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

具有自動光束角度運動

這個太陽模擬器是為一個*名的*家航*局開發的。該機構有一系列需要太陽能模擬的項目，當一個新項目出現了嚴格的要求時，他們聯系Sciencetech提供一個高度*確的太陽能模擬系統。

客戶需求

客戶的一些成員有使用Sciencetech的高度準直太陽模擬器的經驗。對于一個在發射前測試衛星傳感器的新項目，他們需要一個更大、更*特的版本。于是咨詢我們，需要一個在輻照度、準直角度和光譜匹配方面與太陽非常接近的太陽模擬器。

此外，他們希望自動化操作太陽模擬器在X, Y, Z和2個旋轉角度。初步的討論考慮了幾個自動化實現和初步的工程分析，確定氙短弧燈的物理限制將使其非常具有挑戰性，以滿足所需的規格的準直和其他標準。Sciencetech確定了一種方法來實現重要的規格，并將其呈現給客戶。指導方針和標準獲得批準，Sciencetech開始了項目的設計。

規范

準直全角：0.69°內90%功率

目標尺寸：直徑33cm

空間不均勻性：2.95% (A類)

時間不穩定性：1.5% (A類)

強度：1366 W/m2(AM0光譜匹配)

衰減強度：1.366 W/m2(衰減至0.1%)

輸出方向：橫向

用于太空研究的高準直太陽模擬器

系統構思與設計

光學設計結構

光源的光線追蹤路徑

在設計過程中，我們采用光學建模和數學分析相結合的方法，解決了如何制作一個目標面積大、光譜特定匹配、發散角接近太陽的高度均勻強光源的多方面挑戰。

橢圓形的后反射器收集了大部分的燈發射，并聚焦到均勻的光導管中。該光導管通過全內反射引導光，許多反射用于混合光線，從而使輸出更加均勻。一系列的透鏡和轉向鏡用于將光引導到準直鏡，準直鏡反射光以形成近乎平行的光線，從而在目標平面產生高輻照度和低光束發散度。

太陽模擬器輸出光譜與AM0光譜的關系                                         模擬目標區域上的輻照度分布

自動運動控制的機械設計

客戶需要整個太陽模擬器在x、Y、Z 5個軸上的自動運動，以及2個旋轉軸。此外，整個系統需要在潔凈室內運行，因此需要隔離太陽模擬器的空氣冷卻系統。

為了符合這些目標，Sciencetech設計了自動化機械舞臺和定制軟件來滿足這些自動化目標，并提供了*殊的冷卻設計，儀表組件和外殼設計來滿足這些需求。

機動運動系統被建立和測試，它的軟件是在內部創建的。運動系統、外殼、軟件和光學元件根據客戶的規格完成了所有5個運動軸，并包括一個軟件GUI，以方便控制。

太陽模擬器的移動系統可按照我們的機械工程師的設想在5個軸上提供整個太陽模擬器的自動運動

太陽模擬器系統的圖紙，其中包括與ISO7兼容的無塵室外殼，并描述了從系統輸出發出的高度準直的射線

原型設計和開發

高功率6.5千瓦氙弧燈是用作基礎光源來模擬太陽輻射。采用空氣質量過濾器對氙燈光譜進行改進，使其達到AM0光譜匹配標準。

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

在短期、中期和長期測量時間穩定性，并滿足A類規范。

我們在0.69°全角范圍內實現了90%功率的高度準直。高準直提供了一個同樣均勻的點在幾個距離太陽模擬器輸出。

30分鐘內測得的輻照度的時間穩定性                                      太陽模擬器輸出相對于準直角的輻射度測量。

潔凈室要求

整個系統密封在潔凈室中使用，包括一個隔離的空氣冷卻系統，防止污染潔凈室環境。整個系統符合ISO 5級潔凈室標準。

測試與安裝

與客戶團隊的頻繁聯系使Sciencetech的工程師能夠對設計進行修改，以確保很好地過渡到客戶，并幫助客戶對他們訂購的設備的功能獲得信心。驗收測試是與客戶的工程師一起創建的，確保儀器在設備離開Sciencetech的那一刻能夠在他們需要的參數范圍內運行。硬件和軟件的集成在用戶的設施中完成，設備通過了認可的驗收測試。

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