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菲涅尔透镜激光四象限定位系统光学设计刘壮;李英博;张浩钧;胡安【摘要】The laser four-quadrant location system has the advantage of small-size and high-precision. Aiming at the disadvantages of structure-complicated, large weight and high-cost of traditional laser four quadrant location optical system, the Fresnel lens is used to take the place of the ordinary lens. Based on the principle of laser four-quadrant location optical system, effect of spot illumination distribution on ratio between four-quadrant’s deviation signal and the azimu th angle is analyzed, conclusion that only the spot whose centre illumination is lower than edge illumination could meet the ideal liner relation is obtained. The design method of ideal laser four-quadrant location optical system is given, a four-quadrant location optical system which can testify the analysis result is designed using this method. The ratio between deviation signal and azimuth angle of simulation result could approach a constant value.%激光四象限定位光学系统具有体积小、精度高的优点。
文章编号:100525630(2006)0120034205菲涅耳透镜的通光分析及设计方法探讨Ξ陈 杰,李湘宁,叶宏伟(上海理工大学光电学院,上海200093) 摘要:研究了菲涅耳透镜成像质量差的原因,提出一种改进的方法,即改善轴外点的成像质量以增大菲涅耳透镜的视场。
分析了三种常用的设计菲涅耳透镜的方法,用光学设计软件Zem ax 模拟设计结果,对三种设计方法进行比较。
得出结论:像面为曲面时可校正场曲;基面和底面为曲面的菲涅耳透镜与平面型菲涅尔透镜相比彗差较小。
关键词:菲涅耳透镜;像差;设计;曲面中图分类号:O 43 文献标识码:AAna lyo is of Fresnel len s tran s m issiv ity and research of designCH EN J ie ,L I X iang 2n ing ,Y E H ong 2w ei(Co llege of Op tics and E lectronics ,U niversity of Shanghai fo r Science and T echno logy ,Shanghai 200093,Ch ina ) Abstract :T he flaw of F resnel len s w as analyzed ,and a m ethod w as b rough t up to b roaden the angle of F resnel len s and to i m p rove i m aging quality .T h ree m ethods of F resnel len s design w ere listed ,and there typ e of len s w ere si m u lated ,and the resu lts of si m u lati on s w ere com pared ,and the conclu si on is :cu rve detecto r can ligh ten field cu rvatu re .T he i m aging quality of cu rve F resnel len s is better than p lane one ,becau se com a aberrati on w as co rrected .Key words :F resnel len s ;aberrati on ;design ;cu rve1 引 言当前广泛使用的菲涅耳透镜普遍使用轴上点消球差的方法设计[1]。
线性菲涅尔式聚光镜场的跟踪控制系统研究线性菲涅尔式聚光镜场的跟踪控制系统研究摘要：菲涅尔透镜是一种特殊的透镜，它可以将平行光聚焦成点光源。
线性菲涅尔式聚光镜场利用多个菲涅尔透镜排列组合，能够实现对光线的准直和聚焦，从而提高光能利用效率。
然而，在现实应用过程中，受到环境因素和机械误差等的影响，需要设计一套有效的跟踪和控制系统，以实现对入射光的精准调节和反射。
一、引言线性菲涅尔式透镜是一种聚光器，广泛应用于太阳能光伏和光热领域。
然而，由于菲涅尔透镜场所在环境多变且外界光照强度波动较大，为了提高光能利用率和工作效率，需要对光线进行有效跟踪和控制。
二、系统设计1. 光线跟踪算法：基于环境光照的变化和感知，采取功能性算法，实时跟踪光线位置和角度，并结合较为精确的光线投射模型，实现对光线的准确跟踪。
2. 机械控制：使用步进电机和相关驱动装置，控制菲涅尔透镜的运动和调节，确保透镜与光源之间始终保持最佳聚焦位置。
3. 反馈系统：通过传感器和控制器的组合，采集透镜和光源位置信息，进行实时反馈，使系统能够自动调整和补偿误差。
三、关键技术1. 光线跟踪算法：根据光线的入射角度和透射特性，在光源方位发生变化时，通过计算出反射光线的方向，精确调整透镜位置。
2. 机械控制：通过步进电机实现透镜的旋转和移动，利用PWM信号控制步进电机的转速和方向，达到精准调控的目的。
3. 反馈系统：通过光电传感器和编码器等设备，实时监测透镜和光源位置的变化，并通过控制器反馈给执行器进行调整。
四、系统性能测试进行了一系列跟踪控制系统的实验测试：在不同光照强度和光源位置变化的条件下，评估系统的响应速度、误差补偿能力以及稳定性等指标。
测试结果表明，该跟踪控制系统能够实时有效地对光线进行跟踪和调节，稳定性良好且误差较小。
五、应用展望线性菲涅尔式聚光镜场的跟踪控制系统在太阳能光伏和光热等领域具有广泛应用前景。
在日光利用、空间光通信和光学测量等领域也具备潜在的应用价值。
线性菲涅尔聚光系统镜场的优化研究线性菲涅尔聚光系统是一种利用菲涅尔透镜的设计的聚光系统，具有广泛的应用。
本文将对线性菲涅尔聚光系统的镜场进行优化研究，以提高其光学性能和实用价值。
首先，我们从理论入手，对线性菲涅尔聚光系统的工作原理进行分析。
线性菲涅尔透镜是一种具有等厚环状构造的透镜，可将入射光线集中到一点上，实现聚光效果。
透镜的环状结构可以通过改变环的宽度和曲率半径来实现，因此，我们可以通过优化透镜的设计参数来提高聚光效果。
其次，针对线性菲涅尔聚光系统的镜场设计，我们提出了以下几个方面的优化方法。
首先，我们可以通过优化透镜的曲率半径来改善系统的光学性能。
曲率半径较小的透镜能够提供更大的聚光度，但也会带来更强的球状像差。
因此，我们需要在光学性能与实际应用需求之间进行权衡，选择合适的曲率半径。
其次，我们可以通过优化透镜的环宽来改善系统的聚光度。
透镜的环宽与聚光度成反比，即环宽越小，聚光度越大。
但是，环宽过小则会导致光的衍射效应增大，降低了聚光系统的光学性能。
因此，我们需要找到合适的环宽范围，以实现光学性能与实际应用需求的平衡。
此外，我们还可以通过镜场形状的优化来改善系统的聚光效果。
线性菲涅尔聚光系统的镜面形状可以通过调整透镜上的环形结构来实现。
在优化设计过程中，我们可以采用仿真软件模拟不同镜面形状对聚光效果的影响，从而找到最佳的镜场形状。
最后，我们可以通过材料选择来进一步优化线性菲涅尔聚光系统的性能。
透镜材料的折射率和透过波长范围都会对系统的聚光效果产生影响。
因此，我们可以选择合适的材料，以实现最佳的聚光效果。
综上所述，通过对线性菲涅尔聚光系统镜场的优化研究，我们可以提高系统的光学性能和实用价值。
优化透镜的曲率半径、环宽和材料选择，以及优化镜场形状，都可以有效改善系统的聚光效果。
这将有助于线性菲涅尔聚光系统在太阳能发电、激光加工和光通信等领域的应用。
未来的研究还可以进一步探索如何在实际制造过程中实现优化设计的透镜参数和镜场形状，以便将其应用于工业生产中通过优化线性菲涅尔聚光系统的镜场形状、透镜的曲率半径、环宽和材料选择，可以有效改善系统的聚光效果。
线性菲涅尔聚光控制系统设计Design of Linear Fresnel Spotlight Control System纪"(北京京仪仪器仪表研究总院有限公司，北京100098)[摘要]设计了针对线性菲涅尔聚光集热单元的控制系统，自动接收+P S信号计算太阳位置及太阳倾角，采用太阳视日运动轨迹跟踪方法，比较当前倾角与理论倾角的偏差，结合极限角 度，驱动反射镜自动追踪太阳位置。
设计了性能可靠的电机驱动电路和抗干扰能力强且符合E S D防护的RS485及RS232通信电路。
经验证，控制系统具有稳定、高效、精确的优点，有助于提升线性菲涅尔系统的集热效率。
[关键词]线性菲涅尔太阳能；太阳位置；自动跟踪[中图分类号]TK519 [文献标识码]A引言太阳能集热系统主要有槽式线聚焦系统、塔式系统和碟式抛物面聚焦系统三种基本类型，线性菲涅尔集热系统结合了采用抛物面反射镜的槽式系统和采用平面反射镜的塔式系统两者特点，扩大太阳光接收面积的同时降低了结构成本。
线性菲涅尔聚焦集热系统是通过多组平面镜面将太阳光汇聚在位于管状集热器上方的CPC(复合抛物型反射器），经C P C二次反射至管状集热器。
集热管内的流体被加热后，通过换热器加热水产生蒸汽，经换热器直接用于中低热。
234[2]吴超英.基于CPLD/F P G A技术的数字系统的设计[J].安徽工业大学学报，2003, 20(1): 69-73.[3]夏新民.电力电缆头制作与故障寻测[M].北京：化学工业出版社，2008: 161-171.[4]梁庄成.脉冲反射法导线测长回波信号处理方法的研1控制系统总体构成=系统主 、器。
作 集热 ，接收上级节点热交换控制单元或中控上位机的指令，实现驱动单元对日自动跟踪，以及调试、启停、+P S信息及状态查询等功能。
主 于采集 器 数，动跟踪执行机构对太阳位置进行追踪，同时与上 位机进行通信。
控制系统所使用的传感器包括倾角传感器、霍尔传感器、+P S天线以及极限位置开关，跟踪执行机构为直流电机。
线性菲涅尔聚光系统一次镜场的优化研究线性菲涅尔聚光系统一次镜场的优化研究摘要：随着太阳能光伏技术的快速发展，聚光系统逐渐成为提高太阳能光伏发电效率的关键。
线性菲涅尔聚光系统是一种常见的聚光系统类型，其光学元件——菲涅尔透镜能够将光线聚焦到光伏电池上。
然而，由于透镜制造的误差等原因，线性菲涅尔聚光系统在实际应用中存在一些问题，如光线聚焦不均匀、聚光效率低等。
本研究旨在通过优化线性菲涅尔聚光系统的一次镜场，提高聚光系统的整体性能。
第一章引言1.1 研究背景太阳能作为一种绿色、可再生的能源，受到了越来越多的重视。
光伏发电作为太阳能的主要利用方式之一，具有广阔的应用前景。
然而，传统的光伏发电技术存在能量转化效率低、成本高等问题。
聚光系统是一种有效的解决方案，通过将光线聚焦到光伏电池上，可以提高电池的接收光线能力，从而提高发电效率。
1.2 研究目的本研究旨在优化线性菲涅尔聚光系统的一次镜场，以提高系统的整体性能。
具体目标如下：（1）研究线性菲涅尔透镜的光学特性，分析其对光线的聚焦效果；（2）建立线性菲涅尔聚光系统的光学模型，分析系统的聚光效率；（3）优化一次镜场，改善系统的聚光效果；（4）基于优化结果，设计并制造新型一次镜场。
第二章理论基础2.1 线性菲涅尔透镜原理线性菲涅尔透镜是一种由许多个小菲涅尔透镜组成的大透镜，其主要原理是通过透镜的表面微结构来将光线进行折射从而实现光线的聚焦。
透镜的数学模型可以描述为菲涅尔透镜方程：Nλ/2 = nx^2 + ny^2其中N是透镜的表面结构数，λ是入射光波长，nx和ny是x和y方向的光线角度。
2.2 聚光系统模型聚光系统的光学模型可以简化为一次镜场和二次镜场两个过程。
一次镜场主要是将太阳光线聚焦到一个尺寸较小的区域，通过透镜的C值（聚光系数）来描述聚光效果。
C值越高，聚光效果越好。
第三章优化方法3.1 设计变量的选择优化一次镜场需要选择合适的设计变量。
常见的设计变量包括透镜的表面凸度、透镜材料的折射率等。
线性菲涅尔集热器镜场设计理论与光学分析宋景慧;马继帅;代彦军【摘要】文章介绍了线性菲涅尔反射镜场的设计方法与数学模型,分析了镜场模型的光学特性和镜场的各项光学损失,并计算了集热器的光学效率.在镜场反射镜数目一定的情况下,研究了光学效率随吸收器高度、镜面间隔与镜面宽度变化的规律.研究结果表明:吸收器高度对镜场的余弦损失、阴影遮挡损失影响较大,吸收器高度增加,集热器光学效率随之增加;镜面间隔变化对镜场余弦损失影响很小,对阴影与遮挡损失的影响很大,镜面间隔增大,阴影与遮挡损失迅速减小;镜面宽度对镜场余弦损失影响很小,太阳入射倾角较小时,镜面宽度对阴影与遮挡损失影响较大,镜面宽度增大这种损失迅速增大.【期刊名称】《可再生能源》【年(卷),期】2016(034)001【总页数】8页(P1-8)【关键词】菲涅尔集热器;镜场设计;光学损失;光学效率【作者】宋景慧;马继帅;代彦军【作者单位】广东电网有限责任公司电力科学研究院,广东广州510080;上海交通大学制冷与低温工程研究所,上海200240;上海交通大学制冷与低温工程研究所,上海200240【正文语种】中文【中图分类】TK519太阳能作为清洁可再生能源，在社会生产与生活中的应用日益广泛。
在太阳能中高温热利用领域，聚焦型集热器扮演着至关重要的角色。
线性菲涅尔反射式集热器可利用一系列离散的反射镜面将入射光线反射到固定的腔体吸收器，吸收器吸热管内的流动工质吸收聚焦后的太阳辐射能量，温度可达到100～300℃[1]。
加热后的工质直接在吸收器内直接生成蒸气，或者进入换热设备进行热交换。
线性菲涅尔集热器的反射镜镜场,又称反射器（Linear Fresnel Reflector，LFR），可以看做是离散化的抛物槽式反射镜面，镜面一般为平面镜，生产加工容易，且价格低廉。
同时，镜场贴近地面，风载小，抗风能力强。
镜面采用单轴跟踪，结构简单；吸收器位置固定，便于管路连接及运行维护[2]。
线性菲涅尔式太阳能聚光系统的优化设计及性能研究线性菲涅尔式太阳能聚光系统的优化设计及性能研究摘要：随着能源紧缺问题的愈发突出，太阳能作为一种清洁可再生的能源源源不断地成为研究的焦点。
本文以线性菲涅尔式太阳能聚光系统为研究对象，通过对系统结构和光学性能的优化设计，探究了其在太阳能利用中的应用潜力和提升空间。
通过模拟与实验，结果表明，优化设计后的线性菲涅尔式太阳能聚光系统具有较高的光学效率和集光能力，可有效提高太阳能利用效率，为实际应用提供了一定的参考价值。
一、引言太阳能作为一种清洁可再生的能源，具有广阔的应用前景。
然而，由于太阳能光照强度低，需要进行集光才能够达到高效利用的目的。
而菲涅尔透镜作为一种常用的太阳能聚光材料，能够将太阳的光线聚焦到一点或一线上，从而提高太阳能利用效率。
线性菲涅尔式太阳能聚光系统是目前较常用的一种聚光系统，其具有结构简单、成本低廉等优点，对于太阳能发电和热能利用有着重要的意义。
二、线性菲涅尔式太阳能聚光系统的结构与工作原理线性菲涅尔式太阳能聚光系统由透镜、反光镜、支架和光电转换器等部分组成。
透镜的主要作用是将太阳光线迅速折射、聚焦，通过反光镜将光线集中到光电转换器上，从而将太阳能转化为电能或热能。
三、优化设计方法1. 透镜曲面的优化设计透镜的曲面设计是线性菲涅尔式太阳能聚光系统中的关键部分。
通过数值模拟分析和光线追踪方法，可以确定透镜曲面的形状和参数，以期获得较高的光学效率和集光能力。
2. 反光镜的优化设计在线性菲涅尔式太阳能聚光系统中，反光镜起到了反射和聚光作用。
通过对反光镜形状的优化设计和金属涂层的选择，可以提高反射效率和光束质量，从而提高整个系统的性能。
3. 光电转换器的选择和设计光电转换器是将集光后的太阳能转化为电能或热能的关键元件。
根据具体需求，合理选择光电转换器的类型和参数，能够有效提高系统的能量转换效率。
四、性能研究与分析通过对优化设计后的线性菲涅尔式太阳能聚光系统的性能测试和分析，可以得出以下结论：1. 线性菲涅尔式太阳能聚光系统具有较高的光学效率和集光能力，集光效果明显优于非聚光系统。
