光照均匀性测试仪及测试方法与流程

本发明涉及光照均匀性测量技术，尤其涉及一种光照均匀性测试仪及光照均匀性测试方法。

背景技术：

现有技术中提供了一种太阳模拟器辐照不均匀度和不稳定度测量装置，该装置包括：五块硅光电池、测试支架、数据采集系统和温控系统。其中五块硅光电池安装在测试支架的左、上、右、下和中五个位置。该结构形式的缺点在于仅能获取5个固定位置的光照强度测量数据，不足以对大光斑尺寸的太阳模拟器的均匀性进行分析。如果增加硅光电池的数据比如将增加测量装置的成本。并且每块硅光电池之间存在测量的差异性，容易使得各个位置测量的数据产生偏差。

因此，亟待提供一种光照均匀性测试仪及测试方法，有效提高测试结果的准确性。

技术实现要素：

本发明的目的在于解决现有技术中的至少一部分技术问题，提供了一种光照均匀性测试仪及测试方法，可以通过滑轨沿圆周方向的转动结合滑块在径向上的移动，实现对光照均匀性的测量。

为了解决上述技术问题，本发明第一方面，提供了一种光照均匀性测试仪，所述测试仪包括：滑轨、滑块、光学探测器、第一电机、第二电机、底座、控制器和数据采集器；

所述第一电机和第二电机安装在所述底座上；

所述滑轨固定安装在第一电机的电机转轴上，所述第一电机控制滑轨以电机转轴为中心转动；所述电机转轴位于太阳模拟器的光斑中心处，所述滑轨的转动平面位于太阳模拟器的辐照面处；

所述第二电机控制滑块在滑轨上沿径向移动；

所述控制器与所述第一电机和第二电机连接，用于发送电机控制指令给所述第一电机和第二电机；

所述光学探测器安装在所述滑块上，用于测量光强；

所述数据采集器与所述光学探测器连接，用于实时采集并记录光强的测量数据。

在根据本发明所述的光照均匀性测试仪中，可选地，所述控制器用于控制控制所述第一电机带动滑块从滑轨近端向滑轨远端步进移动，分别对当前滑轨位置的各个辐照面测量点进行测量；所述控制器在检测当前滑轨位置的辐照面测量点测量结束后，控制第二电机转动至下一滑轨位置继续测量。

在根据本发明所述的光照均匀性测试仪中，可选地，所述滑轨包括第一滑轨和第二滑轨，所述滑块包括分别置于所述第一滑轨上的第一滑块和置于所述第二滑轨上的第二滑块，所述光学探测器包括安装于所述第一滑块上的第一光学探测器和安装于所述第二滑块上的第二光学探测器。

在根据本发明所述的光照均匀性测试仪中，可选地，所述第一滑轨和第二滑轨之间的夹角可调。

在根据本发明所述的光照均匀性测试仪中，可选地，所述控制器用于同步控制所述第一滑块和第二滑块从滑轨近端向滑轨远端移动，所述第一滑块和第二滑块的径向位移dt通过以下公式计算：

式中l为滑轨的长度，ω为滑轨转动的角速度，n为测量点分布在圆周上的等分数，k为单根滑轨覆盖的测量点数量，t为滑块移动的当前时间；

控制器在检测径向位移dt达到滑轨的长度l时，复原第一滑块和第二滑块至滑轨近端的初始位置，并且控制第一滑轨和第二滑轨旋转至下一初始检测位置继续执行上述过程，直至全部辐照面测量点检测完毕。

本发明第二方面，提供了一种光照均匀性测试方法，所述方法包括：

s1、控制器发送电机控制指令给第一电机和第二电机；

s2、第一电机根据电机控制指令控制滑轨以电机转轴为中心转动，第二电机根据电机控制指令控制滑块在滑轨上沿径向移动；

s3、安装在所述滑块上的光学探测器测量辐照面当前位置的光强，并传送给数据采集器；

s4、数据采集器实时采集并记录光强的测量数据。

在根据本发明所述的光照均匀性测试方法中，可选地，所述步骤s2中第一电机根据电机控制指令控制第一滑轨和第二滑轨以电机转轴为中心转动，第一电机根据电机控制指令控制第一滑块在第一滑轨上沿径向移动，第二电机根据电机控制指令控制第二滑块在第二滑轨上沿径向移动；所述步骤s3中安装在所述第一滑块上的第一光学探测器测量辐照面当前位置的光强，并传送给数据采集器；安装在所述第二滑块上的第二光学探测器测量辐照面当前位置的光强，并传送给数据采集器。

在根据本发明所述的光照均匀性测试方法中，可选地，所述方法还包括在步骤s1之前执行的：调节第一滑轨和第二滑轨之间的夹角。

在根据本发明所述的光照均匀性测试方法中，可选地，所述步骤s2中第二电机同步控制所述第一滑块和第二滑块从滑轨近端向滑轨远端移动，且所述第一滑块和第二滑块的径向位移dt通过以下公式计算：

式中l为滑轨的长度，ω为滑轨转动的角速度，n为测量点分布在圆周上的等分数，k为单根滑轨覆盖的测量点数量，t为滑块移动的当前时间；

该方法在检测径向位移dt达到滑轨的长度l时，复原第一滑块和第二滑块至滑轨近端的初始位置，并且控制第一滑轨和第二滑轨旋转至下一初始检测位置继续执行上述过程，直至全部辐照面测量点检测完毕。

在根据本发明所述的光照均匀性测试方法中，可选地，所述方法还包括：s5、根据光强的测量数据对光照均匀性进行分析。

实施本发明的光照均匀性测试仪和测试方法，具有以下有益效果：

1、本发明通过滑轨沿圆周方向的转动结合滑块在径向上的移动，只需要一个或者两个光学探测器，就可以实现对辐照面内多个测量点的测试，降低了硬件成本，并且减小了测量差异性，提高了测量精度，尤其适用于对于大光斑尺寸的太阳模拟器的光照均匀性测试。

2、本发明通过两根呈一定角度的滑轨同步转动的方案，可以提高测量效率。

3、本发明还优化了滑块的径向位移设置，可以使得滑轨在转动一个测量位置时，滑块能够移动至远离光斑中心的下一个测量点，而不需要等待当前测量位置全部测量点采集完毕后再进行旋转，从而节约了测量时间，并且使得测量的数据时间差异减小，保障了测量数据的精度。

4、本发明还可以通过优化的检测位置设置，使得第一电机在整个检测时间段中均朝同一方向转动，避免在太阳模拟器辐照的高温环境下因电机正反转带来的器件损耗。

附图说明

图1为根据本发明第一实施例的光照均匀性测试仪的安装位置示意图；

图2a和2b分别为根据本发明第一实施例的光照均匀性测试仪的俯视图和主视图；

图3为根据本发明的第一实施例的光照均匀性测试仪的一种测量模式示意图；

图4为根据本发明第二实施例的光照均匀性测试仪的安装位置示意图；

图5a和5b分别为根据本发明第二实施例的光照均匀性测试仪的俯视图和主视图；

图6为根据本发明的第二实施例的光照均匀性测试仪的一种测量模式示意图；

图7为根据本发明优选实施例的光照均匀性测试方法的流程图。

具体实施方式

下面将详细描述本发明的各个方面的特征和示例性实施例，为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细描述。应理解，此处所描述的具体实施例仅被配置为解释本发明，并不被配置为限定本发明。对于本领域技术人员来说，本发明可以在不需要这些具体细节中的一些细节的情况下实施。下面对实施例的描述仅仅是为了通过示出本发明的示例来提供对本发明更好的理解。

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

请参阅图1，为根据本发明第一实施例的光照均匀性测试仪的安装位置示意图。图2a和2b分别为根据本发明第一实施例的光照均匀性测试仪的俯视图和主视图。如图所示，该第一实施例提供的光照均匀性测试仪至少包括：滑轨10、滑块20、光学探测器30、第一电机40、第二电机50、底座60、控制器70和数据采集器80。

其中，第一电机40和第二电机50安装在底座60上。滑轨10固定安装在第一电机40的电机转轴41上。第一电机40控制滑轨10以电机转轴41为中心转动。电机转轴41位于太阳模拟器1的光斑中心处，滑轨10的转动平面位于太阳模拟器的辐照面2处。

第二电机50控制滑块10在滑轨10上沿径向移动。

控制器70与第一电机40和第二电机50连接，用于发送电机控制指令给第一电机40和第二电机50。控制器70可用于发送电机控制指令控制第一电机40的转动和停止转动等，并可控制滑轨转动的角速度ω。控制器70还可用于发送电机控制指令设定滑块10的移动步长和移动类别，其中移动类别包括自动步进和手动步进等。

光学探测器30安装在滑块10上，用于测量光强。数据采集器80与光学探测器30连接，用于实时采集并记录光强的测量数据。

本发明的光照均匀性测试仪可以采用多种测量模式。请参阅图3，为根据本发明的第一实施例的光照均匀性测试仪的一种测量模式示意图。如图3所示，该实施例中，控制器70可以用于控制第一电机40带动滑块20从滑轨近端向滑轨远端步进移动，分别对当前滑轨位置的各个辐照面测量点进行测量，如图3中光学探测器30依次在测量点p1、p2、p3、p4和p5进行测量。本发明中以靠近光斑中心作为近端，远离光斑中心作为远端。控制器70在检测当前滑轨位置的辐照面测量点测量结束后，控制第二电机50带动滑轨10转动至下一滑轨位置后继续测量。例如，先对检测位置h1的测量点全部采集完毕后，再转至检测位置h2，依次直至检测位置h12。优选地，数据采集器80可以定时采集，也可以由控制器70进行同步控制，从而在滑块10移动到辐照面测量点位置时实施光强的信号采集。

请参阅图4，为根据本发明第二实施例的光照均匀性测试仪的安装位置示意图。图5a和5b分别为根据本发明第二实施例的光照均匀性测试仪的俯视图和主视图。如图所示，该第二实施例提供的光照均匀性测试仪的组成与第一实施例基本相同，区别在于，滑轨包括第一滑轨11和第二滑轨12，滑块则包括分别置于第一滑轨11上的第一滑块21和置于第二滑轨12上的第二滑块22。光学探测器包括安装于第一滑块21上的第一光学探测器31和安装于第二滑块22上的第二光学探测器32。其中，第一滑轨11和第二滑轨12之间的夹角可调。第一电机40可用于控制第一滑轨11和第二滑轨12以电机转轴41为中心转动。第二电机50可用于控制第一滑块21在第一滑轨11上滑动，第二滑块22在第二滑轨12上滑动。

请参阅图6，为根据本发明的第二实施例的光照均匀性测试仪的一种测量模式示意图。如图6所示，优选地，控制器70用于同步控制第一滑块21和第二滑块22从各自的滑轨近端向滑轨远端移动，第一滑块21和第二滑块22的径向位移dt均通过以下公式计算：

式中l为滑轨的长度，通常为径向上第一个测量点至最远端测量点之间的距离，如图中测量点p1至p5之间的距离，并且滑块在滑轨近端的初始位置即为第一测量点的位置。ω为滑轨转动的角速度，n为测量点分布在圆周上的等分数，k为单根滑轨覆盖的测量点数量，t为滑块移动的当前时间。在本实施例中，n＝12，k＝5。

控制器70在检测径向位移dt达到滑轨的长度l时，复原第一滑块21和第二滑块22至各自滑轨近端的初始位置，并且控制第一滑轨11和第二滑轨12从下一初始检测位置开始继续执行上述过程，直至全部辐照面测量点检测完毕。例如，当第一滑轨11和第二滑轨12在第一个周期初始时刻分别位于h1和h2位置时，则第二个周期初始检测位置为h3和h4，以此类推，直至所有检测位置h1至h12均检测完毕。在本发明的另一优选实施例中，也可以是第一个周期初始检测位置h1和h2，第二个周期初始检测位置为h5和h6，第三个周期初始检测位置为h9和h10，第四个周期初始检测位置为h3和h4，第五个周期初始检测位置为h11和h12，第六个周期初始检测位置为h7和h8，从而使得第一电机40在整个检测时间段中均朝同一方向转动，避免因电机正反转带来的发热及器件损耗，尤其在太阳模拟器辐照的高温环境下。从图中可以看到，测量的轨迹呈螺旋状，可以覆盖全部的测量点。

上述滑块的径向位移设置方式，可以使得滑轨在转动一个测量位置时，滑块能够移动至远离光斑中心的下一个测量点，而不需要等待当前测量位置全部测量点采集完毕后再进行旋转，从而节约了测量时间，并且使得测量的数据时间差异减小，保障了测量数据的精度。

请参阅图7，为根据本发明优选实施例的光照均匀性测试方法的流程图。该光照均匀性测试方法可以但不限于使用如前所述的光照均匀性测试仪实现。如图所示，该实施例提供的光照均匀性测试方法包括以下步骤：

s1、控制器发送电机控制指令给第一电机和第二电机；

s2、第一电机根据电机控制指令控制滑轨以电机转轴为中心转动，第二电机根据电机控制指令控制滑块在滑轨上沿径向移动；

s3、安装在所述滑块上的光学探测器测量辐照面当前位置的光强，并传送给数据采集器；

s4、数据采集器实时采集并记录光强的测量数据。

应该理解地是，上述步骤s1至s4并不是对于本发明的方法过程的顺序限定，本领域的技术人员可以根据需要改变步骤之间的顺序或者若干步骤同时执行，而并不限于上述所描述和示出的具体步骤，

在本发明更优选的实施例中，在步骤s2中第一电机根据电机控制指令控制第一滑轨和第二滑轨以电机转轴为中心转动，第一电机根据电机控制指令控制第一滑块在第一滑轨上沿径向移动，第二电机根据电机控制指令控制第二滑块在第二滑轨上沿径向移动。步骤s3中安装在所述第一滑块上的第一光学探测器测量辐照面当前位置的光强，并传送给数据采集器；安装在所述第二滑块上的第二光学探测器测量辐照面当前位置的光强，并传送给数据采集器。

在本发明更优选的实施例中，方法还包括在步骤s1之前执行的：调节第一滑轨和第二滑轨之间的夹角。

在本发明更优选的实施例中，所述步骤s2中第二电机同步控制所述第一滑块和第二滑块从滑轨近端向滑轨远端移动，且所述第一滑块和第二滑块的径向位移dt通过以下公式计算：

式中l为滑轨的长度，ω为滑轨转动的角速度，n为测量点分布在圆周上的等分数，k为单根滑轨覆盖的测量点数量，t为滑块移动的当前时间。在本实施例中，n＝12，k＝5。

该方法在检测径向位移dt达到滑轨的长度l时，复原第一滑块和第二滑块至滑轨近端的初始位置，并且控制第一滑轨和第二滑轨旋转至下一初始检测位置继续执行上述过程，直至全部辐照面测量点检测完毕。

在本发明更优选的实施例中，所述方法还包括：步骤s5、根据光强的测量数据对光照均匀性进行分析。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。