基于反射原理使背光面获得太阳光的设计解析.doc

基于反射原理使背光面获得太阳光的设计 摘要：针对住房阴暗面可获得太阳光的应用要求，提出了一种利用平面镜反射实现对阴暗面获得太阳光的方法。本文首先进行了对室内获得太阳光的设计，此设计方案是由接受光、放大光、传输光、输出光四个部分组成，本文对这四部分分别进行了阐述，在放大光部分采取了望远镜的工作原理。其次进行了模拟实验，在实验室模拟放大光，输出光这两个部分，并分析了其实验结果。结果表明：可以将太阳光引入到背光面。 关键词：平面镜；望远镜；反射。 目录 1 引言 1 1.1 课题的背景及研究意义 1 1.2 国内外的研究现状和目前存在的问题 1 1.2.1 国内外的研究现状 1 1.2.2 目前存在的问题 1 1.3 课题任务 1 2 背光面获得太阳光的设计方案 1 2.1 设计总方案 1 2.2 接收光的设计原理 1 2.3 放大光的设计原理 3 2.3.1 透镜的选择 3 2.3.2 放大光原理 3 2.3.3 消除紫外线、红外线原理 3 2.4 传输光的设计原理 3 2.5 输出光的设计原理 4 2.5.1 输出光前再次放大光 4 2.5.2 光线均匀分布 4 3 背光面获得太阳光的设计方案及模拟实验 5 3.1 接收光的设计 5 3.1.1 喇叭式镜面接收光的制作 5 3.1.2 喇叭式镜面的制作工艺 5 3.2 放大光的设计 6 3.3 传输光的设计 7 3.4 输出光的设计 7 3.5 模拟实验 7 3.5.1 模拟实验 7 3.5.2 模拟实验结果 7 3.5.3 实验存在的问题 7 3.5.4 解决存在的问题 8 4 小结 8 参考文献 1 引言 1.1 课题的背景及研究意义 身处阴暗面的居民，其室内或许一天都见不到太阳，室内长期不见阳光务必会潮湿，甚至会繁衍细菌，如此会影响居民的身体健康，室内没有阳光无形中也会影响居民的身心健康。若太阳光能被引入到阴暗面的居室内，不仅能普照潮湿的室内空间，杀死细菌，而且也能带给人们阳光沐浴下的好心情[1]。 1.2 国内外的研究现状和目前存在的问题 1.2.1 国内外的研究现状 近几年，国内外对室内太阳光采光技术经行了不同层次的研究。国外主要是从住房结构方面获得太阳光。国内通过设计将太阳光引入室内，山东大学李建鹏进行的太阳光室内照明系统的设计[2]，其设计用聚光器、、、、、 入射光线经平面镜反射后沿如图反射光线反射，反射光线反向延长线与物体垂直延长线交于像点，物和像关于平面镜对称，平面镜对物体成完善像，其放大率为： 若物空间为一右手坐标系，其物的大小与像相同，但像空间为左手坐标系，此物像成不一致像，叫“非一致像”[4] 。若物体为一右手坐标系，像也为一个右手坐标系，此物像成一致像，叫“一致像” 。容易想到，物体经过奇数个平面镜，成非一致像，经过偶数个平面镜，成一致像。 由平面镜成像原理可知要想让物像成一致像，设计时需让光线经过偶数个平面镜。 2.3 放大光的设计原理 2.3.1 透镜的选择 安装薄双凸透镜的作用：会聚来自由喇叭玻璃镜面反射来的光。 薄透镜的选择原因：在透镜的成像中，如果想透镜厚度对成像的质量和位置影响较小，可以忽略，则选择薄透镜。 凸透镜的选择原因：凸透镜为会聚正透镜，对光束具有会聚作用[5]，来自喇叭玻璃镜面反射的太阳光为发散的光，需要将其会聚起来以便利用，所以选择凸透镜。太阳光会聚于焦点后再进行光的传输。 2.3.2 放大光原理 ， 放大率 放大光的原理如图2.2所示，光通过短焦距的透镜后聚焦到透镜焦点上，再经过长焦距的透镜后光束截面的半径将变大，起到了放大的作用。这样做还有一个作用是起到了准直的作用，及发散的太阳光经过两个透再后变为平行光，便于光进行传输。 2.3.3 消除紫外线、红外线原理 太阳光经过凸透镜成像会产生位置色差，如图2.3所示，由薄透镜的焦距公式凸透镜像方焦距为介质的折射率函数[6]，介质存在色散波长越大折射率越小。则对于凸薄透镜，红外线的像方焦距最大，其次为可见光，紫外线的像方焦距最小。将第二个凸透镜的焦距调至可见光区，则焦点前的紫外线和焦点后的红外线被排除在外。物点通过薄凸透镜成像，波长不同成像位置不同，紫外线、可见光、红外线依次在轴上排序。 2.4 传输光的设计原理 利用导光管进行光的传输，导光管主要有四种：金属反射导光管、非金属反射导光管、透镜组导光管、棱镜导光管[7]，考虑价格及效率本文选用金属反射导光管 。 金属反射导光管传输光的原理：在塑料圆筒内镀上一层具有高反射率金属涂层，其传输光是通过光