本发明专利技术公开了一种组合非球面反射型太阳能聚光镜镜面的设计方法，本方法在将旋转抛物面分割成若干段的反射镜，用非球面代替旋转抛物面可以使反射镜面的设计有多个自由度，使聚光镜镜面面型有更多选择，从而更方便的达到偏轴聚焦。在确定偏轴聚焦点的情况下，可以利用本发明专利技术方法确定作为反射镜镜面的非球面方程，获得组合非球面镜中38片组成部分。对于使用本发明专利技术方法的设计结果可以根据具体的非球面方程通过数控机床加工成模具，实现流水线生产，加工工艺简单。此外，本发明专利技术中的方法是通过计算机编程实现的，具有快时、方便等优点，在太阳能应用领域特别是在非球面太阳能聚光镜设计领域具有一定的应用前景。
【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】本专利技术公开了，本方法在将旋转抛物面分割成若干段的反射镜，用非球面代替旋转抛物面可以使反射镜面的设计有多个自由度，使聚光镜镜面面型有更多选择，从而更方便的达到偏轴聚焦。在确定偏轴聚焦点的情况下，可以利用本专利技术方法确定作为反射镜镜面的非球面方程，获得组合非球面镜中38片组成部分。对于使用本专利技术方法的设计结果可以根据具体的非球面方程通过数控机床加工成模具，实现流水线生产，加工工艺简单。此外，本专利技术中的方法是通过计算机编程实现的，具有快时、方便等优点，在太阳能应用领域特别是在非球面太阳能聚光镜设计领域具有一定的应用前景。【专利说明】
本专利技术属于太阳能利用领域，特别涉及一种反射型太阳能聚焦镜中组合非球面聚光镜的设计方法。
技术介绍
收集和汇聚太阳光的聚光镜是利用太阳能的关键部件，在太阳灶以及利用太阳能点火装置中广泛应用。顾名思义，太阳能聚光镜就是把大面积的太阳辐照光收集或者聚焦到一小的接收器或输出装置上的工具 根据聚光方式，聚光镜大致可以分为四类:反射式聚光、折射式聚光、折反混合式聚光和场致发光式聚光.根据聚光镜的形状有抛物面聚光镜、双曲面聚光镜、菲涅尔聚光镜、复合抛物面聚光镜、挠曲柱面聚光镜、量子点太阳能聚光器等。在一些大型太阳能利用装置中，多采用反射式聚光。在反射式抛物面聚光集热装置中，光能接收器要在反射镜的上方，挡住了部分入射光束，减少了阳光的反射，直接影响太阳能利用效率。因此，为了不遮挡光路，大部分聚光装置的设计均采用了偏轴聚焦。偏轴聚焦就是使入射光束与聚光镜的主轴成一定的夹角，从而使聚焦点离开主轴。但是离开主轴后形成后的是焦斑而不是焦点，且焦斑形状随光线与主轴的夹角而变化，因此为了控制焦斑的形状，科学家们对旋转抛物面进行了改造，将抛物面分割成若干段的反射镜，光学上称之为菲涅耳镜，也有把菲涅耳镜做成连续的螺旋式反光带片，俗称“蚊香式太阳灶”，这又给聚光镜面的制作带来一定困难。因此高聚光效率与简单的加工工艺不能兼顾。不论旋转抛物面还是旋转的双曲面都是由二次函数决定的，都只有一个设计自由度，但是非球面是由高次多项式决定的，由多个参数决定其面型，并能从中心到边缘连续变化，设计自由度增多。但是随着设计自由度的增多，设计难度增大，且加工和测量难度也增大很多。到目前为止还没有一种完整有效的方法用来设计反射型非球面太阳能聚光镜的镜面面型，从而通过非球面来实现太阳光束的偏轴聚焦。
技术实现思路
为了克服旋转抛物面反射型太阳能聚光镜偏轴聚焦时存在的对旋转抛物面的改造麻烦，聚焦光斑难于控制的现象，本专利技术提出了，使得偏轴聚焦设计简单，聚光面积增大，通过后续的数控机床加工成模具，可以实现流水线生产，加工工艺简单。本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案是采用如下方法步骤: 1.对于偶次非球面方程【权利要求】1.，其特征在于包含下述步骤: (1)对于偶次非球面方程 2.根据权利要求1的，其特征在于所述步骤(1)包括下述步骤:(a)取入射光线上一点&frQ，J0,4)，入射光线和面的交点P1Cr1,凡4)， 3.根据权利要求1的，其特征在于所述步骤(3)包括下述步骤: (a)计算入射光线矢量h)与法矢量Ar-hr)之间夹角的余弦 4.根据权利要求1的，其特征在于所述步骤(7)包括下述步骤: (a)设置Ri< 5 cm,如果优化结果中Ri > 5 cm,则增加权重Qi或者减小Amax重新进行优化操作，直到满足Ri < 5 cm为止；(b)记录满足Ri;^5 cm的非球面参数C，Ci2, a4, <% <% al0, a12, au, a16的值以及力 max °【文档编号】G02B19/00GK103487925SQ201310406674【公开日】2014年1月1日 申请日期:2013年9月10日 优先权日:2013年9月10日 【专利技术者】秦华, 刘瑞金, 葛硕硕, 王勇, 刘汉法, 类成新, 袁文峰 申请人:山东理工大学本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种组合非球面反射型太阳能聚光镜镜面的设计方法，其特征在于包含下述步骤：（1）对于偶次非球面方程上式中，，x，y，z为直角坐标系的三个坐标量，中心旋转轴为Y轴，y为曲面的弯曲量，C为二次曲面的顶点曲率,?1+a2为二次曲面系数,??a2与二次曲面的离心率有关，?a4,?a6,?a8,?a10,?a12,?a14,?a16为非球面方程中多项式各高次项的系数；取入射太阳光束平行于XOY面并与Y轴成θ角，则入射光线行进方向上的单位向量为，其中，α1=?sinθ,?β1=?cosθ，γ1=0为在X，Y，Z轴上的分量，由入射光线和非球面方程求出它们的交点P(x,y,z)；（2）根据非球面方程求P点处的法矢量；?（3）对入射光线矢量、P点处的法矢量用反射定律的矢量形式进行运算操作，得到该点处反射光线矢量；（4）确定过坐标原点O处的反射光线上任一点P′(x′,?y′,?0)为太阳光束聚焦点，x′=?y′tanθ；（5）取不过O点的任一反射光线上的一点P?′′(x′,y′′,z′′)?P′′与P′之间的距离，其中；（6）将入射光束在XOZ平面内投影圆从Z轴开始平均分成38个扇形，在每个扇形的两条边缘半径上各均取n个点，n≥20，计算过这2n个点的入射光线与非球面交点上反射光线的R值的加权和：，i为光线序号，qi为权重；?（7）把作为粒子群算法中的适应度函数，把非球面参数C,?a2,?a4,?a6,?a8,?a10,?a12,?a14,?a16作为粒子群算法中的优化量，进行?最小值的优化操作，得到一组非球面参数C,?a2,?a4,?a6,?a8,?a10,?a12,?a14,?a16的值以及最大h值hmax，截取在扇形两条边缘半径上的入射光线之间的此非球面部分作为组合非球面的一部分，如此进行38次操作，得到38组非球面参数C,?a2,?a4,?a6,?a8,?a10,?a12,?a14,?a16以及38组hmax所对应的非球面截取部分；（8）把38组截取部分按截取位置组合起来就得到了组合非球面太阳能聚光镜镜面。575987dest_path_image001.jpg,815339dest_path_image002.jpg,175913dest_path_image003.jpg,563032dest_path_image004.jpg,870517dest_path_image005.jpg,761112dest_path_image006.jpg,495850dest_path_image005.jpg,104686dest_path_image007.jpg,215861dest_path_image008.jpg,226543dest_path_image009.jpg,194499dest_path_image010.jpg,228314dest_path_image011.jpg,939918dest_path_image012.jpg,742789dest_path_image012.jpg...
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：秦华，刘瑞金，葛硕硕，王勇，刘汉法，类成新，袁文峰，
申请(专利权)人：山东理工大学，
类型：发明
国别省市：
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