高準(zhǔn)直太陽(yáng)模擬器，3A等級(jí)，測(cè)試衛(wèi)星傳感器

用于太空研究的高準(zhǔn)直太陽(yáng)模擬器（Highly Collimated Solar Simulator）

具有自動(dòng)光束角度運(yùn)動(dòng)

這個(gè)太陽(yáng)模擬器是為一個(gè)*名的*家*天局開(kāi)發(fā)的。該機(jī)構(gòu)有一系列需要太陽(yáng)能模擬的項(xiàng)目，當(dāng)一個(gè)新項(xiàng)目出現(xiàn)了嚴(yán)格的要求時(shí)，他們聯(lián)系Sciencetech提供一個(gè)高度*確的太陽(yáng)能模擬系統(tǒng)。

客戶(hù)需求

客戶(hù)的一些成員有使用Sciencetech的高度準(zhǔn)直太陽(yáng)模擬器的經(jīng)驗(yàn)。對(duì)于一個(gè)在發(fā)射前測(cè)試衛(wèi)星傳感器的新項(xiàng)目，他們需要一個(gè)更大、更*特的版本。于是咨詢(xún)我們，需要一個(gè)在輻照度、準(zhǔn)直角度和光譜匹配方面與太陽(yáng)非常接近的太陽(yáng)模擬器。

此外，他們希望自動(dòng)化操作太陽(yáng)模擬器在X, Y, Z和2個(gè)旋轉(zhuǎn)角度。初步的討論考慮了幾個(gè)自動(dòng)化實(shí)現(xiàn)和初步的工程分析，確定氙短弧燈的物理限制將使其非常具有挑戰(zhàn)性，以滿(mǎn)足所需的規(guī)格的準(zhǔn)直和其他標(biāo)準(zhǔn)。Sciencetech確定了一種方法來(lái)實(shí)現(xiàn)重要的規(guī)格，并將其呈現(xiàn)給客戶(hù)。指導(dǎo)方針和標(biāo)準(zhǔn)獲得批準(zhǔn)，Sciencetech開(kāi)始了項(xiàng)目的設(shè)計(jì)。

規(guī)范

準(zhǔn)直全角：0.69°內(nèi)90%功率

目標(biāo)尺寸：直徑33cm

空間不均勻性：2.95% (A類(lèi))

時(shí)間不穩(wěn)定性：1.5% (A類(lèi))

強(qiáng)度：1366 W/m2(AM0光譜匹配)

衰減強(qiáng)度：1.366 W/m2(衰減至0.1%)

輸出方向：橫向

高準(zhǔn)直太陽(yáng)模擬器，3A等級(jí)，測(cè)試衛(wèi)星傳感器

系統(tǒng)構(gòu)思與設(shè)計(jì)

光學(xué)設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)

光源的光線追蹤路徑

在設(shè)計(jì)過(guò)程中，我們采用光學(xué)建模和數(shù)學(xué)分析相結(jié)合的方法，解決了如何制作一個(gè)目標(biāo)面積大、光譜特定匹配、發(fā)散角接近太陽(yáng)的高度均勻強(qiáng)光源的多方面挑戰(zhàn)。

橢圓形的后反射器收集了大部分的燈發(fā)射，并聚焦到均勻的光導(dǎo)管中。該光導(dǎo)管通過(guò)全內(nèi)反射引導(dǎo)光，許多反射用于混合光線，從而使輸出更加均勻。一系列的透鏡和轉(zhuǎn)向鏡用于將光引導(dǎo)到準(zhǔn)直鏡，準(zhǔn)直鏡反射光以形成近乎平行的光線，從而在目標(biāo)平面產(chǎn)生高輻照度和低光束發(fā)散度。

太陽(yáng)模擬器輸出光譜與AM0光譜的關(guān)系                                         模擬目標(biāo)區(qū)域上的輻照度分布

自動(dòng)運(yùn)動(dòng)控制的機(jī)械設(shè)計(jì)

客戶(hù)需要整個(gè)太陽(yáng)模擬器在x、Y、Z 5個(gè)軸上的自動(dòng)運(yùn)動(dòng)，以及2個(gè)旋轉(zhuǎn)軸。此外，整個(gè)系統(tǒng)需要在潔凈室內(nèi)運(yùn)行，因此需要隔離太陽(yáng)模擬器的空氣冷卻系統(tǒng)。

為了符合這些目標(biāo)，Sciencetech設(shè)計(jì)了自動(dòng)化機(jī)械舞臺(tái)和定制軟件來(lái)滿(mǎn)足這些自動(dòng)化目標(biāo)，并提供了*殊的冷卻設(shè)計(jì)，儀表組件和外殼設(shè)計(jì)來(lái)滿(mǎn)足這些需求。

機(jī)動(dòng)運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)被建立和測(cè)試，它的軟件是在內(nèi)部創(chuàng)建的。運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)、外殼、軟件和光學(xué)元件根據(jù)客戶(hù)的規(guī)格完成了所有5個(gè)運(yùn)動(dòng)軸，并包括一個(gè)軟件GUI，以方便控制。

太陽(yáng)模擬器的移動(dòng)系統(tǒng)可按照我們的機(jī)械工程師的設(shè)想在5個(gè)軸上提供整個(gè)太陽(yáng)模擬器的自動(dòng)運(yùn)動(dòng)

太陽(yáng)模擬器系統(tǒng)的圖紙，其中包括與ISO7兼容的無(wú)塵室外殼，并描述了從系統(tǒng)輸出發(fā)出的高度準(zhǔn)直的射線

原型設(shè)計(jì)和開(kāi)發(fā)

高功率6.5千瓦氙弧燈是用作基礎(chǔ)光源來(lái)模擬太陽(yáng)輻射。采用空氣質(zhì)量過(guò)濾器對(duì)氙燈光譜進(jìn)行改進(jìn)，使其達(dá)到AM0光譜匹配標(biāo)準(zhǔn)。

輻照度降低到全功率的0.1%，幾乎連續(xù)衰減，保持了空間均勻性、光譜匹配性和時(shí)間穩(wěn)定性。

在短期、中期和長(zhǎng)期測(cè)量時(shí)間穩(wěn)定性，并滿(mǎn)足A類(lèi)規(guī)范。

我們?cè)?.69°全角范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)了90%功率的高度準(zhǔn)直。高準(zhǔn)直提供了一個(gè)同樣均勻的點(diǎn)在幾個(gè)距離太陽(yáng)模擬器輸出。

30分鐘內(nèi)測(cè)得的輻照度的時(shí)間穩(wěn)定性                                      太陽(yáng)模擬器輸出相對(duì)于準(zhǔn)直角的輻射度測(cè)量。

潔凈室要求

整個(gè)系統(tǒng)密封在潔凈室中使用，包括一個(gè)隔離的空氣冷卻系統(tǒng)，防止污染潔凈室環(huán)境。整個(gè)系統(tǒng)符合ISO 5級(jí)潔凈室標(biāo)準(zhǔn)。

測(cè)試與安裝

與客戶(hù)團(tuán)隊(duì)的頻繁聯(lián)系使Sciencetech的工程師能夠?qū)υO(shè)計(jì)進(jìn)行修改，以確保很好地過(guò)渡到客戶(hù)，并幫助客戶(hù)對(duì)他們訂購(gòu)的設(shè)備的功能獲得信心。驗(yàn)收測(cè)試是與客戶(hù)的工程師一起創(chuàng)建的，確保儀器在設(shè)備離開(kāi)Sciencetech的那一刻能夠在他們需要的參數(shù)范圍內(nèi)運(yùn)行。硬件和軟件的集成在用戶(hù)的設(shè)施中完成，設(shè)備通過(guò)了認(rèn)可的驗(yàn)收測(cè)試。

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