°范围内转动，即可实现圆锥角±35°区间内准直光的任意角度入射至太阳敏感器。
在一优选实施例中，模拟太阳光源装置100还包括控制器，控制器可进行编程控制第一电机和第二电机，进而控制滑块5的平移距离和悬臂7的旋转角度。模拟太阳光源装置100可根据需求设定不同的滑块5的平移距离和悬臂7的旋转角度，从而实现太阳运动轨迹模拟、特定角度入射等操作，以满足太阳敏感器的太阳搜索测试、太阳模拟跟踪测试、跟踪精度测试等多种测试需求。
本发明实施例中所提供的模拟太阳光源的装置采用长焦路非球面的摄远物镜，将光源准直为高平行度准直光；并结合导杆旋转机构的运动，实现以太阳光敏感器的光轴为中心，在圆锥角正负35度区间内以任意角度入射至太阳敏感器的接收面，从而实现太阳模拟光源具有高准直度且具有大锥角区间的优点，进而满足太阳敏感器的太阳搜索测试、太阳模拟跟踪测试和跟踪精度测试等多种测试需求。本发明实施例所提供的模拟太阳光源的装置还具有体积小、重量轻和易于装调的优点。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。