用于线性菲涅尔式聚光系统的复合抛物面聚光器

为了分析复合抛物面聚光器(Compound Parabolic Collector,CPC)的几何光学效率及影响因素,为线性菲涅尔式聚光系统的优化设计和实际应用提供理论依据。根据用于线性菲涅尔式聚光系统的CPC特点,在Matlab软件中建立模型并进行光线跟踪计算其几何光学效率。利用TracePro软件对几何光学效率模型进行验证。最后,采用该模型分析吸热管外径公差、吸热管位置偏移和线型误差对CPC几何光学效率的影响。结果表明:间隙为32.5mm、接收半角为55°、截取比为0.3的CPC配合外径为70mm的吸热管,当吸热管外径公差小于-0.4mm、水平方向存在偏移、垂直方向存在正偏移或线型轮廓增大等因素时,其平均几何光学效率迅速减小。实际应用中应尽可能避免以上因素,或者设计时减小CPC入射角的范围,从而降低对CPC平均几何光学效率的影响。     

线性菲涅尔式聚光系统的镜场布置与优化

单根真空集热管和复合抛物面聚光器(CPC)组成的接收器(单管接收器)对线性菲涅尔式聚光系统的镜场布置有特殊要求。本文根据单管接收器的特点,提出了利用CPC最大接受半角控制镜场高宽比实现镜场无阴影布置的方法。利用几何关系推导了镜场无阴影布置的数学表达式,并给出了数值计算方法。通过算例,将一次反射镜和镜场中心的距离与镜场地面覆盖率相结合对镜场布置进行了优化。研究结果表明:对于CPC最大接受半角为45°、反射镜宽度为380mm、而反射镜列数为21的镜场,当系统无阴影工作时间确定为6h时,相邻一次反射镜间距最大为537mm较为合理,而此时地面覆盖率为73.28%。该方法对于单管接收器线性菲涅尔聚光镜场的布置具有普适性,对线性菲涅尔式聚光系统的设计具有较好的指导意义。     

大视场菲涅尔透镜的聚光效率模拟和分析

大视场菲涅尔聚焦透镜在180°的范围内各个视场下均能实现较理想的聚焦。根据现有的大视场菲涅尔聚焦透镜的设计结果,利用Zemax软件在非序列环境下自定义面型的功能对该设计进行模拟分析。模拟菲涅尔透镜在不同方向的平行光照射下的聚焦情况。通过对不同方向的光线照射下探测器接收到能量的情况进行分析,得到了相应的聚光效率,为设计的可行性提供了分析依据。     

蜂窝式阵列菲涅尔透镜的配光设计

单元结构、阵列排布和偏转控制是阵列菲涅尔透镜的三个重要因素。单元结构采用了棱镜加菲涅尔透镜结构,排布方式引入蜂窝式阵列,构成蜂窝式阵列菲涅尔透镜。该透镜可以将准直光源发出的光线投射到1m远、直径为30mm的圆形区域内并形成特定图形。通过调整菲涅尔透镜的各个独立环带的倾角,以及每个菲涅尔透镜的背侧光面倾角的优化,实现了一款蜂窝式阵列菲涅尔透镜的光学设计。通过光学仿真分析,结果表明该设计方法灵活可靠,光线控制效果良好,具有实现图像级配光的能力。     

基于菲涅尔透镜的室内LED射灯配光设计

为了将LED发出的光均匀投射到3m远直径为1m的圆形区域内,设计了一种LED(发光二极管)射灯。采用菲涅尔透镜对射灯进行二次光学配光设计,并通过调整菲涅尔透镜的各个独立环带的倾角来优化投射光的分布。文中对菲涅尔透镜的投光效果、安全性和加工误差等方面进行了考察,结果表明设计是安全的、可靠的并具有良好的投光效果。     

菲涅尔透镜光路的解析计算

讨论了菲涅尔透镜光路的解析计算,并提出修正误差和提高计算精度的方法。     

利用菲涅尔衍射测量微小尺寸

在科研工程实际中,对细丝、狭缝等微小尺寸的测量通常采用夫琅和费衍射法,因为衍射暗斑间距与被测尺寸之间具有很简单的函数关系:s=λL/d。理论上,夫琅和费衍射条件是相当苛刻的,即要求L>d~2/λ,在实际应用中,考虑到光源、传感器以及被测对象尺寸之间的匹配关系,往往很难实现。本文通过理论分析与实验数据充分证明,对于菲涅尔衍射,前述函数关系也能保持极为良好的近似,为仪器结构设计提供了极大方便,同时也为提高测量精度,扩展测量范围创造了有利条件。     

红外菲涅尔透镜的注射超声辅助成型优化

为了提升聚合物红外菲涅尔透镜的光学性能,以其表面微沟槽的成型质量为目标,提出了一种高效的注射超声辅助成型方法,并对工艺参数进行了综合质量优化。首先分析了超声振动对聚合物的加热和加压效应,设计了一套一模两腔的对比试验模具;接着以红外菲涅尔透镜的调制传递函数MTF和齿形平均高度h为优化质量目标,设计了四步骤的多目标优化流程,通过试验设计、基于BP神经网络的质量目标与注射工艺参数关系建模、基于NSGA-Ⅱ的多目标优化和试验验证进行工艺参数的综合优化。实验结果表明:该多目标优化流程具有很高的精度,MTF和h的平均预测误差MPE分别为4.16%和3.32%;注射超声辅助成型的菲涅尔透镜微沟槽具有更高的复制质量,其齿沟槽平均高度h增加了15.6%,且h值的波动量随着h值的增大而增大,MTF值受齿高h均匀性的影响大于齿高h对其的影响。     

基于菲涅尔透镜聚热器的太阳追踪系统设计

太阳光线经过聚焦菲涅尔透镜折射汇聚到焦点处,将太阳能转变为热能加以利用,为确保焦点温度恒定且位置相对固定,现设计了一种南北方向倾斜布置,东西方向自动追踪的太阳追踪系统,主要设计包括:支架安装位置及结构设计、追踪传感单元设计、控制电路设计和控制策略设计,该太阳追踪系统可保证平面点聚焦菲涅尔透镜能较好地进行太阳追踪。     

大直径菲涅尔透镜模具加工发展现状及展望

针对大直径菲涅尔透镜模具加工设备及加工工艺的发展状况进行了深入的分析研究,总结了大直径菲涅尔透镜模具加工的研究现状,展望了其未来的发展方向。     

大直径菲涅尔透镜模具加工发展现状及展望

大直径菲涅尔透镜广泛应用于太阳能电站、背投显示等领域,但其模具加工制造难度大。针对大直径菲涅尔透镜模具加工设备及加工工艺的发展状况进行了深入的分析研究,总结了大直径菲涅尔透镜模具加工的研究现状,展望了其未来的发展方向。     

菲涅耳透镜

菲涅耳透镜俗称螺纹透镜。其基本原理是将普通的透镜分割为众多小棱镜,再展成平面而成。菲涅耳透镜加工技术包括超精加工、微机精密控制、天然金刚石刃磨、光学塑料精密成型等多项技术。此种透镜的材料采用光学塑料,因此,菲涅耳透镜具有体积小、重量轻、成     

用于太空望远镜的大口径薄膜菲涅尔衍射元件

为了满足空间衍射成像系统对大口径、轻量化衍射元件的需求,设计制作了直径为400mm的聚酰亚胺(PI)薄膜菲涅尔衍射元件。通过紫外光刻、离子束刻蚀等微细加工方法在石英基底上制作衍射图形,然后将衍射图形复制到PI薄膜上得到菲涅尔衍射型薄膜元件。结合有限元法探究了薄膜复制过程中热应力的变化规律及降低热应力的方法,分析了影响薄膜衍射效率的因素及薄膜制作误差、温度变化对薄膜成像的影响,最终实现了大面积薄膜与基底的分离,并通过局部氧气等离子体轰击提高了薄膜衍射效率的均匀性。经测试,薄膜菲涅尔衍射元件的厚度约为20μm,在波长633nm处的实际衍射效率平均值为33.14%,达到了理论效率的81.83%,衍射效率的均方根值RMS=0.01。实验结果表明,通过紫外光刻、离子束刻蚀和薄膜复制的方法可以得到大口径、高衍射效率的薄膜菲涅尔衍射元件。     

大直径菲涅尔透镜模具加工工艺的模拟实验研究

通过大量实验,分析总结了主轴转速、进给量和切削速度对大直径菲涅尔透镜模具加工过程动态平稳性的影响规律;当切削速度Vc≥120 m/min,进给量f=1～1.5 μm/r时,形成带状切屑,容易断屑,工件一刀具相对振动幅值小,切削过程连续平稳,加工表面质量高.实验结果将为大直径菲涅尔透镜模具的实际生产提供重要依据.     

基于PLC的线性菲涅耳式太阳能跟踪控制系统设计与实现

为了提高线性菲涅耳式太阳能跟踪的精度及稳定性,设计了一种基于可编程序控制器(PLC)的太阳能自动跟踪系统。系统采用了视日运动轨迹算法主动式跟踪策略,应用结果显示,满足线性菲涅耳集热系统对高跟踪精度的要求,且具有操作简单、易于维护及稳定性高等特点。     

菲涅耳透镜的通光分析及设计方法探讨

研究了菲涅耳透镜成像质量差的原因,提出一种改进的方法,即改善轴外点的成像质量以增大菲涅耳透镜的视场。分析了三种常用的设计菲涅耳透镜的方法,用光学设计软件Zem ax模拟设计结果,对三种设计方法进行比较。得出结论:像面为曲面时可校正场曲;基面和底面为曲面的菲涅耳透镜与平面型菲涅尔透镜相比彗差较小。     

基于快速伺服刀架技术的菲涅尔微结构金刚石超精密加工及其控制技术

微结构功能表面的金刚石超精密加工技术是近年来国外兴起的一项新技术,国内在这一研究领域处于起步阶段。并且由于受加工设备所限,使得该技术在国内的开展显得异常艰难,为了克服这一困难,自行设计带有快速伺服刀架(Fasttoolservo,FTS)的超精密加工机床,提出按照自适应指数趋近律来设计滑动模态控制律,并将滑膜变结构控制策略引入FTS的控制中,同时,将FTS的PID控制策略和滑膜变结构控制策略进行试验对比,试验结果显示,在滑模变结构控制策略下,FTS的响应时间与PID控制相近,但滑模变结构控制算法下几乎无超调,稳态精度高,正弦跟踪控制效果优于常规PID控制算法;最后,根据滑膜变结构控制策略对菲涅尔微结构表面进行金刚石超精密车削加工试验,成功地加工出半径5mm,浮雕深度10μm,表面粗糙度约35nm的菲涅尔微结构。     

基于H62黄铜的大直径菲涅尔透镜模具加工工艺实验研究

以振动法和声发射技术为基础,采用超精密金刚石车削加工技术对H62黄铜模具材料进行大直径菲涅尔透镜模具加工工艺的实验研究。实验表明:刀尖角、刀具后角和切削液是影响加工表面质量的主要因素。当刀尖角54°、刀具后角3°、切削液采用微乳化液时,切削状态最佳,可以有效地提高刀具耐用度和加工表面质量。     

基于成像式照度探测的菲涅尔光学助降系统检测方法研究

为了解决菲涅尔光学助降系统(FLOLS)的检测问题,文中根据FLOLS检测应满足的技术指标,提出了一种基于成像式照度探测法的菲涅尔灯发光强度测量方案,并根据分析设计研制了成像式照度探测装置。通过试验,结果表明该装置可远距离对大口径、大发光角度的菲涅尔灯进行发光强度的探测,满足菲涅尔光学助降系统检测装置测量的要求。