[发明专利]一种确定菲涅耳定日镜各圈子镜倾角的方法

摘要

本发明公开了一种确定菲涅耳定日镜各圈子镜倾角的方法，包括如下步骤：(1)设置菲涅耳定日镜所有子镜共面，给定一个不为零的太阳光入射角，选择菲涅耳定日镜的某一圈子镜，该圈子镜在吸热面上的光斑是一个较大的空心椭圆；(2)通过同步倾角调整机构使该圈子镜逐渐内倾，使光斑逐渐缩小，直至光斑汇聚成一个具有最小短轴的狭长椭圆，短轴方向上的反射光汇聚到极致；(3)继续使子镜向内倾斜，长轴方向上的反射光继续汇聚，短轴方向上的光开始发散，椭圆开始向圆转变，直至最后长短轴尺寸相同，该圈子镜的倾角设定完成；(4)依次设定各圈子镜倾角，形成最小聚光光斑。本发明极大降低了定日镜的制造成本；可以很好的实现聚光的功能。

主权项

1.一种确定菲涅耳定日镜各圈子镜倾角的方法，其特征在于，包括如下步骤：(1)设置菲涅耳定日镜所有子镜共面，给定一个不为零的太阳光入射角，选择菲涅耳定日镜的某一圈子镜，该圈子镜在吸热塔的吸热面上的光斑是一个较大的空心椭圆；(2)通过同步倾角调整机构使该圈子镜逐渐内倾，使光斑逐渐缩小，直至光斑汇聚成一个具有最小短轴的狭长椭圆，短轴方向上的反射光汇聚到极致；(3)继续使子镜向内倾斜，长轴方向上的反射光继续汇聚，短轴方向上的光开始发散，椭圆开始向圆转变，直至最后长短轴尺寸相同，该圈子镜的倾角设定完成；取同圈多面子镜分别求出其转动中心反射光与吸热面的交点，当所有交点距离圆心的距离相等时，则该圈子镜的反射光斑是圆形，光斑达到最小；(4)依次设定各圈子镜倾角，形成定日镜、太阳和吸热塔在相对位置条件下的最小聚光光斑；将该圈子镜无穷细分，使之沿定日镜半径方向上的尺寸不变，但周长方向上无线窄，该圈子镜被分割成无穷多个扇形微元；在该圈微元组成的镜组中取5面子镜，此5面子镜中心点连线为正五边形，若5面子镜中心点对应的吸热面上的反射点距离吸热面中心点距离相等，则该圈子镜的最优聚光倾角设置完成；设置一圈子镜倾角的具体步骤为：入射光线方向单位向量为某台菲涅耳定日镜中心为O₂(x₂,y₂,z₂)，其法线方向向量为反射光线方向单位向量为与塔上吸热面的交点为O₁(x₁,y₁,z₁)，吸热面向Y轴倾斜，与Z轴正方向夹角φ，该定日镜某圈子镜，某一面的转动中心为A_w，向内转动了角度β，子镜中心的反射光与吸热面交于A′_w(m_w,p_w,q_w)；设A_wO₂＝r，可先在圆心为O₂、半径为r的圆上任取一个子镜微元的中心点为A₁，其他几面子镜中心点可根据与O₂A₁的角度关系来确定；可由方程组(1)解得然后由方程组(2)解得w＝2,3,4,5：设变角度后，子镜法线方向单位向量此法线与初始状态法线夹角为β，并与夹角为其中于是可由方程组(3)解得5面子镜的反射光线单位方向向量根据入射角等于反射角，和可得方程组(4)并解得A′_w(m_w,p_w,q_w)：从β＝0开始，选择合适的步长Δβ，分别对w＝1,2,3,4,5时进行计算，比较max(O1A′w)和min(O1A′w)的差值是否在设定精度范围内，即可确定该圈子镜聚光光斑达到最小的β值。