利用反射原理使背光面獲得太陽光的設(shè)計(編輯修改稿)
2025-03-12 15:48 本頁面
【文章內(nèi)容簡介】 間為一右手坐標系，其物的大小與像相同，但像空間為左手坐標系，此物像成不一致像，叫“非一致像” [4] 。若物體為一右手坐標系，像也為一個右手坐標系，此物像成一致像，叫“一致像” 。容易想到，物體經(jīng)過 奇數(shù)個平面鏡，成非一致像，經(jīng)過偶數(shù)個平面鏡，成一致像。 由平面鏡成像原理可知要想讓物像成一致像，設(shè)計時需讓光線經(jīng)過偶數(shù)個平面鏡。 放大光的設(shè)計原理 透鏡的選擇 安裝薄雙凸透鏡的作用：會聚來自由喇叭玻璃鏡面反射來的光。 反射 光線 入射光線 物體 像 圖 平面鏡成像原理圖 3 薄透鏡的選擇原因：在透鏡的成像中，如果想透鏡厚度對成像的質(zhì)量和位置影響較小，可以忽略，則選擇薄透鏡。 凸透鏡的選擇原因：凸透鏡為會聚正透鏡，對光束具有會聚作用 [5]，來自喇叭玻璃鏡面反射的太陽光為發(fā)散的光，需要將其會聚起來以便利用，所以選擇凸透鏡。太陽光 會聚于焦點后再進行光的傳輸。 放大光原理 ， 放大率 12 FFdDM ?? 放大光的原理如圖 所示，光通過短焦距的透鏡后聚焦到透鏡焦點上，再經(jīng)過長焦距的透鏡后光束截面的半徑將變大，起到了放大的作用。這樣做還有一個作用是起到了準直的作用，及發(fā)散的太陽光經(jīng)過兩個透再后變?yōu)槠叫泄猓阌诠膺M行傳輸。 消除紫外線、紅外線原理 太陽光經(jīng)過凸透鏡成像會產(chǎn)生位置色差， 如圖 ，由薄透鏡的焦距公式凸透鏡像方焦距為介質(zhì)的折射率函數(shù) [6]，介質(zhì)存在色散波長越大折射率越小。則對于凸薄透鏡，紅外線的像方焦距最大，其次為可見光，紫外線的像方焦距最小。將第二個凸透鏡的焦距調(diào)至可見光區(qū)，則焦點前的紫外線和焦點后的紅外線被排除在外。物點通過薄凸透鏡成像，波長不同成像位置不同，紫外線、可見光、紅外線依次在軸上排序。 傳輸光的設(shè)計原理 利用導光管進行光的傳輸，導光管主要有四種：金屬反射導光管、非金屬反射導光管、透鏡組導光管、棱鏡導光管 [7]，考慮價格及效率本文選用金屬反射導 光管 。 金屬反射導光管傳輸光的原理：在塑料圓筒內(nèi)鍍上一層具有高反射率金屬涂層，其傳輸光是通過光在塑料管內(nèi)多次反射。 F1 F2 D d 圖 放大光原理圖 4 輸出光的設(shè)計原理 輸出光前再次放大光 此放大光裝置用到冉斯登目鏡成像原理 [8]，此裝置由兩個平凸的透鏡組成 這兩平凸透鏡的焦距相等，使其凸面相對，如圖 所示。 其中 fd 32? (d 為兩平凸透鏡的距離， f 為平凸透鏡的焦距 )p? 第二個透鏡的焦平面上， p 位于整個透鏡組合物方的焦平面上，從玻璃鏡片射來的光束形成的實像 p 有第一個透鏡折射成虛像 p? ，最后太陽光束被放大后照射到無窮遠處，可以照射到室內(nèi) . 光線均勻分布 從導光管進入的光線 不完全均勻，本文運用凹透鏡制成的漫射器 [9]重新分配光線，凹透鏡具有發(fā)散光的特性可以均勻的分散由導光管傳輸來的光線 ,光線經(jīng)凹透鏡后分散照射到室內(nèi)。 紫外線 可見光 紅外線 圖 消除紫外線、紅外線原理圖 圖 輸出光再次放大光原理圖 5 3 背光面獲得太陽光的設(shè)計方案及模擬實驗 接收光的設(shè)計 喇叭式鏡面接收光的制作 切割大小相等的八塊梯形鏡片，將梯形等寬的底同排拼接成喇叭狀，這樣設(shè)計的目的是無論是早晨還是傍晚都能夠接收到太陽光，如此就能不使用昂貴的太陽光追蹤儀。 在喇叭的中間構(gòu)造一個由玻璃片組成倒三角形，這樣做是為了接收由外側(cè)大喇叭玻璃鏡面反射的光，在此基礎(chǔ)上再反射到喇叭的 底部。這樣做還偶一點作用是接收來自太陽照射的光，當太陽剛升起或快要落山時，太陽傾斜照射，大喇叭的玻璃片可能會接收不到光而這種倒三角形玻璃鏡面能接收來自斜入射的太陽光。其構(gòu)造形狀如下圖 所示。 喇叭式鏡面的制作技術(shù) 為使太陽光經(jīng)鏡面反射后最大程度入射到喇叭內(nèi)，其制作工藝尺寸如圖 所示。 圖 中取 cmBcmL 30,.36,60,45 ?????? ?? 其中α為喇叭外側(cè)平面鏡與水平面的夾角，β為倒三角平面鏡與水平 面的夾角， L 為喇叭外側(cè)的尺寸， A 為喇叭底端圓形的半徑， B
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