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Sciencetech,太阳能模拟器成功案例——高度准直的太阳能模拟器(Solar Simulator)

作者: 时间:2018-09-25

1985年以来,加拿大Sciencetech一直在设计和制造光学光谱仪器。Sciencetech的仪器已经应用于医学研究,生物技术,空间科学,材料研究,应用物理,安全,环境等众多领域。Sciencetech的众多设计师、软件程序员和工程师团队在光学光谱领域拥有数十年的经验,结合批量制造专业知识,Sciencetech能够提供远远超出其它同类供应商制造能力的定制仪器。

在这个项目中,Sciencetech的客户是一个著名的国家航天局,该机构有一系列需要太阳模拟的项目,当面临一个要求比以往任何时候都更严格的新项目时,他们再次选择Sciencetech定制高度准直太阳能模拟器。

几年前,该客户的一些成员使用Sciencetech的定制高度准直太阳能模拟器获得了良好的效果。对于最近的在发射前测试其卫星传感器的新项目,客户需要更大,更复杂的版本。因此询问Sciencetech是否可以提供一个太阳模拟器,它在辐照度,准直角和光谱匹配方面与太阳非常接近。此外,用户希望能够在XYZ轴和2个旋转角度上自动操纵太阳模拟器。Sciencetech初步讨论考虑了几个自动化方案,同时确定氙短弧灯能够满足所需的准直规范以及其他标准,然后确定了一种优化的方法来实现最重要的参数要求,并将其呈现给客户。国家航天局和Sciencetech签署了合同并草签了该项目,并对实施结果给予了高度评价,该项目是Sciencetech的太阳能模拟器成功案例。

客户对太阳能模拟器的定制需求:

ž   AM0 1太阳辐照度

ž   衰减1:1000 of 1 Sun

ž   ISO7洁净室合规性

ž   5轴自动机芯

 

1阶段:光学设计

客户向Sciencetech展示了多方面的设计要求,非常具有挑战性。例如:如何制作具有大目标区域,特定光谱匹配和接近太阳的发散角的高度均匀和高强度的光源? 凭借在光学建模方面的专业知识和多年建立在氙气短弧灯光源基础上的太阳能模拟器的经验,Sciencetech接受了挑战。

2. 光束路径中3个相隔很远的距离的均匀性模拟。

3. 使用滤波器设计和灯输出频谱的频谱匹配仿真。

4. 在目标平面上的辐照度模拟。

 

2阶段:机械设计

客户要求整个太阳模拟器在5XYZ以及2个旋转轴上自动运动。 此外,整个系统需要在ISO7洁净室内运行,因此需要隔离太阳能模拟器的空气冷却系统。Sciencetech设计了一个自动化机械平台和定制软件来满足这些自动化目标,并提供特殊的冷却设计,仪器组件和外壳设计,以满足这些需求。

 

3阶段:构建

所有组件均在Sciencetech位于安大略工厂采购和组装。 电动移动系统经过制造和测试,其软件由内部创建。太阳能模拟器在工厂内制造和测试。与客户团队的频繁联系使Sciencetech的工程师能够及时对设计进行修改,以确保更好地过渡到客户,并帮助客户对他们订购的设备的能力充满信心。移动系统,外壳,软件和光学元件的参数完全达到用户的要求,仪器安装和测试工作有条不紊的进行。

 

4阶段:测试

最终验收测试是与客户的工程师一起创建的,确保仪器在设备离开Sciencetech时的所需参数范围内运行。此时,硬件和软件的最终集成已经完成,并且设备通过了最终用户的完全批准的验收测试。

 

结果-光学

随着测试的完成,客户能够在多个方面实现其关键规格。 Sciencetech使用衰减系统的多种配置测试了空间非均匀性和稳定性。

准直全角度:

90% power within 0.69°

光圈尺寸:

40mm

目标尺寸:

33 cm diameter

空间非均匀性:

2.95% (Class A)

时间不稳定性:

1.5% (Class A)

强度:

1366 W/m2 (AM0 spectral match)

衰减强度(最小):

1.366W/m2

输出方向:

Horizontal

使用空气质量过滤器修改氙灯光谱以满足AM0光谱匹配标准。 在短期,中期和长期期间测量时间不稳定性。确保其满足A类规范。

随着测试的完成,客户能够在多个领域实现其关键规格。测得的辐亮度与设计辐射非常相似;我们在0.69°全角度内实现了90%功率的高度准直。在牺牲准直时,增加所使用的镜头孔径尺寸会增加其他因素,例如均匀性。在太阳模拟器输出的几个距离处都进行了采样测试,准直性很好地满足了客户的要求。

 

结果-机械

自动移动系统满足所有5个移动轴的所需规格,并且包含软件GUI以便于控制。 整个系统密封用于ISO7洁净室,包括隔离空气冷却系统。 在满足客户要求后,该系统在顶级航空航天设施中投入使用。

参数

要求

结果

G1Z-Axis

MS向上和向下移动SS±200 mm,标称光轴高度约为1.5 m

最大高度= 1.70

最小高度= 1.26

通过

G2Y-Axis

MS在光轴的标称方向上来回移动SS±300 mm

最大+ΔY= 300毫米

最大-ΔY= 300毫米

通过

G3X-Axis

MS在垂直于光轴标称方向的水平方向上左右移动

SS±300 mm

最大+ΔX= 300毫米

最大-ΔX= 300毫米

通过

G4—θ-Axis

MS围绕垂直z轴移动SS±15°

最大+Δθ> 15°

最大-Δθ> 15°

通过

G5—φ-Axis

MS围绕水平轴移动SS±12°

最大+Δφ= 12°

最大-Δφ= 12°

通过*

*由于太阳模拟器的极端倾斜,建议不要超过±12°的角度。

 

       如果您有太阳能模拟器的定制需求,欢迎联系我们,我们拥有众多太阳能模拟器成功案例,我们将为您提供专业化的服务。

 

 

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