云南师范大学太阳能研究所, 云南 昆明 650500
太阳能计算是依据太阳几何学并结合地面太阳辐射数据来计算太阳能接收器所收集到的太阳辐射。尽管其计算过程因接收器的结构、光学特性、安装方式的不同而存在很大差异,但最基本的计算是确定太阳光在接收器上的入射角和太阳光在特定截面上的投影入射角。传统方法采用天球坐标作为描述太阳运动规律和相关计算的基础,导致相关计算过程十分复杂。以固定和跟踪太阳板为案例,详细分析了如何用向量方法分析线与线(面)的空间角度关系及光线经过镜面反射后的空间传输规律,阐述了选择和建立坐标系的原则及坐标转换的简便方法。研究结果显示:根据实际需要选择和建立合理的坐标系可以大大简化光线在固定和跟踪平面上的入射角及光线在特定面投影角的计算过程,向量代数非常适用于分析光线在反射式线聚光器内的三维传输过程。
几何光学 太阳几何学 向量代数 坐标转换 太阳跟踪器 投影角 光学学报
2021, 41(15): 1508001
1 中国科学院 长春光学精密机械与物理研究所 应用光学国家重点实验室 超精密光学工程研究中心，吉林 长春 130033
2 长春理工大学 经济管理学院，吉林 长春 130022
针对光刻投影物镜中光学元件X/Y/θ微动调整的工程需求，研制了一种基于3-RRR结构的光学元件柔顺微动调整机构，并对其位姿正解进行了研究。建立了3-RRR柔顺并联机构的伪刚体模型，并采用矢量代数法理论推导了该机构的位姿正解，得到了它的理论雅克比矩阵。然后，在NASTRAN中建立了3-RRR柔顺并联机构的有限元模型，得到了仿真环境下该机构的位姿正解和雅克比矩阵。最后，对研制的3-RRR柔顺并联机构进行了实验研究，得到了该机构真实的位姿正解和雅克比矩阵。实验结果表明，实验雅克比矩阵的各项系数分别为0.577 7、-0.304 0、-0.283 3、0.002 1、0.524 6、-0.516 5、1.402 6、1.481 9、1.435 3，而理论雅克比矩阵相对应的各项系数分别为0.612 9、-0.306 5、-0.306 5、0、0.530 8、-0.530 8、1.444 6、1.444 6、1.444 6，得到的数据表明: 采用矢量代数法能够理论推导出该机构正确的位姿正解公式。提出的3-RRR柔顺微动调整机构位姿正解方法为微动调整机构的研制提供了设计依据。
柔顺并联机构 光学元件微动调整 位姿正解 伪刚体模型 矢量代数法 雅克比矩阵 flexure parallel mechanism lens micro adjusting mechanism forward kinematic solution pseudo rigid body model vector algebra Jacobian matrix
北京工业大学环境与能源工程学院传热强化与过程节能教育部重点实验室,传热与能源利用北京市重点实验室, 北京 100124
线性菲涅耳聚光反射装置(LFR)是每一行反射镜面(镜元)均实时跟踪太阳光的装置, 可将太阳入射光反射至固定位置的线性吸热器上, LER上每一镜元的入射角、反射角和跟踪倾角均时刻变化, 使得系统相邻镜元之间的阴影与遮挡分析变得非常复杂。利用光学投影得到LFR镜场中任一镜元在太阳矢量方向上的影长与斜长。为了得到相邻镜元之间不存在阴影与遮挡影响的条件, 分析影长与斜长之间的关系, 例如最小间距等。最后给出在具体算例情况下的镜元间距分析和镜元布置与有效辐照度的关系。
线性菲涅耳聚光装置 矢量法 阴影与遮挡 影长与斜长 镜元间距
