一種用于近太陽空間熱防護材料的測試系統的制作方法
【專利摘要】本發明公開了一種用于近太陽空間熱防護材料的測試系統，所述測試系統包括高溫熱輻射源和環境模擬器；其中，所述高溫熱輻射源由若干組獨立的聚光氙燈光源組成，并通過菲涅耳透鏡實現能量匯聚所述聚光氙燈光源均被安裝至旋轉臺上，可隨所述旋轉臺移動、旋轉；所述環境模擬器包括熱真空模擬容器、真空保障系統、低溫保障系統、控制監測系統和輔助配套系統，所述環境模擬器用于模擬真空空間的冷熱環境，并能對空間的真空度及溫度進行有效的控制、監測和記錄。本申請的測試系統實現了在地面環境下對太陽探測器的材料進行在軌模擬測試。
【專利說明】一種用于近太陽空間熱防護材料的測試系統
[0001]
技術領域
[0002]本發明涉及一種用于近太陽空間熱防護材料的測試系統。
[0003]
【背景技術】
[0004]太陽探測器在接近太陽時，每平方米需要承受超過百萬瓦的熱輻射，對材料的耐高溫要求很高。為了在地面環境下對材料進行測試，需要建立相應的測試系統。
[0005]
【發明內容】
[0006]針對現有技術中存在的問題，本發明的目的在于提供一種用于近太陽空間熱防護材料的測試系統，該測試系統實現了在地面環境下對太陽探測器的材料進行在軌模擬測試。
[0007]為實現上述目的，本發明采用以下技術方案:
一種用于近太陽空間熱防護材料的測試系統，所述測試系統包括高溫熱輻射源和環境模擬器;其中，所述高溫熱輻射源由若干組獨立的聚光氙燈光源組成，所述聚光氙燈光源均被安裝至旋轉臺上，可隨所述旋轉臺移動、旋轉;所述環境模擬器包括熱真空模擬容器、真空保障系統、低溫保障系統、控制監測系統和輔助配套系統，所述環境模擬器用于模擬真空空間的冷熱環境，并能對空間的真空度及溫度進行有效的控制、監測和記錄。
[0008]進一步，所述聚光氙燈光源裝有拋物面聚光鏡，所述拋物面聚光鏡的焦距為59.68mmο
[0009]進一步，所述聚光氙燈光源中氙燈的功率是3.3KW。
[0010]進一步，所述高溫熱輻射源由五組獨立的聚光氙燈光源組成;所述聚光氙燈光源安裝在所述旋轉臺的安裝位置及角度可調，五組聚光氙燈光源可以匯聚到同一光斑內。
[0011]進一步，所述聚光氙燈光源的光源為超高氣壓球形長弧氙燈，所述超高氣壓球形長弧氙燈的光譜為從紫外、可見到紅外的連續光譜。
[0012]進一步，所述聚光氙燈光源的前端設置有菲涅耳透鏡;所述聚光氙燈光源的后端設置有風機。
[0013]進一步，所述真空保障系統內采用一臺分子栗為主栗，機械栗做前級和預抽栗；用于保證所述熱真空模擬容器內的真空度;所述低溫保障系統內設置有若干個液氮罐，通過液氮制冷以獲得低溫環境。
[0014]進一步，所述控制監測系統采用工控機和PLC聯合控制。
[0015]進一步，所述熱真空模擬容器的一側設置有通光口徑為Φ350πιπι，厚度為20mm的玻璃窗，所述玻璃窗的材料為石英玻璃。
[0016]進一步，所述輔助配套系統內設置有冷卻循環水機和冷風機;其中，所述冷卻循環水機用于為所述真空保障系統內的分子栗進行冷卻，所述冷風機用于冷卻所述熱真空模擬容器的玻璃窗。
[0017]本申請具有以下有益技術效果:
本申請的測試系統實現了在地面環境下對太陽探測器的材料進行在軌模擬測試。
[0018]
【附圖說明】
[0019]圖1為本發明的聚光氙燈光源的結構示意圖；
圖2為聚光氙燈光源與旋轉臺的連接結構示意圖；
圖3為本發明的環境模擬器的結構框圖。
[0020]
【具體實施方式】
[0021]下面，參考附圖，對本發明進行更全面的說明，附圖中示出了本發明的示例性實施例。然而，本發明可以體現為多種不同形式，并不應理解為局限于這里敘述的示例性實施例。而是，提供這些實施例，從而使本發明全面和完整，并將本發明的范圍完全地傳達給本領域的普通技術人員。
[0022]如圖1-3所述，本申請提供了一種用于近太陽空間熱防護材料的測試系統，所述測試系統包括高溫熱輻射源和環境模擬器;其中，所述高溫熱輻射源由若干組獨立的聚光氙燈光源I組成，所述聚光氣燈光源I均被安裝至旋轉臺5上，在旋轉臺5的下端安裝有若干個萬向輪6，所以，聚光氙燈光源I可隨旋轉臺5移動、旋轉;所述環境模擬器包括熱真空模擬容器7、真空保障系統8、低溫保障系統9、控制監測系統10和輔助配套系統11，所述環境模擬器用于模擬真空空間的冷熱環境，并能對空間的真空度及溫度進行有效的控制、監測和記錄。
[0023]本申請的聚光氙燈光源I裝有拋物面聚光鏡2，所述拋物面聚光鏡2的焦距為59.68mm。聚光氙燈光源I中氙燈的功率是3.3KW。高溫熱輻射源由五組獨立的聚光氙燈光源I組成;所述聚光氙燈光源I安裝在所述旋轉臺上5的安裝位置及角度可調，五組聚光氙燈光源I可以匯聚到同一光斑內。光斑大小可以通過距離調整，光斑功率隨之改變;五組氙燈匯聚最小直徑光斑為Φ 50?Φ 60mm，理想情況下最小光斑處的福射功率密度可達5.8?
8.4Mff/m2，效率約為50%，則實際輻射功率密度可達3?4Mff/m2，且可以通過光斑大小進行調節，能夠滿足距離太陽4Rs處輻射熱流量約4MW/m2的需要，可以達到2200?3000Sun的輻射熱流量，實際光斑總功率約為8kW。
[0024]優選地，本申請的聚光氙燈光源I的光源3選用超高氣壓球形長弧氙燈做光源。其特點是發光體尺寸小，呈點狀，亮度高，容易被光學系統處理成便于使用的平行光源。氙燈的光譜是從紫外、可見到紅外的連續光譜，在可見區與太陽光譜極其相似，并且輻射光強度可調。拋物面聚光鏡2采用高反射率反光板(反射率大于90%)，成光學弧型角度，可將點光源反射成近似平行光發出。
[0025]聚光氙燈光源I的前端設置有菲涅耳透鏡4，通過菲涅耳透鏡4進一步聚集能量;所述聚光氙燈光源I的后端設置有風機(圖中未示出)。
[0026]真空保障系統8內采用一臺分子栗12為主栗，機械栗13做前級和預抽栗；用于保證所述熱真空模擬容器7內的真空度;所述低溫保障系統9內設置有若干個液氮罐，通過液氮制冷以獲得低溫環境。通過液氮在環境模擬器內部的銅質殼體中的流動，獲得接近100K的低溫。[〇〇27]控制監測系統10采用工控機和PLC聯合控制。工控機顯示界面清晰易懂，PLC控制準確可靠，故障診斷簡單。另外還可以根據用戶的工藝要求，制作不同的溫度曲線配方，存儲在工控機中，在試驗中供選擇調用。[〇〇28] 熱真空模擬容器7的一側設置有通光口徑為? 350mm，厚度為20mm的玻璃窗14,所述玻璃窗14的材料為石英玻璃。本申請選用的石英玻璃透光率高于90%，極限耐溫可達1200r。
[0029]輔助配套系統11內設置有冷卻循環水機15和冷風機16;其中，所述冷卻循環水機 15用于為所述真空保障系統8內的分子栗12進行冷卻，所述冷風機16用于冷卻所述熱真空模擬容器7的玻璃窗14。
[0030]致謝:感謝本發明專利工作中參與討論與設計的全部人員，以及相關國家自然科學基金項目(11273036、11303007)的支持。
[0031]上面所述只是為了說明本發明，應該理解為本發明并不局限于以上實施例，符合本發明思想的各種變通形式均在本發明的保護范圍之內。
【主權項】
1.一種用于近太陽空間熱防護材料的測試系統，其特征在于，所述測試系統包括高溫 熱輻射源和環境模擬器;其中，所述高溫熱輻射源由若干組獨立的聚光氙燈光源組成，所述 聚光氙燈光源均被安裝至旋轉臺上，可隨所述旋轉臺移動、旋轉;所述環境模擬器包括熱真 空模擬容器、真空保障系統、低溫保障系統、控制監測系統和輔助配套系統，所述環境模擬 器用于模擬真空空間的冷熱環境，并能對空間的真空度及溫度進行有效的控制、監測和記 錄。2.根據權利要求1所述的用于近太陽空間熱防護材料的測試系統，其特征在于，所述 聚光氙燈光源裝有拋物面聚光鏡，所述拋物面聚光鏡的焦距為59.68mm。3.根據權利要求1所述的用于近太陽空間熱防護材料的測試系統，其特征在于，所述 聚光氙燈光源中氙燈的功率是3.3KW。4.根據權利要求1所述的用于近太陽空間熱防護材料的測試系統，其特征在于，所述高 溫熱輻射源由五組獨立的聚光氙燈光源組成;所述聚光氙燈光源安裝在所述旋轉臺的安裝 位置及角度可調，五組聚光氙燈光源可以匯聚到同一光斑內。5.根據權利要求1所述的用于近太陽空間熱防護材料的測試系統，其特征在于，所述 聚光氙燈光源的光源為超高氣壓球形長弧氙燈，所述超高氣壓球形長弧氙燈的光譜為從紫 夕卜、可見到紅外的連續光譜。6.根據權利要求1所述的用于近太陽空間熱防護材料的測試系統，其特征在于，所述 聚光氙燈光源的前端設置有菲涅耳透鏡;所述聚光氙燈光源的后端設置有風機。7.根據權利要求1所述的用于近太陽空間熱防護材料的測試系統，其特征在于，所述 真空保障系統內采用一臺分子栗為主栗，機械栗做前級和預抽栗；用于保證所述熱真空模 擬容器內的真空度;所述低溫保障系統內設置有若干個液氮罐，通過液氮制冷以獲得低溫 環境。8.根據權利要求1所述的用于近太陽空間熱防護材料的測試系統，其特征在于，所述 控制監測系統采用工控機和PLC聯合控制。9.根據權利要求1所述的用于近太陽空間熱防護材料的測試系統，其特征在于，所述 熱真空模擬容器的一側設置有通光口徑為? 350_，厚度為20_的玻璃窗，所述玻璃窗的材 料為石英玻璃。10.根據權利要求1所述的用于近太陽空間熱防護材料的測試系統，其特征在于，所 述輔助配套系統內設置有冷卻循環水機和冷風機;其中，所述冷卻循環水機用于為所述真 空保障系統內的分子栗進行冷卻，所述冷風機用于冷卻所述熱真空模擬容器的玻璃窗。
【文檔編號】G01N17/00GK106018249SQ201610338708
【公開日】2016年10月12日
【申請日】2016年5月20日
【發明人】吳明長, 周彤, 邵英, 高貴斌, 陳志遠, 古學東, 朱明 , 趙清, 李蓉, 薛建興, 孫曉
【申請人】中國科學院國家天文臺