提出一種基于CCD相機(jī)和雙朗伯靶的能流均勻性測(cè)量系統(tǒng)和方法。系統(tǒng)有兩塊朗伯靶,其中一塊是固定的水冷朗伯靶,靶中心開(kāi)孔處裝有一個(gè)用來(lái)獲得區(qū)域灰度值的熱流探測(cè)器,另一塊是可移動(dòng)朗伯靶,用于拍攝沒(méi)有探測(cè)器的光斑圖像。所提方法可以直接獲得探測(cè)器區(qū)域的像素灰度值,使得測(cè)量過(guò)程簡(jiǎn)單精確。詳細(xì)闡述了測(cè)量原理和聚焦光斑灰度圖像能流密度分布提取的整個(gè)過(guò)程,并搭建了平臺(tái),測(cè)量了多塊小型定日鏡的光斑能流分布,驗(yàn)證了所提方法的正確性和可行性。通過(guò)重復(fù)性實(shí)驗(yàn)和誤差分析,結(jié)果表明,所提方法檢測(cè)的峰值能流密度誤差小于2.4%,所提方法可用于線性菲涅耳聚光系統(tǒng)二次聚光器開(kāi)口平面處吸熱管表面的能流分布檢測(cè)。 

【文章來(lái)源】：激光與光電子學(xué)進(jìn)展. 2020,57(19)北大核心CSCD

【文章頁(yè)數(shù)】：7 頁(yè)

【部分圖文】：

LFR系統(tǒng)集熱管表面光斑能流分布測(cè)量裝置

圖2為基本測(cè)量原理圖，其中r為接收靶到相機(jī)的距離，ε為像元i相對(duì)于相機(jī)入瞳的張角。太陽(yáng)光經(jīng)鏡場(chǎng)中一次反射鏡反射后聚焦在朗伯靶上，用CCD相機(jī)拍攝靶面上的光斑圖像，其中AR是相機(jī)光圈的面積。對(duì)于CCD相機(jī)像素面上的任意一個(gè)像元i，假設(shè)該像元與接收靶上的小面積元AR,i（單位為m2）對(duì)應(yīng)，小面積元AR,i從鏡場(chǎng)反射鏡上接收到的輻照度為ER,i（單位為W/m2）。因此只要將像元i記錄的像素灰度值PCCD,i變換成接收靶上小面積元AR,i所處位置從鏡場(chǎng)接收到的輻照度ER,i，就可以得到接收靶上的能流。由于接收靶表面具有漫反射屬性，而且相機(jī)響應(yīng)和光斑亮度呈線性關(guān)系，因此各個(gè)方向的靶面亮度與反射到朗伯靶表面的能流密度是呈比例的。假設(shè)對(duì)應(yīng)的CCD相機(jī)中熱流傳感器的像素?cái)?shù)是N，則比例因子k可以表示為

在測(cè)試之前，首先對(duì)朗伯靶表面的反射特性和CCD相機(jī)鏡頭進(jìn)行嚴(yán)格標(biāo)定，使得在整個(gè)系統(tǒng)的測(cè)量過(guò)程中靶面均勻性保持一致。通過(guò)對(duì)朗伯靶表面各個(gè)位置區(qū)域的光斑亮度進(jìn)行多次標(biāo)定測(cè)量，保證CCD相機(jī)在遠(yuǎn)場(chǎng)測(cè)量時(shí)所拍攝到的靶面各個(gè)區(qū)域位置的光斑亮度是均勻分布的。同時(shí)也為了保證光斑灰度值的線性響應(yīng)，測(cè)量了單個(gè)定日鏡和多個(gè)定日鏡分別作業(yè)時(shí)的光斑灰度值，確定了測(cè)量時(shí)灰度值的線性響應(yīng)。標(biāo)定測(cè)試如圖5所示，測(cè)試標(biāo)定結(jié)果如表1所示。在不同的時(shí)間段（不同的季節(jié)、每天不同的時(shí)間段），光的響應(yīng)強(qiáng)度是不同的。為了使CCD像元信號(hào)強(qiáng)度在任意時(shí)間段保持線性響應(yīng)，測(cè)量時(shí)在CCD鏡頭前再放置一塊衰減片（減光片）以保證在不同時(shí)間段強(qiáng)光下的CCD像元信號(hào)響應(yīng)在光譜響應(yīng)特性范圍內(nèi)是線性的，從而不會(huì)影響到測(cè)量的結(jié)果。在實(shí)驗(yàn)中，一塊普通透鏡的透光率為92%，隨后在透鏡上加入衰減片，透光率從加入1塊衰減片的17%變到2塊衰減片的6%。測(cè)試的衰減片透光率如圖6所示，可以看出，衰減片光學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，呈線性變化，能夠很好地保證CCD像元信號(hào)的線性響應(yīng)。

【參考文獻(xiàn)】：
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