利用反射原理使背光面獲得太陽(yáng)光的設(shè)計(jì)(編輯修改稿)
2025-03-12 15:48 本頁(yè)面
【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 間為一右手坐標(biāo)系，其物的大小與像相同，但像空間為左手坐標(biāo)系，此物像成不一致像，叫“非一致像” [4] 。若物體為一右手坐標(biāo)系，像也為一個(gè)右手坐標(biāo)系，此物像成一致像，叫“一致像” 。容易想到，物體經(jīng)過(guò) 奇數(shù)個(gè)平面鏡，成非一致像，經(jīng)過(guò)偶數(shù)個(gè)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(jì)時(shí)需讓光線經(jīng)過(guò)偶數(shù)個(gè)平面鏡。 放大光的設(shè)計(jì)原理 透鏡的選擇 安裝薄雙凸透鏡的作用：會(huì)聚來(lái)自由喇叭玻璃鏡面反射來(lái)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(duì)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(huì)聚正透鏡，對(duì)光束具有會(huì)聚作用 [5]，來(lái)自喇叭玻璃鏡面反射的太陽(yáng)光為發(fā)散的光，需要將其會(huì)聚起來(lái)以便利用，所以選擇凸透鏡。太陽(yáng)光 會(huì)聚于焦點(diǎn)后再進(jìn)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(guò)短焦距的透鏡后聚焦到透鏡焦點(diǎn)上，再經(jīng)過(guò)長(zhǎng)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(gè)作用是起到了準(zhǔn)直的作用，及發(fā)散的太陽(yáng)光經(jīng)過(guò)兩個(gè)透再后變?yōu)槠叫泄?，便于光進(jìn)行傳輸。 消除紫外線、紅外線原理 太陽(yáng)光經(jīng)過(guò)凸透鏡成像會(huì)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(zhǎng)越大折射率越小。則對(duì)于凸薄透鏡，紅外線的像方焦距最大，其次為可見(jiàn)光，紫外線的像方焦距最小。將第二個(gè)凸透鏡的焦距調(diào)至可見(jiàn)光區(qū)，則焦點(diǎn)前的紫外線和焦點(diǎn)后的紅外線被排除在外。物點(diǎn)通過(guò)薄凸透鏡成像，波長(zhǎng)不同成像位置不同，紫外線、可見(jiàn)光、紅外線依次在軸上排序。 傳輸光的設(shè)計(jì)原理 利用導(dǎo)光管進(jìn)行光的傳輸，導(dǎo)光管主要有四種：金屬反射導(dǎo)光管、非金屬反射導(dǎo)光管、透鏡組導(dǎo)光管、棱鏡導(dǎo)光管 [7]，考慮價(jià)格及效率本文選用金屬反射導(dǎo) 光管 。 金屬反射導(dǎo)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(guò)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(jì)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(gè)平凸的透鏡組成 這兩平凸透鏡的焦距相等，使其凸面相對(duì)，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(gè)透鏡的焦平面上， p 位于整個(gè)透鏡組合物方的焦平面上，從玻璃鏡片射來(lái)的光束形成的實(shí)像 p 有第一個(gè)透鏡折射成虛像 p? ，最后太陽(yáng)光束被放大后照射到無(wú)窮遠(yuǎn)處，可以照射到室內(nèi) . 光線均勻分布 從導(dǎo)光管進(jìn)入的光線 不完全均勻，本文運(yùn)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(dǎo)光管傳輸來(lái)的光線 ,光線經(jīng)凹透鏡后分散照射到室內(nèi)。 紫外線 可見(jiàn)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(yáng)光的設(shè)計(jì)方案及模擬實(shí)驗(yàn) 接收光的設(shè)計(jì) 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(jì)的目的是無(wú)論是早晨還是傍晚都能夠接收到太陽(yáng)光，如此就能不使用昂貴的太陽(yáng)光追蹤儀。 在喇叭的中間構(gòu)造一個(gè)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(diǎn)作用是接收來(lái)自太陽(yáng)照射的光，當(dāng)太陽(yáng)剛升起或快要落山時(shí)，太陽(yáng)傾斜照射，大喇叭的玻璃片可能會(huì)接收不到光而這種倒三角形玻璃鏡面能接收來(lái)自斜入射的太陽(yáng)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(yáng)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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