一种光谱仪光室内部数字模拟系统及模拟方法技术方案

本发明专利技术涉及一种光谱仪光室内部数字模拟系统及方法，对光室内部光、热、结构三者综合数值进行数字模拟，包括光仿真设计、热仿真分析和热

【技术实现步骤摘要】
一种光谱仪光室内部数字模拟系统及模拟方法


[0001]本专利技术属于精密仪器
，主要涉及一种光谱仪光室内部数字模拟系统及模拟方法，对光室内部的光、热、结构耦合数值进行模拟以及优化。

技术介绍

[0002]金属材料被大量使用在现代化建设和人们日常生活中，材料中的元素种类含量直接影响其性能。光谱仪能对其金属材料进行快速检测，在生物、医疗、化工、机械加工等领域起着重要的作用。
[0003]光谱仪主要由准直透镜、入射狭缝、色散元器件、聚焦元器件以及信号采集装置构成。其中元器件之间的相互距离以及相对角度参数直接影响到成像效果。在光谱仪运行的过程中，通常需要加热到一定的温度，以保证成像品质高，在加热过程中，光谱仪元器件间的位置参数将发生改变，与理想光路位置角度参数发生变化，当光谱仪温度分布较为均匀时，对其位置参数的修正更为方便。影响光谱仪光室温度均匀性的通常为加热源放置位置，以及加热方式。通常是对加热方式进行修正使光谱仪达到较好的温度均匀性。光谱仪的信号采集器通常为一个面，温度分布均匀则热变形也比较均匀。由于热变形的存在，光谱仪成像无法与理想本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种光谱仪光室内部数字模拟系统，其特征在于，包括：计算机系统，所述的计算机系统中安装有光学仿真设计模块、热仿真优化模块、热
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结构直接耦合仿真分析模块、光学仿真优化设计模块；所述的光学仿真设计模块用于对光室内部的理想光路进行仿真设计，所述的热仿真优化模块对光谱仪光室内部的放热进行优化，所述的热
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结构直接耦合仿真分析模块用于对经过热仿真优化模块优化之后的光谱仪光室内部几何模型进行热仿真计算、通过热变形量引入进一步优化光谱仪光室内部的结构，所述的光学仿真优化设计模块分析光室内部热变形之后是否满足光谱仪本身的性能要求。2.根据权利要求1所述的一种光谱仪光室内部数字模拟系统，其特征在于，所述的光学仿真设计模块通过对光室内部的光学器件之间的相互距离以及相对角度进行调整，得到满足要求的光室内部理想光路结构，依据此光路结构建立相应的光谱仪光室内部几何模型；所述的热仿真优化模块通过对几何模型进行数值计算，对光谱仪光室内部的工作热学进行仿真，并对光谱仪光室内部的放热进行优化；所述的热
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结构直接耦合仿真分析模块将计算结果导入到结构分析中去，通过材料热膨胀系数，计算得到光谱仪工作时所发生的热变形量。通过热变形量引入，进一步优化光谱仪光室内部的结构；所述的光学仿真优化设计模块，将热
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结构直接耦合仿真分析模块分析计算所得的光学器件与光学器件之间、光学器件与信号采集装置之间的热变形量添加到理想光路中，分析热变形之后是否满足光谱仪本身性能要求，若不满足，则对光谱仪光室内部结构中的光学器件之间、光学器件与信号采集装置之间的相互距离以及相对角度进行修正，再次通过热
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结构直接耦合仿真分析模块进行分析，不断重复，直到满足要求为止，如果满足要求则完成光谱仪的设计。3.根据权利要求2所述的一种光谱仪光室内部数字模拟系统，其特征在于，所述的热仿真优化模块对几何模型进行数值计算的计算方法是：首先将光室内部划分为流体域和固体域，分别对光室内部的流体域和固体域进行划分网格，对固体域的网格划分更细致，对光室内部整体网格施加合适的边界条件，实施计算；对计算结果进行分析，观察光室内部的传热状况，通过改变热源位置或者光室进出口参数，找出对光室温度均匀性好的热源位置。4.根据权利要求2所述的一种光谱仪光室内部数字模拟系统，其特征在于，采用ANSYS18.2搭建所述的热
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结构直接耦合仿真分析模块的优化数值模拟平台，ANSYS Workbench提供了与优化流程相对应的多个功能模块和各模块协同工作的环境，模块互相之间自由读取与调用数据；调用fluent模块对光谱仪光室内部进行热仿真计算，static structural模块为结构仿真计算，将热仿真计算结果导入static structural模块中。5.根据权利要求2所述的一种光谱仪光室内部数字模拟系统，其特征在于，光学仿真优化设计模块采用ZEMAX软件，ZEMAX提供多种仿真结果分析，利用其中的光扇图以及点列图分析光谱仪性能是否达到需求。6.一种光...

【专利技术属性】
技术研发人员：鲁毅，任万杰，郭国建，由欣然，吴立军，刘运峰，荀其宁，刘霞，冀克俭，
申请(专利权)人：山东非金属材料研究所，
类型：发明
国别省市：