SS150完全是一台自主研发的产品,从设计初始的思路就是基于国产元件来开发,在保证成本能够控制的前提之下,开发出能够达到要求的太阳模拟器。
此项目立项之初的规划,是将其归类于公司的灯具类产品,因而命名也是参考光源产品的命名体系而定为LHS150。
此项目命运多舛,立项后,此项目搁置了很长的一段时间。在搁置项目的时间里,由我来做了大量的基础实验,搭设简易的仪器架构后,测试灯杯的集光效率、测试积分透镜的匀化效果、测试光谱匹配滤光片的光谱匹配度。这些原始数据对于后期的仪器开发有很好的参考作用。
在进行基础实验的过程中,发现积分透镜的加工装配工艺无法保持长时间的强光照射。初始设计是将积分透镜的单元透镜粘贴在平板玻璃上,用能够耐二百度温度的玻璃胶进行粘合。初期照射时,没有进行长时间照射的疲劳实验,因而并没有发现问题。但经过十个小时的长时间照射以后,积分透镜出现发黑,胶水融化的现象。改进装配工艺,不使用胶水粘合,而是将积分透镜的各单元透镜用卡具进行固定。再次进行疲劳实验以后,无任何问题出现。
在对光谱匹配滤光片的测试中,联系到一家专门做配套制作滤光片的厂家,根据他们给同类产品所做的滤光片进行测试。由于没有现成的灯箱,所以借用了本公司的150W氙灯进行测量。氙灯出射平行光,平行光光路里放置光谱匹配滤光片,使用标准灯对单色仪加探测器进行校正,再对光谱进行测量,进行校正计算以后得到标准的光谱排列曲线,从而能够计算出辐射光谱分布。经测试,该厂家提供的滤光片,光谱匹配度能够达到国家A级标准。
项目搁置近半年后招到了能力突出的机械工程师于英杰,参照国外同类产品的机械结构,完成了仪器整体的机械设计。
与此同时公司对整个的太阳能设备产品进行了一个新的规划,将太阳模拟器由光源产品转到了太阳能产品,型号也由LHS150更改为SS150,时间是2010年2月5日。
也就是从这时开始,整个项目才真正进入到设计开发的阶段,并于四月下旬生产出了第一台样机。
第一台样机生产出来以后,发现了一个非常严重的问题。将全部光学元件按照设计光路装调进样机以后进行各项测试,发现辐射光谱分布由原来的国家A级变成了国家B级。一开始以为是标准灯或者是测试方法出现了问题,因而进行了大量的,重复性的实验。发现虽然结果会有少许的差异,但其光谱分布始终是国家B级水平。经过反复的研究终于找到原因。不同角度的光线打到滤光片上,其透过率会发生偏移,也就是说,平行光路的光打到滤光片后过滤的光谱分布是A级,而椭球镜上的光打到滤光片以后产生的光是B级。
因此,我们必须做一个基于此系统的独特的光谱匹配滤光片。这不仅仅有滤光片的透过率的问题,还有不同角度产生的透过率偏移的问题,还有被滤光片反射的光在仪器内部产生振荡以后产生的部分波段光能量抬高的现象。很多的因素都要被考虑其中。于是我们与滤光片的生产商前后进行了3次比较大的透过率改动。进行三次修正并做了大量的实验以后,终于得到了光谱匹配达到0.85~1.15的远高于国家A级标准的优质滤光片,这其中凝聚的辛劳与智慧是旁人无法想象的。所带来的好处就是有了大量的参考数据和经验,在开发更高功率的太阳模拟器时就可以少走许多的弯路。
当滤光片达标以后,各项测试指标均达到了预期的技术指标。因此我们将样机送出家门,送到海峡两岸的各个城市。一方面参加各地区的光电展示,一方面也当做仪器的运输实验,来检验仪器的可靠性。
这一次次的运输,发现了不少仪器内部的问题。
首先是积分透镜的单元透镜的脱落。前面提到了,我们由粘贴的方式更改为夹持的方式,而夹持方式是刚性夹持,也就是说当镜片热胀冷缩以后产生的间隙会导致在运输振动的过程中产生脱落的现象。研发部内部为此专门开会进行讨论解决方案,最后决定用弹性顶丝来解决这个问题,这样保证积分透镜不会在热胀冷缩以后产生间隙。
第二个问题是灯杯。由于运输时不带灯泡,而连接灯泡正极的电线没有被固定,所以灯杯表面的金属膜被划伤。内部做了一个挂钩,将电线勾住。
第三个问题是灯杯的底座是金属拉簧式结构,如果不对底座进行固定会导致整个灯座上下剧烈振动,积分透镜的夹持机构也是这种情况,因此专门给它们做了固定螺丝,解决了这个问题。
第四个问题是灯杯供货商出现问题。原来的灯杯供货商改变了灯杯的加工工艺,将灯杯的外沿去除,我们原来固定灯杯的方式是基于灯杯的外沿,整个灯杯固定再底座上。更改灯杯以后我们只能够自己将灯杯用玻璃胶固定在金属环上,也就是给灯杯添加一个外沿台阶。改变为这种固定方式以后再次进行振动实验、运输实验,都没有发生任何问题。
以上是在运输振动中出现的各种问题。当我们解决了上面的这些问题之后,样机也便正式成熟定型。再次进行高低温、振动、运输实验以后,没有任何问题发生。
在努力改进仪器性能和可靠性的同时,我们也努力寻求一种更便捷的仪器装配调试方法。我们给不同的核心元件搭配了不同的装配工装,这样使得仪器的装调能够真正做到快捷,高质量。提升产能的同时,更增加了仪器的一致性。
虽然经历了比较长的时间,期间也遇到了不少困难,但我们的研发小组顶住万难,真正从一穷二白开始到如今仪器成像,为今后更丰富的产品开发提供了宝贵的经验与坚实的基础。在此我很感谢在仪器开发过程中提出宝贵意见以及提供宝贵帮助的领导和同事,没有他们无私的帮助就不能取得今天的成果。
以上,敬礼。
方君
2011年3月4日星期五 于卓立汉光研发部办公室
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