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分光式太阳能光纤能量传输系统研究

分光式太阳能光纤能量传输系统研究

作者：刘娟君上海交通大学

学位级别：硕士

太阳能是未来人类最理想的替代能源,各国在开发新能源时都非常重视太阳能的开发利用。目前光纤对太阳光的传输大多是全光谱传输,在传输太阳能时往往伴随着各种能量损失,进而大大降低了能量的利用效率,并且在传输能量的过程中无法实现大... 详细信息

太阳能是未来人类最理想的替代能源,各国在开发新能源时都非常重视太阳能的开发利用。目前光纤对太阳光的传输大多是全光谱传输,在传输太阳能时往往伴随着各种能量损失,进而大大降低了能量的利用效率,并且在传输能量的过程中无法实现大规模阵列和远距离传输。在分析现有的太阳能利用方式的基础上,本课题提出一种分光式太阳能能量传输系统,可以大大减少传输过程中的能量损失。本文提出一种分光式太阳能能量传输系统,包括聚光装置,分光装置,耦合装置和传输装置。制作设计支架搭建实验台并确定测试点,根据测量结果得到,太阳光未经过分光,直接耦合进入光纤,在石英光纤中传播2m后平均传输效率约为39.29%;经过分光后,平均传输效率为89.29%。实验结果表明,对太阳光进行分光可以有效地提高太阳光的传输效率。使用Matlab软件对太阳光在光纤中的传输过程进行模拟,使用Trace Pro软件对太阳光通过菲涅尔透镜聚光后在光纤中的传输情况进行仿真,分析菲涅尔透镜聚光时的误差情况,为分光式太阳能能量传输系统提供设计提供了理论依据。根据对光纤能量传输系统的模拟结果,太阳光经过1m的光纤传播后,平均损耗率约为0.47%,光线经过20m的光纤传播后,平均损耗率约为19.43%。入射角度的偏移对太阳光的汇聚位置有着较大影响,合适的耦合器能极大地提高系统整体传输效率。与已有的太阳光传输系统相比,太阳光经过分光装置分解成多段不同波长的太阳光,经过光纤耦合器,将不同波段的太阳光耦合进不同材质的传能光纤中,实现了太阳光的高效、远距传输。由于光纤材质对传输太阳光过程中存在最高效率传播波段的情况,将入射的太阳光分解成不同波长的波段进行传输,降低了传输过程的能量损失,提高了能量的利用效率。

关键词：太阳能菲涅尔透镜光纤光谱分离

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菲涅尔透镜激光四象限定位系统光学设计

光电工程 2016年第9期43卷 62-66,71页

作者：刘壮李英博张浩钧胡安长春理工大学空间光电技术研究所长春130022 上海航天技术研究院无线电设备研究所上海200090

激光四象限定位光学系统具有体积小、精度高的优点。针对传统激光四象限定位光学系统结构复杂、质量大、成本高的缺点,提出采用菲涅尔透镜代替普通透镜。根据激光四象限定位光学系统定位原理,分析了光斑照度分布对四象限探测器输出偏差... 详细信息

激光四象限定位光学系统具有体积小、精度高的优点。针对传统激光四象限定位光学系统结构复杂、质量大、成本高的缺点,提出采用菲涅尔透镜代替普通透镜。根据激光四象限定位光学系统定位原理,分析了光斑照度分布对四象限探测器输出偏差信号与目标方位角之间线性关系的影响,认为只有中心光照度低于边缘光照度的光斑才能产生这一理想线性关系。给出理想激光四象限定位光学系统的设计方法,利用此方法设计了实例,验证了分析结果的准确性。模拟结果中输出偏差信号与目标方位角的比值接近常数。

关键词：光学设计照明设计定位系统菲涅尔透镜四象限探测器

高倍聚光光伏模组中菲涅尔透镜沿光轴方向的光照非均匀性变化及影响

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科学技术与工程 2020年第29期20卷 11949-11955页

作者：江景祥舒碧芬黄妍崔高峻喻祖康施琪杨云博中山大学太阳能系统研究所广东省光伏技术重点实验室广州510006

对于菲涅尔透镜作为主要聚光器件的高倍聚光光伏模组,应用中通常把多结电池放置于透镜焦平面处,然而光学系统非理想性造成焦平面处的光照非均匀性,会影响三结电池及模组整体的输出特性。通过光线追踪模拟和三维三结电池网络模型,分析沿... 详细信息

对于菲涅尔透镜作为主要聚光器件的高倍聚光光伏模组,应用中通常把多结电池放置于透镜焦平面处,然而光学系统非理想性造成焦平面处的光照非均匀性,会影响三结电池及模组整体的输出特性。通过光线追踪模拟和三维三结电池网络模型,分析沿光轴方向不同位置菲涅尔透镜聚光光照非均匀性的变化,以及对高倍聚光光伏模组的影响机理和优化。结果表明沿光轴填充因子与光照非均匀性有密切关系,沿光轴不同程度的光照非均匀性导致不同程度的横向电流,填充因子随之发生变化,在远离焦平面的位置存在更优的填充因子,提升最大输出功率。实验结果也很好地验证了模拟的结果,结论对实际应用中高倍聚光光伏模组的结构优化有参考意义。

关键词：高倍聚光光伏模组菲涅尔透镜多结电池光照非均匀性

基于热释电红外传感器探测距离影响因素的研究

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红外与毫米波学报 2010年第6期29卷 448-451页

作者：张晔杨卫岳元徐薇中北大学电子测试技术国防重点实验室仪器科学与动态测试教育部重点实验室山西太原030051

为提高热释电红外传感器对目标(行人)的探测距离,对被动式红外传感器探测系统和红外信号进行了研究.由于热释电红外传感器的信号与目标(行人)的感知部位、环境与目标温度差值、透镜的面积和区段数量有关,设计了一种测试红外传感器探测... 详细信息

为提高热释电红外传感器对目标(行人)的探测距离,对被动式红外传感器探测系统和红外信号进行了研究.由于热释电红外传感器的信号与目标(行人)的感知部位、环境与目标温度差值、透镜的面积和区段数量有关,设计了一种测试红外传感器探测系统感知距离的试验方法.实验结果表明,在考虑了影响探测距离的几个因素后,改进后的红外探测系统探测距离由原来的10m提高到40m,红外信号探测良好.试验方法和结果对其他同类型探测系统的研究有一定的指导和借鉴意义.

关键词：热释电红外传感器菲涅尔透镜人员信号

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纵向超声波辅助微注塑方法

纳米技术与精密工程 2012年第2期10卷 170-176页

作者：仇中军郑辉房丰洲王寰宇精密测试技术及仪器国家重点实验室(天津大学) 天津300072

微注塑过程中,聚合物熔体在微小腔体中流动时充模阻力比常规注塑大,这影响了熔体填充效果,同时热量损失的不均衡性和不确定性容易导致注塑精度不高.提出了纵向超声波辅助微注塑方法,并对超声波振动对聚合物熔体的作用机理进行了探讨,分... 详细信息

微注塑过程中,聚合物熔体在微小腔体中流动时充模阻力比常规注塑大,这影响了熔体填充效果,同时热量损失的不均衡性和不确定性容易导致注塑精度不高.提出了纵向超声波辅助微注塑方法,并对超声波振动对聚合物熔体的作用机理进行了探讨,分析了超声换能器结构对应力、振幅和响应频率的影响.基于对微注塑过程的模拟结果,开发了纵向超声波辅助微注塑装置.通过在微注塑过程中纵向超声波对熔体的能量作用降低熔体黏度,改善了熔体流动和充填性能.为了验证超声波辅助微注塑的效果,进行了菲涅尔透镜实际注塑实验.实验结果表明,相同的注塑工艺条件下,超声辅助微注塑过程中聚合物熔体的充填性能提高了6.91%.

关键词：微注塑超声波振动充填性能菲涅尔透镜

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烟花用电点火头作用时间的测量方法

火工品 2016年第3期 54-56页

作者：江资成丁仲熙张光辉肖家勇江放明李建发国家级烟花爆竹检测重点实验室(湖南) 湖南浏阳410300

采用菲涅尔透镜和光电传感器,设计了一种烟花用电点火头作用时间的测试装置。利用该装置测量了多型烟花用电点火头的作用时间,并与高速摄像法测量结果进行了对比。结果表明采用该方法与高速摄像法的测量结果一致,符合欧盟烟火标准的相... 详细信息

采用菲涅尔透镜和光电传感器,设计了一种烟花用电点火头作用时间的测试装置。利用该装置测量了多型烟花用电点火头的作用时间,并与高速摄像法测量结果进行了对比。结果表明采用该方法与高速摄像法的测量结果一致,符合欧盟烟火标准的相关要求,适合烟花用电点火头的检验。

关键词：烟花电点火头作用时间菲涅尔透镜光电传感器

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太阳能泵浦固体激光器聚光系统的优化设计

太阳能泵浦固体激光器聚光系统的优化设计

作者：范纹彤三峡大学

学位级别：硕士

太阳能激光器是有效解决传统化石能源日渐枯竭和环境污染的有效方式之一,并且在空间太阳能电站,无线能量传输,太阳能激光武器,空间激光通信等许多领域有着广阔的应用前景。提高太阳能激光器聚光系统的聚光效率和光斑均匀性是太阳光泵浦... 详细信息

太阳能激光器是有效解决传统化石能源日渐枯竭和环境污染的有效方式之一,并且在空间太阳能电站,无线能量传输,太阳能激光武器,空间激光通信等许多领域有着广阔的应用前景。提高太阳能激光器聚光系统的聚光效率和光斑均匀性是太阳光泵浦固体激光器的关键技术之一,本文主要针对其聚光系统进行优化设计。本文主要包括三个部分:首先探究了一级聚光器为菲涅尔透镜,二级聚光器为实体填充的复合抛物面聚光器（CPC）组成的的太阳能激光器聚光系统中,实体CPC的不同填充材料,最大接收半角,与菲涅尔透镜的距离,以及上下端截取比对聚光效率和光斑均匀性的影响。结果表明:采用实体CPC能有效的提高总的聚光效率,填充材料为F13的实体CPC的最高聚光效率能达到64.1%,比全反射CPC的最大聚光效率高13.7%,但是光斑的均匀性有所下降。其次,设计了由矩形抛物面镜和矩形实体CPC组成的二级聚光系统对侧面尺寸为2mm×20mm的板条激光介质进行侧面泵浦,结果表明:优化后的聚光系统的聚光效率为81.3%,汇聚光斑的均匀性可达91.2%。最后,设计了由新型多焦点全反射菲涅尔透镜,实体CPC以及匀光器组成的聚光系统。通过Trace Pro软件模拟可知:由非等距优化全反射菲涅尔透镜组成聚光系统优化后的光斑均匀性最高可达88.8%,此时系统的聚光效率为82.2%;由单焦点全反射菲涅尔透镜组成聚光系统优化后的的光斑均匀性最高可达85.1%,相应的聚光效率为87.4%。这些研究可为太阳能激光器聚光系统的设计提供一定的参考。

关键词：菲涅尔透镜复合抛物面聚光器聚光器聚光效率光斑均匀性

基于原子层沉积技术制备超大高宽比X射线菲涅尔波带片

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基于原子层沉积技术制备超大高宽比X射线菲涅尔波带片

作者：文庆涛北京交通大学

学位级别：硕士

X射线具有能量高,波长短,穿透性强等特点,在显微成像邻域得到广泛应用和长足发展。其在显微成像邻域应用能够实现深的穿透能力,具有高分辫率和丰富的成像衬度等特点,能够对样品内部结构灵活无损的进行三维成像观测。在生物医学、纳米材... 详细信息

X射线具有能量高,波长短,穿透性强等特点,在显微成像邻域得到广泛应用和长足发展。其在显微成像邻域应用能够实现深的穿透能力,具有高分辫率和丰富的成像衬度等特点,能够对样品内部结构灵活无损的进行三维成像观测。在生物医学、纳米材料、集成电路和环境检测等科学领域有重要应用。在X射线显微成像系统中,X射线能够聚焦成像依托的是菲涅尔透镜,其基于衍射原理聚焦成像,结构是由透明与不透明的圆环交替组成,圆环宽度向外逐渐递减。分辨率由公式(△δ=0.61～1.22△r)决定,最外环尺寸△r越小,分辨率越高。衍射效率取决于自身高宽比(在外环厚度/切割厚度),入射X射线能量越高,波带片的切割厚度也越大。目前基于电子束曝光与金属电镀等传统加工技术制备波带片无法实现大高宽比且加工精度低价格昂贵。现在基于传统加工制备工艺,努力寻求突破技术极限,实现高分辨率大高宽比波带片制备。本文基于原子层沉积技术(ALD)在具有一定直径的中心衬底沉积透明与不透明的叠层膜结构,再结合聚焦离子束微纳加工技术(FIB)对其切割抛光,实现高分辨率超大高宽比波带片制备,主要研究内容和具体工作如下:(1)介绍了波带片的聚焦成像原理、结构特点,详细讨论了波带片空间分辨率和衍射效率与波带片结构参数之间的内在联系。讨论了波带片多层膜叠层材料选取依据,给出(Hf O/AlO、Si O/AlO、Ir/AlO、TaO/Si O)四种不同材料组合体系波带片在不同X射线入射能量(500e V、8ke V、15ke V)对应的最大衍射效率以及最佳的加工厚度。根据实际应用场景需求,设计了X射线入射能量在500e V、8ke V,多层膜叠层材料组合为Hf O/AlO的波带片参数结构,中心衬底直径分别为190μm和45μm,多层膜环带数为382和339,最外环尺寸△r为25nm和40nm,波带片成像焦距为19.355mm和2.117mm。(2)基于原子层沉积技术制备氧化铝、氧化铪和氧化坦薄膜,用SEM、AFM和XPS表征薄膜生长特性,椭圆偏振仪考察薄膜生长速率研究不同的基底加热温度对三种薄膜沉积生长的影响。采用电化学腐蚀法和高稳等离子体加热技术分别制备具有一定直径且表面光滑的中心衬底钨丝和光纤。结合原子层沉积技术在中心衬底结构制备一系列软、硬X射线波带片叠层结构。(3)采用聚焦离子束微纳加工方法,切割抛光、转移固定8ke V、最外环40nm X射线波带片,在北京同步辐射光源(4W1A)X射线成像实验平台,开展X射线波带片聚焦成像性能测试,研制的波带片实现了50nm分辨率聚焦成像。

关键词：菲涅尔透镜原子层沉积 X射线显微成像聚焦离子束大高宽比

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大直径菲涅尔透镜模具加工机床静动态特性

北京工业大学学报 2015年第11期41卷 1675-1680页

作者：关佳亮朱磊孙鲁青马新强北京工业大学机械工程与应用电子技术学院北京100124 滨州学院机电工程系山东滨州256600

为了解决大直径菲涅尔透镜模具加工机床的加工稳定性、精度难以保证的问题,基于ANSYS Workbeach软件,对机床整体进行静动态分析.首先,通过静态分析得到大直径菲涅透镜模具加工机床整机的薄弱环节;然后,利用模态分析法得到机床整机前六... 详细信息

为了解决大直径菲涅尔透镜模具加工机床的加工稳定性、精度难以保证的问题,基于ANSYS Workbeach软件,对机床整体进行静动态分析.首先,通过静态分析得到大直径菲涅透镜模具加工机床整机的薄弱环节;然后,利用模态分析法得到机床整机前六阶的模态振型并分析了机床结构的模态频率及振型之间的关系.分析结果表明:横梁稳定性较低,为机床的薄弱环节,横梁内部x向筋板需要加强;机床最大位移发生在横梁位置,变形主要发生在地脚,需要改善优化地脚数量与布局.改进方案为:横梁筋板厚度不变,将内部原垂直构成的十形结构筋板改为V型结构;箱体前段需要增加3个地脚并成等距排列以提供支持力,从而加强机床刚度.

关键词：菲涅尔透镜模具加工静动态分析模态