一种碟式太阳能聚光镜
阅读说明：本技术 一种碟式太阳能聚光镜 (Disc type solar condenser ) 是由 于献榕 于 2020-04-22 设计创作，主要内容包括：本发明涉及一种碟式太阳能聚光镜。该碟式太阳能聚光镜由一次反光镜和二次反光镜组成；一次反光镜上安装了若干个由平面镜切割而成的小镜片,可将入射光线反射到二次反光镜上；二次反光镜由整块平面镜切割而成,可将一次反光镜反射过来的入射光线再次反射到指定区域内。本发明的制造材料主要是塑料和平面镜,制造成本远低于传统的抛物面反光镜,适用于不需要高精度点聚焦、只需将阳光大致地聚集到指定区域内即可的应用场景。(The invention relates to a disc type solar condenser. The disc type solar condenser consists of a primary reflector and a secondary reflector; a plurality of small lenses cut by plane mirrors are arranged on the primary reflector, and incident light can be reflected to the secondary reflector; the secondary reflector is formed by cutting a whole plane mirror, and can reflect incident light reflected by the primary reflector to a designated area again. The manufacturing materials of the invention are mainly plastic and plane mirrors, the manufacturing cost is far lower than that of the traditional parabolic reflector, and the invention is suitable for application scenes which do not need high-precision point focusing and only need to approximately gather sunlight into a designated area.)
技术领域
本发明涉及太阳能聚光技术领域，尤其是涉及一种碟式太阳能聚光镜。
背景技术
目前，碟式太阳能聚光镜主要应用在碟式光热发电技术中。碟式光热发电技术的基本原理，就是将阳光聚焦起来作为热源，直接驱动斯特林发动机做功发电。为了保证斯特林发动机的热效率，热源的温度必须达到上千度，这对碟式太阳能聚光镜的聚光精度提出了很高的要求；为了达到这么高的聚光要求，现在的碟式太阳能聚光镜都采用了加工精度很高的抛物面反光镜。
如果应用场景并不需要那么高的点聚焦精度和加热温度，而是将阳光大致地聚集到指定区域内就行了(比如专利号2018102799515的发明专利《分布式太阳能蓄热装置》)，那么现有的碟式太阳能聚光镜在经济上就不可行了，因为它有两个主要的缺点：(1)高精度的抛物面反光镜，制造成本很高，最终导致整套系统的成本难以下降，这也是碟式光热发电技术迟迟得不到大规模商用的原因之一；(2)斯特林发动机一般安装在抛物面反光镜的焦点处，相对于太阳跟踪机构的支撑点的力矩很大，导致太阳跟踪机构的功率和能耗都很大，增加了制造成本、降低了经济效益。
发明内容
针对现有技术存在的上述问题，本发明提供了一种结构简洁、造价低廉的碟式太阳能聚光镜，适用于无需高精度点聚焦、只需将阳光大致地聚集到指定区域内即可的应用场景。
本发明的技术方案如下：
一种碟式太阳能聚光镜，包括一次反光镜1和二次反光镜2；
所述一次反光镜1由若干个一次反光镜组件3拼接而成，为一个朝向入射光线的向阳面；所述一次反光镜组件3包括小镜片5和小镜片支撑件4；所述小镜片5为平面镜，安装在小镜片支撑件4的向阳面上，形成一次反光镜1的反射面，所述一次反光镜1的反射面可将入射光线12反射到二次反光镜2上；
所述二次反光镜2的反射面与一次反光镜1的反射面相对，所述二次反光镜2的反射面可将一次反光镜1反射过来的入射光线12反射到称为集光区域7的指定区域内；
所述二次反光镜2的边缘轮廓所在的平面是二次镜基准面6；二次镜基准面6平行于所述一次反光镜1的边缘轮廓所在的平面；
所述一次反光镜1的边缘轮廓与所述二次反光镜2的边缘轮廓形状相似；将一次反光镜1的边缘轮廓的形心与二次反光镜2的边缘轮廓的形心连接起来，得到的直线是中心连线8；中心连线8垂直于二次镜基准面6。
优选的，所述一次反光镜1与所述二次反光镜2的边缘轮廓为圆形或多边形。
优选的，所述一次反光镜1是一个空心的环形结构，该环形结构的边缘是外环14和内环15；外环14与内环15之间铺设小镜片5；内环15的内部放置蓄热容器17；所述内环15所在的平面是一次镜基准面16；一次镜基准面16平行于二次镜基准面6。
优选的，所述集光区域7是蓄热容器17的保温玻璃窗25上最接近二次反光镜2的表面；如果入射光线12能够被一次反光镜1和二次反光镜2反射到集光区域7，就必定能进入蓄热容器17的内部。
优选的，所述二次反光镜2为平面镜、球形凸面镜或球形凹面镜。
优选的，所述小镜片支撑件4的剖面包括若干个剖面线段11；所述剖面线段11之间依次首尾连接，形成一个连续的折线；所述剖面线段11的中点与所述中心连线8的距离越大，该剖面线段11的斜率就越大；所述剖面线段11的长度和斜率的取值能保证入射光线12被所述一次反光镜1和所述二次反光镜2反射到集光区域7内，并且不会被蓄热容器17的外壳挡住。
优选的，确定剖面线段11的方法包括以下步骤：
Step1，根据实际应用场景和客户的需求，选定聚光镜的设计参数：
F：一次反光镜1的半径F；
R：当二次反光镜2为球面镜时，二次反光镜2的球面半径；
H：一次镜基准面16与二次镜基准面6之间的距离；
h：集光区域7与一次镜基准面16之间的距离；
D：二次反光镜2的边缘轮廓的半径；
d：集光区域7的边缘轮廓的半径；
Step 2，在XY平面图上作蓄热容器17的外壳的剖面轮廓线34；
Step 3，在XY平面图上作一条线段Ld33代表集光区域7；线段Ld33的函数为：y＝h,x∈(D-d,D+d)，中点坐标为：(D,h)；
Step 4，在XY平面图上作一条线段LD35代表二次反光镜2的剖面轮廓在X轴方向上的投影；线段LD35的函数为：y＝H,x∈(0,2D)，中点坐标为：(D,H)；
Step 5，过线段LD35的两个端点作二次反光镜的剖面轮廓线的曲线函数SD；
如果二次反光镜是平面镜，曲线函数SD50为：y＝H,x∈(0,2D)；
如果二次反光镜是球形凸面镜，曲线函数SD51为： x∈(0,2D)；
如果二次反光镜是球形凹面镜，曲线函数SD52为： x∈(0,2D)；
Step 6，过线段Ld33与线段LD35的中点作中心连线8；中心连线8的函数为：x＝D；
Step 7，选取点(x1,y1)37，取值范围是：x1≥2D，y1＝0；过点(x1,y1)37作一条斜率为k1、长度为l1的线段L136，该线段代表小镜片5的剖面；线段L136的函数为：y＝k1(x-x1)+y1,x∈(x1,x1+l1 cos(tan-1(k1)))；
Step 8，过线段L136的起点(x1,y1)37作入射光线P038；入射光线P038的函数为：x＝x1；
Step 9，过线段L136的终点作入射光线T039；入射光线T039的函数为：x＝x1+l1cos(tan-1(k1))；
Step 10，将线段L136视为平面反光镜的剖面，按照光学反射定律计算出入射光线P038的一次反射光线P140；一次反射光线P140的斜率为：kP1＝tan(π/2+2tan-1(k1))，函数为：y＝tan(π/2+2tan-1(k1))(x-x1)+y1,x∈(-∞,x1)；
Step 11，将线段L136视为平面反光镜的剖面，按照光学反射定律计算出入射光线T039的一次反射光线T141；一次反射光线T141的斜率为：kT1＝tan(π/2+2tan-1(k1))，函数为：y＝tan(π/2+2tan-1(k1))(x-x1-l1cos(tan-1k1))+k1l1cos(tan-1(k1))++y1,x∈(-∞,x1+cos(tan-1k1))；
Step 12，计算一次反射光线P140与剖面曲线SD的交点(x2,y2)42；
Step 13，计算一次反射光线T141与剖面曲线SD的交点(x3,y3)43；
Step 14，过点(x2,y2)42作出一次反射光线P140在剖面曲线SD上的二次反射光线P244；
如果所述二次反光镜是平面镜，则所述二次反射光线P244的斜率为：kP1＝tan(π-tan-1(k1))，函数为：y＝tan(π-tan-1(k1))×(x-x2)+y2，x∈(-∞，x2)；
如果所述二次反光镜是球形凸面镜，则所述二次反射光线P244的斜率为：kP2＝tan(tan-1kP1-2θ1)，函数为：y＝tan(tan-1kP1-2θ1)(x-x2)+y2,x∈(-∞，x2)，其中θ1＝tan-1|(km1-kP1)/(1+km1kP1)|，
如果所述二次反光镜是球形凹面镜，则所述二次反射光线P244的斜率为：kP2＝tan(tan-1kP1-2θ1)，函数为：y＝tan(tan-1kP1-2θ1)(x-x2)+y2，x∈(-∞，x2)，其中θ1＝tan-1|(km1-kP1)/(1+km1kP1)|，
Step 15，过点(x3,y3)43作出一次反射光线T141在剖面曲线SD上的二次反射光线T245；
如果所述二次反光镜是平面镜，则所述二次反光光线T245的斜率为：kT1＝tan(π-tan-1(k1))，函数为：y＝tan(π-tan-1(k1))×(x-x3)+y3,x∈(-∞,x3)；
如果所述二次反光镜是球形凸面镜，则所述二次反光光线T245的斜率为：kT2＝tan(tan-1kT1-2θ2)，函数为：y＝tan(tan-1kT1-2θ2)(x-x3)+y3,x∈(-∞,x3)，其中θ2＝tan-1|(km2-kT1)/(1+km2kT1)|，
如果所述二次反光镜是球形凹面镜，则所述二次反光光线T245的斜率为：kT2＝tan(tan-1kT1-2θ2)，函数为：y＝tan(tan-1kT1-2θ2)(x-x3)+y3，x∈(-∞，x3)，其中θ2＝tan-1|(km2-kT1)/(1+km2kT1)|，
Step 16，计算二次反射光线P244与线段Ld33的交点；如果二次反射光线P244与线段Ld33相交于合适位置并且不与蓄热容器17的外壳的边缘轮廓线34相交，就执行下一步骤Step17；否则改变线段L136的斜率k1与长度l1，并重复执行Step7至Step15的所有步骤，直至二次反射光线P244与线段Ld33相交于合适位置并且不与蓄热容器17的外壳的边缘轮廓线34相交；
Step 17，计算二次反射光线T245与线段Ld33的交点；如果二次反射光线T245与线段Ld33相交于合适位置并且不与蓄热容器17的外壳的边缘轮廓线34相交，就执行下一步骤Step18；否则改变线段L136的斜率k1与长度l1，并重复执行Step7至Step16的所有步骤，直至二次反射光线T245与线段Ld33相交于合适位置并且不与蓄热容器17的外壳的边缘轮廓线34相交；
Step 18，选择线段L136的终点作为起点，作一条斜率为k2、长度为l2的线段L246；重复执行Step7至Step17的步骤，直至入射光线被线段L246和二次反光镜的剖面曲线SD反射得到的二次反射光线都与线段Ld33相交于合适位置；
Step 19，重复执行Step7至Step18的步骤，直至一次反光镜1的剖面线段11与中心连线8的最大距离等于一次反光镜1的半径F；
Step 20，调整一次反光镜1的所有剖面线段11的斜率k1和长度l1，重复执行Step6至Step19的步骤，直至所有二次反射光线都与线段Ld33相交于合适位置。
优选的，所述一次反光镜组件3的数量为6个。
本发明的有益效果是：
本发明可应用在如附图3所示的分布式太阳能蓄热装置(《分布式太阳能蓄热装置》，专利号2018102799515)，功能是将阳光聚集到蓄热容器17的内部、将蓄热容器17内部的蓄热介质加热到200摄氏度以上；
如附图1、2所示，该碟式太阳能聚光镜由一次反光镜1和二次反光镜2组成；一次反光镜1上安装了若干个由平面镜切割而成的小镜片5，可将入射光线12反射到二次反光镜2上；二次反光镜2由整块反光镜切割而成，可将一次反光镜1反射过来的入射光线再次反射到蓄热容器17的内部。
该碟式太阳能聚光镜的设计理念是：
(1)充分利用应用场景对聚光精度要求不高的特点，采用小块平面镜拼接的方式来制作一次反光镜1，取代了必须依靠机械模具和打磨工艺才能制作的抛物面反光镜；
(2)优先选用塑料来制作一次反光镜1的小镜片支撑件4；
(3)利用二次反光镜2将集光区域7从一次反光镜1的焦点位置转移到一次反光镜1的中心位置附近，降低了整个聚光镜相对于俯仰转动轴的力矩；
(4)在平面镜、球形凸面镜和球形凹面镜三者之间，优先选择平面镜来制作二次反光镜2。
得益于上述设计理念，整个聚光镜的成本被削减到200元以内，远远低于传统抛物面反光镜的成本，经济效益非常显著。
不过，跟传统的抛物线聚光镜相比，该碟式太阳能聚光镜的聚光要求有了很大的变化。传统的抛物线聚光镜的聚光要求是：点聚焦，“聚光比”越高越好；但是该碟式太阳能聚光镜的聚光要求主要有以下几点：
(1)面聚焦，只要将阳光聚集到指定范围内就行了，对“聚光比”没有任何要求；
(2)不能让蓄热容器17的外壳挡住阳光；
(3)为了降低阳光在玻璃表面的反射损耗，尽量让阳光接近垂直入射；
(4)在保证所有入射光线都被聚集到集光区域7的前提下，尽量减小二次反光镜2的投影尺寸。
由于聚光要求发生了变化，所以在设计一次反光镜1的剖面时，采用“在抛物线上划分线段”的方法无法获取得最优化的聚光效果，必须采用全新的设计方法。这个全新的设计方法及其带来的与众不同的聚光效果，是本发明与传统碟式聚光镜的最大区别。
附图说明
附图1是本发明的外观图。图中的标记为：1-一次反光镜；2-二次反光镜；3-一次反光镜组件；4-小镜片支撑件；5-小镜片；13-支撑杆；14-外环；15-内环。
附图2是本发明的剖面图。图中的标记为：1-一次反光镜；2-二次反光镜；6-二次镜基准面面；7-集光区域；8-中心连线；9-集光平面；11-剖面线段；12-入射光线；13-支撑杆；14-外环；15-内环；16-一次镜基准面。
附图3是分布式太阳能蓄热装置的整机图。图中的标记为：1-一次反光镜；2-二次反光镜；7-集光区域；10-集光圆；13-二次反光镜支撑杆；17-蓄热容器；18-蓄热容器支撑臂；19-俯仰转动云台；20-俯仰转动电机；21-云台支撑脚；22-滚轮组件；23-水平转动轨道；24-水平转动电机。
附图4是蓄热容器的剖面图。图中的标记为：25-保温玻璃窗；26-光热转化器；27-蓄热容器罐体；28-外壳；29-轴承；30-旋转接头；31-油仓；32-保温材料。
附图5是设计方法的实施例图一。图中的标记为：8-中心连线Lm；11-剖面线段；33-线段Ld；34-蓄热容器的外壳剖面；35-线段LD；36-线段L1；37-线段L1的起点(x1,y1)；38-入射光线P0；39-入射光线T0；40-一次反射光线P1；41-一次反射光线T1；42-交点(x2,y2)；43-交点(x3,y3)；44-二次反射光线P2；45-二次反射光线T2；46-线段L2；50-剖面曲线SD。
附图6是设计方法的实施例图二。图中的标记为：8-中心连线Lm；11-剖面线段；33-线段Ld；34-蓄热容器的外壳剖面；35-线段LD；36-线段L1；37-线段L1的起点(x1,y1)；38-入射光线P0；39-入射光线T0；40-一次反射光线P1；41-一次反射光线T1；42-交点(x2,y2)；43-交点(x3,y3)；44-二次反射光线P2；45-二次反射光线T2；46-线段L2；47-二次反光镜的球心；48-法线m1；49-法线m2；51-剖面曲线SD；
附图7是设计方法的实施例图三。图中的标记为：8-中心连线Lm；11-剖面线段；33-线段Ld；34-蓄热容器的外壳剖面；35-线段LD；36-线段L1；37-线段L1的起点(x1,y1)；38-入射光线P0；39-入射光线T0；40-一次反射光线P1；41-一次反射光线T1；42-交点(x2,y2)；43-交点(x3,y3)；44-二次反射光线P2；45-二次反射光线T2；46-线段L2；47-二次反光镜的球心；48-法线m1；49-法线m2；52-剖面曲线SD。
附图8是一次反光镜的三维图一。图中的标记为：8-中心连线Lm。
附图9是一次反光镜的三维图二。图中的标记为：5-小镜片。
具体实施方式
下面结合附图1-9，对本发明进行具体描述。
本发明的具体应用实例是一种全新的产品：分布式太阳能蓄热装置(专利名称：《分布式太阳能蓄热装置》，专利号：2018204520155)，如附图1-4所示：
如附图3所示，分布式太阳能蓄热装置主要由碟式太阳能聚光镜、蓄热容器17、蓄热容器支撑臂18、俯仰转动云台19、俯仰转动电机20、云台支撑脚21、滚轮组件22、水平转动轨道23、水平转动电机24组成；
如附图1、2所示，碟式太阳能聚光镜由一次反光镜1、二次反光镜2、二次反光镜支撑杆13组成；一次反光镜1由6个一次反光镜组件3连接而成，形成一个朝向入射光线的向阳面；一次反光镜组件3包括小镜片5和小镜片支撑件4，由若干个小镜片5和一个小镜片支撑件4连接而成；小镜片支撑件4的制造材料是阻燃PC；小镜片5由普通平面镜切割而成，安装在小镜片支撑件4的向阳面上，形成一次反光镜1的反射面，可将入射光线12反射到二次反光镜2上；
一次反光镜1是一个空心的圆环结构，该圆环结构的边缘是外环14和内环15；外环14与内环15之间铺设的是小镜片5；内环15的内部放置蓄热容器17；内环15所在的平面是一次镜基准面16；
二次反光镜2由一块完整玻璃切割而成，边缘轮廓为圆形；二次反光镜2的边缘轮廓所在的平面是二次镜基准面6；二次镜基准面6平行于一次镜基准面16；
将内环15的圆心与二次反光镜2的边缘轮廓的圆心连接起来，得到的直线是中心连线8；中心连线8垂直于二次镜基准面6；
二次反光镜2的反射面与一次反光镜1的反射面相对，可将一次反光镜1反射过来的入射光线12反射到集光区域7内；
集光区域7指的是蓄热容器17的保温玻璃窗25上最接近二次反光镜2的表面，如果入射光线12能够被一次反光镜1和二次反光镜2反射到集光区域7，就必定能进入蓄热容器17的内部；
如附图5-7所示，小镜片支撑件4的剖面包括若干个剖面线段11；剖面线段11之间依次首尾连接，形成一个连续的折线；剖面线段11的中点与中心连线8的距离越大，该剖面线段11的斜率就越大；剖面线段11的长度和斜率的取值能保证入射光线12被所述一次反光镜1和所述二次反光镜2反射到集光区域7内，并且不会被蓄热容器17的外壳挡住；
如附图3所示，一次反光镜1通过连接件固定在蓄热容器17上，二次反光镜2通过二次反光镜支撑杆13连接到蓄热容器17上；
如附图4所示，蓄热容器17由保温玻璃窗25、光热转化器26、蓄热容器罐体27、外壳28、旋转接头30和轴承29组成；光热转化器26安装在蓄热容器罐体27上，两者形成一个封闭的油仓31，油仓31内盛放导热油；保温玻璃窗25安装在光热转化器26上，其朝向入射光线的表面就是集光区域7；被碟式太阳能聚光镜聚集的入射光线12透过保温玻璃窗25照射到光热转化器26内部；蓄热容器罐体27与外壳28之间有比较大的空间，该空间内安装有保温材料32；
如附图3所示，蓄热容器17通过轴承29连接到蓄热容器支撑臂18上，蓄热容器支撑臂18固定在俯仰转动云台19上；碟式太阳能聚光镜与蓄热容器17作为一个整体在俯仰转动云台19上拥有俯仰转动的自由度，可在俯仰转动电机20及减速传动机构的作用下实现俯仰转动；
俯仰转动云台19通过支撑脚21连接到滚轮组件22上，滚轮组件22可在水平转动轨道23上进行水平转动；水平转动轨道23上设置有内齿轮，与水平转动电机24的外齿轮互相啮合；碟式太阳能聚光镜、蓄热容器17、蓄热容器支撑臂18、俯仰转动云台19、支撑脚21、滚轮组件22等设备作为一个整体拥有水平转动的自由度，可在水平转动电机24的驱动下在水平转动轨道23上进行水平转动。
该产品的工作流程为：
蓄热容器17上安装有九轴加速度陀螺仪角度传感器，可测量出碟式太阳能聚光镜的方位角；
单片机控制系统根据当地经纬度、日期和时间计算出太阳的方位角；
单片机控制系统根据碟式太阳能聚光镜方位角与太阳方位角的差值，驱动俯仰转动电机20和水平转动电机24，将该差值调节至误差允许范围内；
碟式太阳能聚光镜将阳光聚集到光热转化器26内部，把光热转化器26加热，光热转化器26再把油仓31内的导热油加热；
油31内的导热油在保温材料32的作用下，可实现长时间保温蓄热；
在油泵的作用下，油仓31内的导热油可以从旋转接头30中抽出，再通过换热器生成热水、蒸汽等。
一次反光镜1的设计方法主要由六个步骤组成：(1)如图5所示，选用SolidWorks作为三维设计工具，利用SolidWorks的草图功能作出一次反光镜1的剖面图，尤其是剖面线段11；(2)如图8所示，以一次反光镜1与二次反光镜2的中心连线8为轴，将一次反光镜1的剖面图旋转一周以生成一次反光镜1的立体图；(3)如图9所示，在一次反光镜1的立体图上作出小镜片5的安装位置；(4)选用光学仿真软件LightTools，对包括一次反光镜1和二次反光镜2在内的整个聚光镜进行光学仿真，验证一次反射光线和二次反射光线的光路是否符合设计要求；(5)将聚光镜的立体图制作成实物；(6)利用激光器对聚光镜的实物进行聚光测试。二次反光镜2的结构可以是平面镜、球形凸面镜或球形凹面镜。根据二次反光镜2的不同结构，步骤(1)略有不同，以下将分成3个实施例进行阐述。
实施例1
本实施例的二次反光镜2是平面镜，步骤(1)由以下步骤组成：
Step1，根据实际应用场景和客户的需求，选定聚光镜的设计参数：
F：一次反光镜1的半径F；
R：当二次反光镜2为球面镜时，二次反光镜2的球面半径；
H：一次镜基准面16与二次镜基准面6之间的距离；
h：集光区域7与一次镜基准面16之间的距离；
D：二次反光镜2的边缘轮廓的半径；
d：集光区域7的边缘轮廓的半径；
Step 2，在SolidWorks的草图上作蓄热容器17的外壳的剖面轮廓线34；
Step 3，在SolidWorks的草图上作一条线段Ld33代表集光区域7；线段LD33的函数为：y＝h,x∈(D-d,D+d)，中点坐标为：(D,h)；
Step 4，在SolidWorks的草图上作一条线段LD35代表二次反光镜2的剖面轮廓在X轴方向上的投影；线段LD35的函数为：y＝H,x∈(0,2D)，中点坐标为：(D,H)；
Step 5，过线段LD35的两个端点作二次反光镜的剖面轮廓线的曲线函数SD50；曲线函数SD50为：y＝H,x∈(0,2D)；
Step 6，过线段Ld33与线段LD35的中点作中心连线8；中心连线8的函数为：x＝D；
Step 7，选取点(x1,y1)37，取值范围是：x1≥2D，y1＝0；过点(x1,y1)37作一条斜率为k1、长度为l1的线段L136，该线段代表小镜片5的剖面；线段L136的函数为：y＝k1(x-x1)+y1,x∈(x1,x1+l1cos(tan-1(k1)))；
Step 8，过线段L136的起点(x1,y1)37作入射光线P038；入射光线P038的函数为：x＝x1；
Step 9，过线段L136的终点作入射光线T039；入射光线T039的函数为：x＝x1+l1cos(tan-1(k1))；
Step 10，将线段L136视为平面反光镜的剖面，按照光学反射定律计算出入射光线P038的一次反射光线P140；一次反射光线P140的斜率为：kP1＝tan(π/2+2tan-1(k1))，函数为：y＝tan(π/2+2tan-1(k1))(x-x1)+y1，x∈(-∞，x1)；
Step 11，将线段L136视为平面反光镜的剖面，按照光学反射定律计算出入射光线T039的一次反射光线T141；一次反射光线T141的斜率为：kT1＝tan(π/2+2tan-1(k1))，函数为：y＝tan(π/2+2tan-1(k1))(x-x1-l1cos(tan-1k1))+k1l1cos(tan-1(k1))++y1,x∈(-∞，x1+cos(tan-1k1))；
Step 12，计算一次反射光线P140与剖面曲线SD50的交点(x2,y2)42；
Step 13，计算一次反射光线T141与剖面曲线SD50的交点(x3,y3)43；
Step 14，过点(x2,y2)42作出一次反射光线P140在剖面曲线SD50上的二次反射光线P244；二次反射光线P244的斜率为：kP1＝tan(π-tan-1(k1))，函数为：y＝tan(π-tan-1(k1))×(x-x2)+y2,x∈(-∞,x2)；
Step 15，过点(x3,y3)43作出一次反射光线T141在剖面曲线SD50上的二次反射光线T245；二次反光光线T245的斜率为：kT1＝tan(π-tan-1(k1))，函数为：y＝tan(π-tan-1(k1))×(x-x3)+y3,x∈(-∞,x3)；
Step 16，计算二次反射光线P244与线段Ld33的交点；如果二次反射光线P244与线段Ld33相交于合适位置并且不与蓄热容器17的外壳的边缘轮廓线34相交，就执行下一步骤Step17；否则改变线段L136的斜率k1与长度l1，并重复执行Step7至Step15的所有步骤，直至二次反射光线P244与线段Ld33相交于合适位置并且不与蓄热容器17的外壳的边缘轮廓线34相交；
Step 17，计算二次反射光线T245与线段Ld33的交点；如果二次反射光线T245与线段Ld33相交于合适位置并且不与蓄热容器17的外壳的边缘轮廓线34相交，就执行下一步骤Step18；否则改变线段L136的斜率k1与长度l1，并重复执行Step7至Step16的所有步骤，直至二次反射光线T245与线段Ld33相交于合适位置并且不与蓄热容器17的外壳的边缘轮廓线34相交；
Step 18，选择线段l136的终点作为起点，作一条斜率为k2、长度为l2的线段L246；重复执行Step7至Step17的步骤，直至入射光线被线段L246和二次反光镜的剖面曲线SD50反射得到的二次反射光线都与线段Ld33相交于合适位置；
Step 19，重复执行Step7至Step18的步骤，直至一次反光镜1的剖面线段11与中心连线8的最大距离等于一次反光镜1的半径F；
Step 20，调整一次反光镜1的所有剖面线段11的斜率k1和长度l1，重复执行Step6至Step19的步骤，直至所有二次反射光线都与线段Ld33相交于合适位置。
步骤(6)由以下步骤组成：
(6-1)调节激光器的角度和方向，使得激光器发出的光束平行于入射光线P036并且打在一次反光镜1的小镜片5上；
(6-2)如果激光器发出的光束经过一次反光镜1和二次反光镜2的反射之后，落在线段Ld30代表的集光区域7内，则改变激光器的位置，使得激光器发出的光束平行于入射光线P036并且打在一次反光镜1的另一块小镜片5上，并重复以上测试步骤；如果不落在线段Ld30代表的集光区域7内，则重新执行利用SolidWorks作出碟式太阳能聚光镜的立体图的步骤。
实施例2
本实施例的二次反光镜2是球形凸面镜，步骤(1)由以下步骤组成：
Step1，根据实际应用场景和客户的需求，选定聚光镜的设计参数：
F：一次反光镜1的半径F；
R：当二次反光镜2为球面镜时，二次反光镜2的球面半径；
H：一次镜基准面16与二次镜基准面6之间的距离；
h：集光区域7与一次镜基准面16之间的距离；
D：二次反光镜2的边缘轮廓的半径；
d：集光区域7的边缘轮廓的半径；
Step 2，在SolidWorks的草图上作蓄热容器17的外壳的剖面轮廓线34；
Step 3，在SolidWorks的草图上作一条线段LD33代表集光区域7；线段Ld33的函数为：y＝h,x∈(D-d,D+d)，中点坐标为：(D,h)；
Step 4，在SolidWorks的草图上作一条线段LD35代表二次反光镜2的剖面轮廓在X轴方向上的投影；线段LD35的函数为：y＝H,x∈(0,2D)，中点坐标为：(D,H)；
Step 5，过线段LD35的两个端点作二次反光镜的剖面轮廓线的曲线函数SD51；曲线函数SD51是：x∈(0,2D)；
Step 6，过线段Ld33与线段LD35的中点作中心连线8；中心连线8的函数为：x＝D；
Step 7，选取点(x1,y1)37，取值范围是：x1≥2D，y1＝0；过点(x1,y1)37作一条斜率为k1、长度为l1的线段L136，该线段代表小镜片5的剖面；线段L136的函数为：y＝k1(x-x1)+y1，x∈(x1，x1+l1cos(tan-1(k1)))；
Step 8，过线段L136的起点(x1,y1)37作入射光线P038；入射光线P038的函数为：x＝x1；
Step 9，过线段L136的终点作入射光线T039；入射光线T039的函数为：x＝x1+l1cos(tan-1(k1))；
Step 10，将线段L136视为平面反光镜的剖面，按照光学反射定律计算出入射光线P038的一次反射光线P140；一次反射光线P140的斜率为：kP1＝tan(π/2+2tan-1(k1))，函数为：y＝tan(π/2+2tan-1(k1))(x-x1)+y1,x∈(-∞,x1)；
Step 11，将线段L136视为平面反光镜的剖面，按照光学反射定律计算出入射光线T039的一次反射光线T141；一次反射光线T141的斜率为：kT1＝tan(π/2+2tan-1(k1))，函数为：y＝tan(π/2+2tan-1(k1))(x-x1-l1cos(tan-1k1))+k1l1cos(tan-1(k1))++y1,x∈(-∞,x1+cos(tan-1k1))；
Step 12，计算一次反射光线P140与剖面曲线SD51的交点(x2,y2)42；
Step 13，计算一次反射光线T141与剖面曲线SD51的交点(x3,y3)43；
Step 14，过点(x2,y2)42作出一次反射光线P140在剖面曲线SD51上的二次反射光线P244；二次反射光线P2(44)的斜率为：kP2＝tan(tan-1kP1-2θ1)，函数为：y＝tan(tan-1kP1-2θ1)(x-x2)+y2,x∈(-∞,x2)，其中θ1＝tan-1|(km1-kP1)/(1+km1kP1)|，Step 15，过点(x3,y3)43作出一次反射光线T141在剖面曲线SD51上的二次反射光线T245；二次反光光线T2(45)的斜率为：kT2＝tan(tan-1kT1-2θ2)，函数为：y＝tan(tan-1kT1-2θ2)(x-x3)+y3,x∈(-∞,x3)，其中θ2＝tan-1|(km2-kT1)/(1+km2kT1)|，Step 16，计算二次反射光线P244与线段Ld33的交点；如果二次反射光线P244与线段Ld33相交于合适位置并且不与蓄热容器17的外壳的边缘轮廓线34相交，就执行下一步骤Step17；否则改变线段L136的斜率k1与长度l1，并重复执行Step7至Step15的所有步骤，直至二次反射光线P244与线段Ld33相交于合适位置并且不与蓄热容器17的外壳的边缘轮廓线34相交；
Step 17，计算二次反射光线T245与线段Ld33的交点；如果二次反射光线T245与线段Ld33相交于合适位置并且不与蓄热容器17的外壳的边缘轮廓线34相交，就执行下一步骤Step18；否则改变线段L136的斜率k1与长度l1，并重复执行Step7至Step16的所有步骤，直至二次反射光线T245与线段Ld33相交于合适位置并且不与蓄热容器17的外壳的边缘轮廓线34相交；
Step 18，选择线段L136的终点作为起点，作一条斜率为k2、长度为l2的线段L246；重复执行Step7至Step17的步骤，直至入射光线被线段L246和二次反光镜的剖面曲线SD反射得到的二次反射光线都与线段Ld33相交于合适位置；
Step 19，重复执行Step7至Step18的步骤，直至一次反光镜1的剖面线段11与中心连线8的最大距离等于一次反光镜1的半径F；
Step 20，调整一次反光镜1的所有剖面线段11的斜率k1和长度l1，重复执行Step6至Step19的步骤，直至所有二次反射光线都与线段Ld33相交于合适位置。
步骤(6)由以下步骤组成：
(6-1)调节激光器的角度和方向，使得激光器发出的光束平行于入射光线P036并且打在一次反光镜1的小镜片5上；
(6-2)如果激光器发出的光束经过一次反光镜1和二次反光镜2的反射之后，落在线段Ld30代表的集光区域7内，则改变激光器的位置，使得激光器发出的光束平行于入射光线P036并且打在一次反光镜1的另一块小镜片5上，并重复以上测试步骤；如果不落在线段Ld30代表的集光区域7内，则重新执行利用SolidWorks作出碟式太阳能聚光镜的立体图的步骤。
实施例3
本实施例的二次反光镜2是球形凹面镜，步骤(1)由以下步骤组成：
Step1，根据实际应用场景和客户的需求，选定聚光镜的设计参数：
F：一次反光镜1的半径F；
R：当二次反光镜2为球面镜时，二次反光镜2的球面半径；
H：一次镜基准面16与二次镜基准面6之间的距离；
h：集光区域7与一次镜基准面16之间的距离；
D：二次反光镜2的边缘轮廓的半径；
d：集光区域7的边缘轮廓的半径；
Step 2，在SolidWorks的草图上作蓄热容器17的外壳的剖面轮廓线34；
Step 3，在SolidWorks的草图上作一条线段Ld33代表集光区域7；线段Ld33的函数为：y＝h,x∈(D-d,D+d)，中点坐标为：(D,h)；
Step 4，在SolidWorks的草图上作一条线段LD35代表二次反光镜2的剖面轮廓在X轴方向上的投影；线段LD35的函数为：y＝H,x∈(0，2D)，中点坐标为：(D,H)；
Step 5，过线段LD35的两个端点作二次反光镜的剖面轮廓线的曲线函数SD52；曲线函数SD52是：：x∈(0,2D)；
Step 6，过线段Ld33与线段LD35的中点作中心连线8；中心连线8的函数为：x＝D；
Step 7，选取点(x1,y1)37，取值范围是：x1≥2D，y1＝0；过点(x1,y1)37作一条斜率为k1、长度为l1的线段L136，该线段代表小镜片5的剖面；线段L136的函数为：y＝k1(x-x1)+y1,x∈(x1，x1+l1cos(tan-1(k1)))；
Step 8，过线段L136的起点(x1,y1)37作入射光线P038；入射光线P038的函数为：x＝x1；
Step 9，过线段L136的终点作入射光线T039；入射光线T039的函数为：x＝x1+l1cos(tan-1(k1))；
Step 10，将线段L136视为平面反光镜的剖面，按照光学反射定律计算出入射光线P038的一次反射光线P140；一次反射光线P140的斜率为：kP1＝tan(π/2+2tan-1(k1))，函数为：y＝tan(π/2+2tan-1(k1))(x-x1)+y1,x∈(-∞,x1)；
Step 11，将线段L136视为平面反光镜的剖面，按照光学反射定律计算出入射光线T039的一次反射光线T141；一次反射光线T141的斜率为：kT1＝tan(π/2+2tan-1(k1))，函数为：y＝tan(π/2+2tan-1(k1))(x-x1-l1cos(tan-1k1))+k1l1cos(tan-1(k1))++y1，x∈(-∞，x1+cos(tan-1k1))；
Step 12，计算一次反射光线P140与剖面曲线SD52的交点(x2,y2)42；
Step 13，计算一次反射光线T141与剖面曲线SD52的交点(x3,y3)43；
Step 14，过点(x2,y2)42作出一次反射光线P140在剖面曲线SD52上的二次反射光线P244；二次反射光线P2(44)的斜率为：kP2＝tan(tan-1kP1-2θ1)，函数为：y＝tan(tan-1kP1-2θ1)(x-x2)+y2,x∈(-∞,x2)，其中θ1＝tan-1|(km1-kP1)/(1+km1kP1)|，Step 15，过点(x3,y3)43作出一次反射光线T141在剖面曲线SD52上的二次反射光线T245；二次反光光线T2(45)的斜率为：kT2＝tan(tan-1kT1-2θ2)，函数为：y＝tan(tan-1kT1-2θ2)(x-x3)+y3,x∈(-∞,x3)，其中θ2＝tan-1|(km2-kT1)/(1+km2kT1)|，Step 16，计算二次反射光线P244与线段Ld33的交点；如果二次反射光线P244与线段Ld33相交于合适位置并且不与蓄热容器17的外壳的边缘轮廓线34相交，就执行下一步骤Step17；否则改变线段L136的斜率k1与长度l1，并重复执行Step7至Step15的所有步骤，直至二次反射光线P244与线段Ld33相交于合适位置并且不与蓄热容器17的外壳的边缘轮廓线34相交；
Step 17，计算二次反射光线T245与线段Ld33的交点；如果二次反射光线T245与线段Ld33相交于合适位置并且不与蓄热容器17的外壳的边缘轮廓线34相交，就执行下一步骤Step18；否则改变线段L136的斜率k1与长度l1，并重复执行Step7至Step16的所有步骤，直至二次反射光线T245与线段Ld33相交于合适位置并且不与蓄热容器17的外壳的边缘轮廓线34相交；
Step 18，选择线段L136的终点作为起点，作一条斜率为k2、长度为l2的线段L246；重复执行Step7至Step17的步骤，直至入射光线被线段L246和二次反光镜的剖面曲线SD反射得到的二次反射光线都与线段Ld33相交于合适位置；
Step 19，重复执行Step7至Step18的步骤，直至一次反光镜1的剖面线段11与中心连线8的最大距离等于一次反光镜1的半径F；
Step 20，调整一次反光镜1的所有剖面线段11的斜率k1和长度l1，重复执行Step6至Step19的步骤，直至所有二次反射光线都与线段Ld33相交于合适位置。
步骤(6)由以下步骤组成：
(6-1)调节激光器的角度和方向，使得激光器发出的光束平行于入射光线P036并且打在一次反光镜1的小镜片5上；
(6-2)如果激光器发出的光束经过一次反光镜1和二次反光镜2的反射之后，落在线段Ld30代表的集光区域7内，则改变激光器的位置，使得激光器发出的光束平行于入射光线P036并且打在一次反光镜1的另一块小镜片5上，并重复以上测试步骤；如果不落在线段Ld30代表的集光区域7内，则重新执行利用SolidWorks作出碟式太阳能聚光镜的立体图的步骤。
- 上一篇：一种医用注射器针头装配设备
- 下一篇：一种建筑节能太阳能蓄热供水系统