本发明专利技术属于太阳能集热领域，特别涉及一种聚光集热管的辐照测量装置及其扫描分析方法。聚光集热管辐照测量装置由集热管卡套、轴向扫描驱动器、周向扫描器和光谱辐射仪构成，装置固定在被测集热管上组成集热管总成，将集热管总成置于抛物槽面反射镜焦线上，轴向扫描驱动器实现周向扫描器的轴向运动，周向扫描器实现光纤的周向扫描运动，光纤将接收到的辐照能流传输到光谱辐照仪，实现集热管表面的辐照能流的精细测量；本发明专利技术的扫描分析方法利用光纤逐点采集和传输集热管壁面聚焦辐照能流，利用光谱辐射仪测量光学参数，对集热管壁面辐照能流进行包括光强、光功率谱密度、色温等多参数光学检测。本发明专利技术适用于太阳能热发电等需要进行高倍聚光的场所。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于太阳能集热领域，特别涉及一种聚光集热管的辐照测量装置及其扫描 分析方法。
技术介绍
太阳光能流密度较低，地面辐照强度一般不超过lkw/m2，能量品味较低，难以高价 值开发利用。利用聚光技术对太阳光进行聚焦，可获得高密度能流，大幅度提高光热、光电 转化效率。太阳能聚焦模式包括槽式、塔式、碟式等类型，可分别实现几十倍到数百、上千倍 的聚焦比。由于跟踪误差、光学镜面变形、太阳视角等因素，聚焦光斑区域的能流密度、光功 率谱密度存在不均勻性，有时空动态变化现象。在中高温太阳能热利用领域，如槽式、塔式 太阳能热发电站中，聚焦光斑的能流密度分布的不均勻性对集热管光热转换效率和可靠性 产生巨大影响。集热管优化设计研究需要获得聚焦光斑的能流密度分布和光功率谱密度分 布数据，由于聚光比一般高达几十倍以上，能流密度分布测量困难。目前有光电二极管阵列 法和相机_朗伯靶法，前者利用光电二极管对聚焦辐照进行光电信号转换，获得光强信号， 后者利用朗伯靶反射焦斑处的辐照光纤，通过相机拍摄获得焦斑处的能流密度分布。以上两种方法测量参数单一，只能获得辐照功率密度分布，无法获得光功率谱密 度分布信息，并且光电二极管阵列难以直接承受高倍聚焦辐照，需要配置光衰减部件，增加 了测量误差。由于槽式太阳能聚焦系统中集热管上的光线入射角时刻变化，相机-朗伯靶 测量法使用中需要对数据校核、补偿，另外同样无法进行光功率谱密度测量。
技术实现思路
本专利技术的目的是针对现有技术聚光集热管的辐照测量装置的缺陷，为提高聚光集 热管的辐照测量装置的检测能力，满足集热管优化设计、分析的需求，提出一种聚光集热管 的辐照测量装置及其扫描分析方法，其特征在于，聚光集热管的辐照测量装置由集热管卡 套、轴向扫描驱动器、周向扫描器和光谱辐射仪构成；所述集热管卡套包括两个卡套单元， 卡套单元的上卡套1固接在导轨支架5的下端，下卡套2与上卡套1用螺栓连接构成圆环 形的卡套单元，上卡套1和下卡套2上都各设有2个螺纹孔，4个螺纹孔等间隔分布在圆环 形的卡套单元上，顶针3通过螺纹副与上卡套1或下卡套2相配合并通过螺纹副调节在卡 套内的长度，顶针3末端与垫片4的中心活动连接，两个导轨支架5分别固接在轴向导轨6 两端，导轨6两端的卡套单元互为同轴，导轨6和两端的卡套单元构成集热管卡套；所述轴向扫描驱动器中，轴向电机7固定在一个导轨支架5的内侧面上，丝杠8的 一端与轴向电机7的轴固接，另一端与另一个导轨支架5的内侧面通过轴承构成转动连接， 滚珠螺母9在丝杠8上与其螺纹连接，滚珠螺母9的底座上部的滑动孔套在轴向导轨6上 与导轨配合构成滑动连接，轴向导轨6使滚珠螺母9在丝杠8上不发生转动，上吊环11固 接在滚珠螺母9的底座下部，下吊环12与上吊环11用螺栓连接构成圆形的吊环，圆形的吊 环和集热管卡套的两个卡套单元同轴，两个轴向限位开关10分别相对设置在轴向导轨6的两端；所述周向扫描器中，圆弧形的导轮槽21的槽面向外，圆弧形的齿条18齿面向上固 接在圆弧形的导轮槽21的背面，齿条18和导轮槽21 —起以圆形吊环的垂直直径为对称轴 左右对称固接在下吊环12的一个侧面上，引导轮轴23的周向角度，测量后，周向电机步进， 使光纤受光面转动一个周向角度位移单元后停止，重复光纤采集辐照和光谱辐射仪测量辐 照能流，经多次周向电机步进和辐照能流测量，直到引导轮接触周向限位开关；步骤3)当引导轮接触周向限位开关，周向限位开关给出触发信号，轴向电机步 进，使周向扫描器沿轴向移动一个轴向长度位移单元，周向电机反向并步进，使光纤受光面 转动一个周向角度位移单元后停止，重复光纤采集辐照和光谱辐射仪测量辐照能流，记录 数据，经多次周向电机步进和辐照能流测量，直到引导轮接触另一个周向限位开关； 步骤4)当引导轮接触另一个周向限位开关，该周向限位开关给出触发信号，轴向 电机再次步进，重复步骤3)的操作，直到滚珠螺母的底座接触轴向限位开关；步骤5)当滚珠螺母的底座接触另一个轴向限位开关，该轴向限位开关给出触发 信号，轴向电机反向，测量结束，或为下一次测量做好准备。所述周向角度位移单元的角度范围为0.5° 2°。所述轴向长度位移单元的范围为Imm 4mm。本专利技术的原理是利用驱动电机和传动系统，使得光纤完成对集热管壁面周向和 轴向扫描，采集聚光集热管壁面聚焦辐照能流，利用光谱辐射仪分析光纤采集到的辐照能 流各项光学参数。聚光集热管的辐照测量装置扫描测量聚光集热管表面辐照能流，包括利 用轴向电机带动丝杠旋转驱动滚珠螺母带动周向扫描器轴向移动，利用周向电机和齿轮副 实现周向扫描，利用光纤采集辐照能流，并利用光谱辐射仪精确测量辐照能流的光学参数。 对聚光集热管辐照分析按以下过程进行两端分别与两个T型的周向扫描器支架13固接， 周向电机17固定在一个周向扫描器支架13的内侧面上，平衡块16固定在另一个周向扫描 器支架13的内侧面上，齿轮轴15的一端与周向电机17的轴固接，另一端通过轴承与平衡 块16转动连接，齿轮14固接在齿轮轴15上与齿条18啮合，引导轮22在导轮槽21内与引 导轮轴23转动连接，两个周向限位开关24分别置于导轨槽21的两端，光纤19带光纤受光 面的一端固定在安装周向电机17的周向扫描器支架13的外侧面上，光纤受光面20朝外并 且垂直于圆形的吊环的辐射半径，光纤19的另一端与光谱辐射仪25的光信号入口连接；所述轴向电机7和周向电机17为步进电机或伺服电机。所述光纤19为塑料光纤或石英光纤。所述齿条18的圆弧角度的范围为120° 160°。上述轴向电机7和周向电机17均由控制电路控制，实现对周向扫描器的轴向驱动 和周向扫描。一种应用聚光集热管的辐照测量装置的扫描分析方法的步骤为步骤1)将被测的聚光集热管置于聚光集热管的辐照测量装置的集热管卡套和吊 环内，并用两端卡套单元上的顶针和垫片将聚光集热管与卡套同轴固定组成聚光集热管置 于聚光集热管的辐照测量装置总成，简称集热管总成，将集热管总成置于抛物槽面反射镜 的焦线上，调节轴向扫描驱动器，把周向扫描器置于一个轴向限位开关附近，调节周向扫描 器，把引导轮置于一个周向限位开关附近；步骤2)启动控制电路和光谱辐射仪及其数据记录设备，光纤采集辐照并由光谱 辐射仪测量辐照能流，记录辐照光强数据和光纤受光面所在的轴向位置和设定装置启动后，光谱辐射仪测量光纤传输的光流参数；周向电机步进，带动光纤受光面周向运动一定距离，即光纤受光面周向转动一个周向角度位移单元，光纤采集并传输辐照能流到光谱辐射仪进行测量，本次测量完毕后，周 向电机继续步进，重复操作；如果周向限位开关触发，表明周向行程完成，则轴向电机步进，带动周向扫描器轴 向前进一定距离，即周向扫描器轴向移动一个轴向长度位移单元，然后周向电机反向步进， 开始下一圈周向扫描测量；如果轴向限位开关触发，表明轴向行程结束，扫描测量任务完成，使得轴向电机反 向，测量结束，或为下一次测量做好准备。本专利技术的有益效果是1.本专利技术装置包括周向驱动电机、齿轮、齿条系统和轴向驱动电机、丝杠、滚珠螺 母，周向驱动电机配合齿轮啮合可实现精细周向扫描，轴向驱动电机配合滚珠螺母丝杠，可 实现精细轴向移动，驱动电机可以采用步进电机或伺服电机。相对现有系统而言，本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种聚光集热管的辐照测量装置，其特征在于，一种聚光集热管的辐照测量装置由集热管卡套、轴向扫描驱动器、周向扫描器和光谱辐射仪构成；所述集热管卡套包括两个卡套单元，卡套单元的上卡套（１）固接在导轨支架（５）的下端，下卡套（２）与上卡套（１）用螺栓连接构成圆环形的卡套单元，上卡套（１）和下卡套（２）上都各设有２个螺纹孔，４个螺纹孔等间隔分布在圆环形的卡套单元上，顶针（３）通过螺纹副与上卡套（１）或下卡套（２）相配合并通过螺纹副调节在卡套内的长度，顶针（３）末端与垫片（４）的中心活动连接，两个导轨支架（５）分别固接在轴向导轨（６）两端，导轨（６）两端的卡套单元互为同轴，导轨（６）和两端的卡套单元构成集热管卡套；所述轴向扫描驱动器中，轴向电机（７）固定在一个导轨支架（５）的内侧面上，丝杠（８）的一端与轴向电机（７）的轴固接，另一端与另一个导轨支架（５）的内侧面通过轴承构成转动连接，滚珠螺母（９）在丝杠（８）上与其螺纹连接，滚珠螺母（９）的底座上部的滑动孔套在轴向导轨（６）上与导轨配合构成滑动连接，上吊环（１１）固接在滚珠螺母（９）的底座下部，下吊环（１２）与上吊环（１１）用螺栓连接构成圆形的吊环，圆形的吊环和集热管卡套的两个卡套单元同轴，两个轴向限位开关（１０）分别相对设置在轴向导轨（６）的两端；所述周向扫描器中，圆弧形的导轮槽（２１）的槽面向外，圆弧形的齿条（１８）齿面向上固接在圆弧形的导轮槽（２１）的背面，齿条（１８）和导轮槽（２１）一起以圆形吊环的垂直直径为对称轴左右对称固接在下吊环（１２）的一个侧面上，引导轮轴（２３）的两端分别与两个Ｔ型的周向扫描器支架（１３）固接，周向电机（１７）固定在一个周向扫描器支架（１３）的内侧面上，平衡块（１６）固定在另一个周向扫描器支架（１３）的内侧面上，齿轮轴（１５）的一端与周向电机（１７）的轴固接，另一端通过轴承与平衡块（１６）转动连接，齿轮（１４）固接在齿轮轴（１５）上与齿条（１８）啮合，引导轮（２２）在导轮槽（２１）内与引导轮轴（２３）转动连接，两个周向限位开关（２４）分别置于导轨槽（２１）的两端，光纤（１９）带光纤受光面的一端固定在安装周向电机（１７）的周向扫描器支架（１３）的外侧面上，光纤受光面（２０）朝外并且垂直于圆形的吊环的辐射半径，光纤（１９）的另一端与光谱辐射仪（２５）的光信号入口连接。...
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：宋记锋，杨勇平，侯宏娟，张民幸，
申请(专利权)人：华北电力大学，
类型：发明
国别省市：11[中国|北京]
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