一种两段式连续可调聚光光热装置的制作方法

本发明涉及于聚光光热领域，尤其涉及一种两段式连续可调聚光光热装置。

背景技术：

随着科学技术的发展和现代材料制备该工艺的进步，对加热温度及升温速率的要求越来越高，传统的电阻式加热炉已很难满足实际科学研究及生产制造的要求。

在燃料燃烧、气化、热解等领域，为了建立准确的预测模型,必须获得升温过程中颗粒加热速率高达10²～10⁵℃/s，而传统电阻式加热装置升温速率也一般不超过50℃/s，很难满足升温要求的同时也极其耗费时间和能源。在材料科学方面，新材料的制备往往需要极其苛刻的升温要求，例如发泡合金的制备过程中升温速率要达到100～200℃/s，而薄膜制备经常使用的快速退火速率往往高达50～100℃/s。升温速率和温度极限已经成为燃烧和材料科学的进一步发展瓶颈，而高的能源消耗和时间成本也正在制约相关技术的产业化应用。

目前市面上的快速升温炉常采用碘钨灯作为热源，极限温度在1000℃左右，极限升温速率在120℃/s(真空)、100℃/s(保护气)。虽然在一定程度上满足了部分生产研究的要求，但是依然存在这一些不足：一是极限温度受到一级直射式光源传热方式的限制，低于诸多传统电阻式炉体的温度极限，依然无法达到很多实际应用的需求；二是光源与受热源同在炉体内，一方面影响光源的使用寿命和光学性能，另一方面也增加了光源及系统的生产制造成本，使得设备造假昂贵；三是温度的调节和升温速率的控制全部依赖光源输入功率的调节，很大程度上降低了设备的使用寿命；四是光学调节主要依赖电位器等调节输入功率，使得光学器件无法在额定的功率下工作，这也在一定程度上降低了光源的使用寿命和器件稳定性。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题是针对上述现有技术的不足，提供一种两段式连续可调聚光光热装置。

本发明解决上述技术问题的技术方案如下：一种两段式连续可调聚光光热装置，包括初段调节组件、光源组件、聚光组件、一级镜筒、次段调节组件、二级镜筒和出光组件。

所述初段调节组件的一端与所述一级镜筒的一端连接，所述光源组件设置在所述初段调节组件内，所述初段调节组件可驱动所述光源组件在所述初段调节组件内轴向运动。

所述聚光组件设置在所述一级镜筒内，所述二级镜筒垂直设置在所述一级镜筒的侧壁上，所述出光组件设置在所述二级镜筒内，且所述聚光组件反射的光线进入所述二级镜筒并从所述出光组件出射，所述次段调节组件设置在所述二级镜筒侧壁上，并可驱动所述出光组件在所述二级镜筒内升降运动。

所述光源组件出射的光线从所述初段调节组件进入所述一级镜筒并到达聚光组件，经过聚光组件反射后进入所述二级镜筒并从所述出光组件出射，对外部物体进行加热。

本发明的有益效果是：本发明的两段式连续可调聚光光热装置，将光源组件与受热对象分离，取代了目前主流的输入功率调节方式，通过初段调节组件和次段调节组件协同配合在光源始终处于额定功率运行条件下实现连续调节，可以更好的保护光源，延长了光源的寿命，提高了设备的稳定性，通过聚光组件将光源能量集中，提高了光源能量利用率，采用透射反射联合式聚光，针对设计需求选用不同材质聚光器，有效降低了成本。

在上述技术方案的基础上，本发明还可以做如下改进：

所述初段调节组件包括两根丝杆、前盖板、后盖板、第一电机和齿轮机构，两根所述丝杆间隔设置在所述前盖板与后盖板之间，所述前盖板与所述一级镜筒的一端连接，且所述前盖板上设有供光线穿过的通孔，所述第一电机通过电机夹设置在所述后盖板上，所述齿轮机构径向设置在两根所述丝杆之间，并分别与两根所述丝杆螺纹连接，所述第一电机的输出轴与所述齿轮机构共轴设置，且所述第一电机的输出轴与所述齿轮机构传动连接，并可驱动所述齿轮机构带动两根所述丝杆反向转动，所述光源组件径向设置在两根所述丝杆之间，所述光源组件分别与两根所述丝杆螺纹连接，并可随着所述丝杆的转动而沿着所述丝杆的轴向运动。

上述进一步方案的有益效果是：通过上述初段调节组件可以比较方便地对所述光源组件进行调节，由所述第一电机驱动所述此轮机构转动，从而带动所述丝杆转动，所述丝杆转动会带动所述光源组件沿着所述丝杆的轴向运动。

进一步：所述齿轮机构包括主动齿轮和两个从动齿轮，所述从动齿轮一一对应地径向设置在所述丝杆上并与对应的所述丝杆固定连接，所述主动齿轮设置在两根所述丝杆之间，并分别与两个所述从动齿轮啮合，所述第一电机的输出轴与所述主动齿轮传动连接，并驱动所述主动齿轮带动两个所述从动齿轮转动，进而带动两根所述丝杆反向转动。

上述进一步方案的有益效果是：通过上述结构可以使得位于两根所述丝杆之间的所述第一电机能够比较平稳的驱动所述丝杆转动，且所述第一电机自身的位置不发生变化，噪音小，连接可靠。

进一步：还包括散热机构，所述散热机构设置在两根所述丝杆之间的区域内，并位于所述齿轮机构与所述光源组件之间。

上述进一步方案的有益效果是：通过所述散热机构可以对所述光源组件在工作状态时散发的热量进行及时散热，避免所述光源组件局部温度过高，可以对所述光源组件起到更好的保护作用，延长所述光源组件的使用寿命。

进一步：所述光源组件包括光源、反光罩、支撑盘和两根档杆，所述支撑盘径向设置在两根所述丝杆之间，两根所述档杆一一对应的设置在所述丝杆上，且两根所述档杆相对设置，所述反光罩镶嵌设置在所述支撑盘上，所述光源设置在所述反光罩内，所述档杆设置在丝杆上并与所述支撑盘的边沿处固定连接。

上述进一步方案的有益效果是：通过所述反光罩可以对所述光源出射的光线进行初步的反射聚集，减小光的漫反射，提高光能的利用率，通过将所述反光罩连通光源设置在所述支撑盘上，可以通过驱动所述支撑盘的移动带动所述光源连用反光罩一同移动，并且通过所述挡杆可以对所述支撑盘起到限位作用，防止所述光源在移动的过程中离菲涅尔透镜太近而使得所述菲涅耳透镜的温度过高，可以对所述菲涅耳透镜起到很好的保护作用，延长菲涅耳透镜的使用寿命。

进一步：所述聚光组件包括菲涅尔透镜、凹面镜和反光镜，所述菲涅尔透镜设置在所述一级镜筒靠近所述初段调节组件一端，并与所述前盖板通过镜夹固定连接，所述凹面镜密封设置在所述一级镜筒内远离所述初段调节组件一端，所述反光镜通过支撑杆设置在所述菲涅尔透镜和凹面镜之间，并位于所述凹面镜的中心轴线上，使得经过所述凹面镜反射的光线可到达所述反光镜，且经过所述反光镜反射后进入所述二级镜筒并从所述出光组件出射。

上述进一步方案的有益效果是：通过所述菲涅耳透镜可以将经过所述反光罩初步聚集的光线进行分散，再通过所述凹面镜进行聚集，最后经由所述反光镜反射后出射，这样可以将光线汇聚至出射组件并折射形成更加均匀的光斑。

进一步：所述聚光组件还包括漏光器，所述漏光器设置在所述一级镜筒内所述菲涅尔透镜远离所述初段调节组件一侧，且所述漏光器的细口径一端与所述一级镜筒靠近所述初段调节组件的一端连接，粗口径一端与所述丝杆靠近所述一级镜筒的一端连接。

上述进一步方案的有益效果是：通过所述漏光器可以将多余部分的光有效吸收，不让其进入到所述一级镜筒中，同时还可以加速热量的散热，保证光源处于正常的工作温度。

进一步：所述次段调节组件包括第二电机、斜齿齿轮和螺杆，所述第二电机设置在所述二级镜筒的侧壁上，所述螺杆设置在所述二级镜筒内并与所述出光组件螺纹连接，且所述第二电机的输出轴与所述斜齿齿轮传动连接，所述斜齿齿轮穿过所述二级镜筒的侧壁并与所述螺杆螺纹啮合，所述第二电机驱动所述斜齿齿轮转动，所述斜齿齿轮带动所述螺杆转动，进而驱动所述出光组件沿着螺杆轴向升降运动。

上述进一步方案的有益效果是：通过所述次段调节组件可以非常方便地调节所述出射组件的高度，这样就可以调节出射光的光斑大小，从而满足不同的加热需求，简单方便，高效快捷。

进一步：所述出光组件包括凸透镜和支架，所述支架设置在所述二级镜筒内，且所述支架与所述螺杆螺纹连接，所述第二电机通过所述斜齿齿轮驱动所述螺杆转动，所述螺杆转动带动所述支架升降运动，所述凸透镜设置在所述支架上，并可随着所述支架一同升降运动。

上述进一步方案的有益效果是：通过所述凸透镜可对从所述反光镜出射的光线进行均匀分散，使得出射的光线形成均匀的光斑，并为待加热的物体进行均匀加热，起到更好的加热效果，通过所述第二电机可以驱动所述支架上升和下降从而可以比较方便的对所述出射光线进行调节。

进一步：所述一级镜筒和二级镜筒均采用不锈钢内镀银管。

上述进一步方案的有益效果是：通过不锈钢内镀银管可以尽可能的减小对光线的吸收，提高光的利用率。

附图说明

图1为本发明的一种两段式连续可调聚光光热装置结构示意图；

图2为本发明的一种两段式连续可调聚光光热装置光路示意图。

附图中，各标号所代表的部件列表如下：

1、一级镜筒，2、二级镜筒，3、丝杆，4、前盖板，5、后盖板，6、第一电机，7、电机夹，8、主动齿轮，9、从动齿轮，10、散热机构，11、光源，12、反光罩，13、支撑盘，14、档杆，15、菲涅尔透镜，16、凹面镜，17、反光镜，18、镜夹，19、支撑杆，20、漏光器，21、第二电机，22、斜齿齿轮，23、螺杆，24、凸透镜，25、支架。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。

如图1所示，一种两段式连续可调聚光光热装置，包括初段调节组件、光源组件、聚光组件、一级镜筒1、次段调节组件、二级镜筒2和出光组件。

所述初段调节组件的一端与所述一级镜筒1的一端连接，所述光源组件设置在所述初段调节组件内，所述初段调节组件可驱动所述光源组件在所述初段调节组件内轴向运动。

所述聚光组件设置在所述一级镜筒1内，所述二级镜筒2垂直设置在所述一级镜筒1的侧壁上，所述出光组件设置在所述二级镜筒2内，且所述聚光组件反射的光线进入所述二级镜筒2并从所述出光组件出射，所述次段调节组件设置在所述二级镜筒2侧壁上，并可驱动所述出光组件在所述二级镜筒2内升降运动。

如图2所示，所述光源组件出射的光线从所述初段调节组件进入所述一级镜筒1并到达聚光组件，经过聚光组件反射后进入所述二级镜筒2并从所述出光组件出射，对外部物体进行加热。

上述实施例的两段式连续可调聚光光热装置，将光源组件与受热对象分离，取代了目前主流的输入功率调节方式，通过初段调节组件和次段调节组件协同配合在光源器件始终处于额定功率运行条件下实现连续调节，可以更好的保护光源，延长了光源的寿命，提高了设备的稳定性，通过聚光组件将光源能量集中，提高了光源能量利用率，采用透射反射联合式聚光，针对设计需求选用不同材质聚光器，有效降低了成本。

本实施例中，所述初段调节组件包括两根丝杆3、前盖板4、后盖板5、第一电机6和齿轮机构，两根所述丝杆3间隔设置在所述前盖板4与后盖板5之间，所述前盖板4与所述一级镜筒1的一端连接，且所述前盖板4上设有供光线穿过的通孔，所述第一电机6通过电机夹7设置在所述后盖板5上，所述齿轮机构径向设置在两根所述丝杆3之间，并分别与两根所述丝杆3螺纹连接，所述第一电机6的输出轴与所述齿轮机构共轴设置，且所述第一电机6的输出轴与所述齿轮机构传动连接，并可驱动所述齿轮机构带动两根所述丝杆3反向转动，所述光源组件径向设置在两根所述丝杆3之间，所述光源组件分别与两根所述丝杆3螺纹连接，并可随着所述丝杆3的转动而沿着所述丝杆3的轴向运动。通过上述初段调节组件可以比较方便地对所述光源组件进行调节，由所述第一电机6驱动所述此轮机构转动，从而带动所述丝杆3转动，所述丝杆3转动会带动所述光源组件沿着所述丝杆3的轴向运动。

优选地，所述齿轮机构包括主动齿轮8和两个从动齿轮9，所述从动齿轮9一一对应地径向设置在所述丝杆3上并与对应的所述丝杆3固定连接，所述主动齿轮8设置在两根所述丝杆3之间，并分别与两个所述从动齿轮9啮合，所述第一电机6的输出轴与所述主动齿轮8传动连接，并驱动所述主动齿轮8带动两个所述从动齿轮9转动，进而带动两根所述丝杆3反向转动。通过上述结构可以使得位于两根所述丝杆3之间的所述第一电机6能够比较平稳的驱动所述丝杆3转动，且所述第一电机6自身的位置不发生变化，噪音小，连接可靠。

优选地，所述两段式连续可调聚光光热装置还包括散热机构10，所述散热机构10设置在两根所述丝杆3之间的区域内，并位于所述齿轮机构与所述光源组件之间。通过所述散热机构10可以对所述光源组件在工作状态时散发的热量进行及时散热，避免所述光源组件局部温度过高，可以对所述光源组件起到更好的保护作用，延长所述光源组件的使用寿命。

优选地，所述散热机构10采用无叶冷却风扇，一方面可以起到对所述光源组件的冷却作用，另一方面可以降低噪音，增强用户体验。实际中，所述散热机构10选用飞利浦36w超静音风机。

本实施例中，所述光源组件包括光源11、反光罩12、支撑盘13和两根档杆14，所述支撑盘13径向设置在两根所述丝杆3之间，两根所述档杆14一一对应的设置在所述丝杆3上，且两根所述档杆14相对设置，所述反光罩12镶嵌设置在所述支撑盘13上，所述光源11设置在所述反光罩12内，所述档杆14设置在丝杆3上并与所述支撑盘13的边沿处固定连接。通过所述反光罩12可以对所述光源出射的光线进行初步的反射聚集，减小光的漫反射，提高光能的利用率，通过将所述反光罩12连通光源设置在所述支撑盘13上，可以通过驱动所述支撑盘13的移动带动所述光源连用反光罩12一同移动，并且通过所述挡杆14可以对所述支撑盘13起到限位作用，防止所述光源11在移动的过程中离菲涅尔透镜15太近而使得所述菲涅耳透镜的温度过高，可以对所述菲涅耳透镜15起到很好的保护作用，延长菲涅耳透镜15的使用寿命。

优选地，所述光源11和反光罩12采用一体化卤素灯光源，型号为OSRAMMR16。

本实施例中，所述聚光组件包括菲涅尔透镜15、凹面镜16和反光镜17，所述菲涅尔透镜15设置在所述一级镜筒1靠近所述初段调节组件一端，并与所述前盖板4通过镜夹18固定连接，所述凹面镜16密封设置在所述一级镜筒1内远离所述初段调节组件一端，所述反光镜17通过支撑杆19设置在所述菲涅尔透镜15和凹面镜16之间，并位于所述凹面镜16的中心轴线上，使得经过所述凹面镜16反射的光线可到达所述反光镜17，且经过所述反光镜17反射后进入所述二级镜筒2并从所述出光组件出射。通过所述菲涅耳透镜可以将经过所述反光罩12初步聚集的光线进行分散，再通过所述凹面镜16进行聚集，最后经由所述反光镜17反射后出射，这样可以将光线汇聚至出射组件并折射形成更加均匀的光斑。

本实施例中，所述菲涅尔透镜15选用直径为76mm的F40同心圆式石英透镜，所述凹面镜16选用直径76mm的F300镀硅凹面镜，所述反光镜17选用直径为15mm的镀硅平面镜。

优选地，所述聚光组件还包括漏光器20，所述漏光器20设置在所述一级镜筒1内所述菲涅尔透镜15远离所述初段调节组件一侧，且所述漏光器20的细口径一端与所述一级镜筒1靠近所述初段调节组件的一端连接，粗口径一端与所述丝杆3靠近所述一级镜筒1的一端连接。通过所述漏光器20可以将多余部分的光有效吸收，不让其进入到所述一级镜筒1中，同时还可以加速热量的散热，保证光源处于正常的工作温度。

优选地，所述漏光器20选用导热碳纤维栅结构连接器。

本实施例中，所述次段调节组件包括第二电机21、斜齿齿轮22和螺杆23，所述第二电机21设置在所述二级镜筒2的侧壁上，所述螺杆23设置在所述二级镜筒2内并与所述出光组件螺纹连接，且所述第二电机21的输出轴与所述斜齿齿轮22传动连接，所述斜齿齿轮22穿过所述二级镜筒2的侧壁并与所述螺杆23螺纹啮合，所述第二电机21驱动所述斜齿齿轮22转动，所述斜齿齿轮22带动所述螺杆23转动，进而驱动所述出光组件沿着螺杆23轴向升降运动。通过所述次段调节组件可以非常方便地调节所述出射组件的高度，这样就可以调节出射光的光斑大小，从而满足不同的加热需求，简单方便，高效快捷。

本实施例中，所述出光组件包括凸透镜24和支架25，所述支架25设置在所述二级镜筒2内，且所述支架25与所述螺杆23螺纹连接，所述第二电机21通过所述斜齿齿轮22驱动所述螺杆23转动，所述螺杆23转动带动所述支架25升降运动，所述凸透镜24设置在所述支架25上，并可随着所述支架25一同升降运动。通过所述凸透镜24可对从所述反光镜17出射的光线进行均匀分散，使得出射的光线形成均匀的光斑，并为待加热的物体进行均匀加热，起到更好的加热效果，通过所述第二电机21可以驱动所述支架25上升和下降从而可以比较方便的对所述出射光线进行调节。

优选地，所述凸透镜24为直径1.25英寸，且具有K25、K16、K6三档YGA聚焦镜片。

优选地，所述一级镜筒1和二级镜筒2均采用不锈钢内镀银管。通过不锈钢内镀银管可以尽可能的减小对光线的吸收，提高光的利用率。

本发明中，所述第一电机和第二电机均采用型号为Lichuan LC3610的步进电机。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。