Лабораторно-исследовательский стенд для изучения отражения света и концентраторов излучения (варианты)

Полезная модель применяется как лабораторно-исследовательский стенд для проведения практических занятий по учебным курсам «Нетрадиционные и возобновляемые источники энергии», раздел «Солнечная энергетика», «Физика. Геометрическая оптика», а также другим курсам, например «Экология», в которых рассматриваются вопросы солнечной энергетики. Полезная модель может использоваться для проведения исследовательских работ при изучении свойств отражающих поверхностей и солнечных концентраторов с различной формой поверхностей. В результате использования полезной модели появляется возможность наблюдения хода световых лучей при отражении и преломления луча света на границе раздела двух сред, исследования оптических систем с отражающими поверхностями различной степени кривизны, а также оптических систем, использующих многократное преломление света - флуоресцентных оптических систем. Демонстрация хода световых лучей в объеме и на поверхности люминесцирующей среды позволяет одновременно наблюдать преломленый и не преломленный луч света. Эффект достигается тем, что предлагаемая полезная модель содержит в себе основание, на котором крепится исследуемый отражатель заданной формы, причем ось симметрии отражателя совпадает с продольной осью симметрии основания, на фиксированном расстоянии от отражателя поперечно оси основания установлена направляющая, вдоль которой с помощью роликовых подшипников в горизонтальной плоскости перемещается диск с градусной шкалой, способный поворачиваться относительно своей оси на угол ±180 град. На нижней плоскости диска установлен полупроводниковый лазер с длиной волны видимого диапазона, на одной оптической оси с которым установлена цилиндрическая линза.

Причем световая плоскость от цилиндрической линзы распространяется перпендикулярно плоскости основания вдоль оси, наклоненной на угол <90 к плоскости основания. При этом световая плоскость от источника света распространяется под углом падения луча к поверхности отражателя, отраженная световая плоскость распространяется вдоль плоскости основания по направлению оси, наклоненной на угол к плоскости основания. При касании световой плоскости от источника излучения и плоскости основания, на последней остается световой след падающего и отраженного от отражателя луча. При использовании вместо отражателя пластины прозрачного пластика заданной исследуемой формы с флуоресцентным наполнителем, кроме падающего и отраженного лучей, внутри пластины проходит световой след преломленного луча, а по поверхности пластины - след падающего луча.

Полезная модель применяется как лабораторно-исследовательский стенд для проведения практических занятий по учебным курсам «Нетрадиционные и возобновляемые источники энергии», раздел «Солнечная энергетика», «Физика. Геометрическая оптика», а также другим курсам, например «Экология», в которых рассматриваются вопросы солнечной энергетики. Полезная модель может использоваться для проведения исследовательских работ при изучении свойств отражающих поверхностей и солнечных концентраторов с различной формой поверхностей.

Известен формирователь световой линии (патент РФ №2137092, БИ №25, 1999 г., МПК G02B 27/20), который выбран за прототип. Формирователь световой линии содержит лазер видимого диапазона и оптический элемент для развертки луча в световую плоскость, выполненный в виде цилиндрической линзы, разворачивающей излучение с углом раскрытия от 10 до 180 град. Недостатком прототипа является невозможность изменения положения источника света и исследования хода лучей.

Задачей предлагаемой полезной модели является создание лабораторно-исследовательского стенда для демонстрации хода световых лучей на плоской поверхности или в люминесцирующей среде при отражении и преломлении света на границе раздела двух сред.

В результате использования полезной модели появляется возможность наблюдения хода световых лучей при отражении и преломления луча света на границе раздела двух сред, исследования оптических систем с отражающими поверхностями различной степени кривизны, а также оптических систем, использующих многократное преломление света -

флуоресцентных оптических систем. Демонстрация хода световых лучей в объеме и на поверхности люминесцирующей среды позволяет одновременно наблюдать преломленый и не преломленный луч света.

Вышеуказанный технический результат достигается тем, что лабораторно-исследовательский стенд для изучения отражения света и концентраторов излучения, включающий в качестве источника света полупроводниковый лазер, на одной оптической оси с которым установлена цилиндрическая линза, содержит плоское основание, на котором установлены отражатель заданной исследуемой формы и механизм изменения положения источника света, состоящий из направляющей и измерительного элемента в виде диска с градусной шкалой, с возможностью поворота диска относительно оси на угол ±180 град. и перемещения диска вдоль направляющей в горизонтальной плоскости посредством роликовых подшипников, установленных на направляющей, при этом источник света и оптический элемент установлены на нижней плоскости диска, на высоте 3-10 мм от плоскости основания.

В другом варианте лабораторно-исследовательский стенд для изучения отражения света и концентраторов излучения, включающий в качестве источника света полупроводниковый лазер, на одной оптической оси с которым установлена цилиндрическая линза, содержит плоское основание, на котором установлены пластина прозрачного пластика заданной исследуемой формы с флуоресцентным наполнителем и механизм изменения положения источника света, состоящий из направляющей и измерительного элемента в виде диска с градусной шкалой, с возможностью поворота диска относительно оси на угол ±180 град. и перемещения диска вдоль направляющей в горизонтальной плоскости посредством роликовых подшипников, установленных на направляющей, при этом источник света и оптический элемент установлены на нижней плоскости диска, на высоте 3-10 мм от плоскости основания.

Сущность предлагаемой полезной модели поясняется фиг.

На фиг.1 изображен внешний вид лабораторно-исследовательского стенда с отражателем.

На фиг.2 - внешний вид лабораторно-исследовательского стенда с

флуоресцентной пластиной.

На фиг.3 - устройство механизма изменения положения источника света.

На фиг.4 - ход лучей в отражающей оптической системе (вид сбоку).

На фиг.5 - ход лучей в отражающей оптической системе (вид сверху).

На фиг.6 - ход лучей в флуоресцентной пластине (вид сверху).

Лабораторно-исследовательский стенд содержит в себе плоское основание 1, заданную исследуемую форму 2 отражателя 3, регулировочный винт 4 наклона источника света, вращающуюся градусную шкалу 5, направляющую 6 с роликовым подшипниками, блок питания 7 полупроводникового лазера 13 с длиной волны видимого диапазона, изолированный провод 8 питания полупроводникового лазера 13, сетевой электрический фильтр 9 напряжением ˜220 В, изолированный сетевой провод 10, указатель 11 градусной шкалы, ось вращения 12 градусной шкалы 5, цилиндрическую линзу 14, расположенную в одной оптической оси 15 с лазером 13, падающий луч света 16, отраженный луч света 17, пластину 18 с флуоресцентным наполнителем, например, из полиметилметакрилата или другого прозрачного пластика, преломленный луч света 19, луч по поверхности пластины 20.

Отражатель 3 может иметь форму 2: линейную, цилиндрическую, параболическую, коническую, эллипсоидную, составную цилиндрическую, составную параболическую, составную эллипсоидную, ассиметричную, образованную ветвью параболы и участком окружности.

Работает предлагаемый Лабораторно-исследовательский стенд следующим образом. На основании 1 крепится отражатель 3 заданной формы 2, причем ось отражателя 3 совпадает с продольной осью симметрии основания 1, на фиксированном расстоянии от отражателя 3 поперечно оси основания 1 установлена металлическая направляющая 6, вдоль которой

посредством роликовых подшипников в горизонтальной плоскости перемещается круглая градусная шкала 5, способная поворачиваться относительно своей оси 12 на угол ±180 град. На нижней плоскости градусной шкалы 5 на высоте A=3...10 мм установлен полупроводниковый лазер 13, на одной оптической оси 15 с которым установлена цилиндрическая линза 14. Посредством горизонтального перемещения градусной шкалы 5 вдоль направляющей 6 и ее поворота вокруг оси 12 по шкале 5 задается положение источника света 13 в оптической системе. Причем световая плоскость от цилиндрической линзы 14 распространяется перпендикулярно плоскости основания 1 вдоль луча 17, наклоненного на угол <90 к плоскости основания 1. При этом световая плоскость от источника света 13 распространяется под углом падения луча к поверхности отражателя 3, отраженная световая плоскость распространяется вдоль луча 18, наклоненного на угол к плоскости основания 1. При касании световой плоскости от источника излучения 13 и плоскости основания 1, на последней виден световой след падающего луча 17 и отраженного от отражателя луча 18.

При использовании вместо отражателя 3 пластины 16 заданной формы из прозрачного пластика с флуоресцентным наполнителем в качестве исследуемой модели, кроме выше описанных лучей падения 17 и отражения 18 внутри пластины 16 появляется световой след преломленного луча 19, распространяющегося под углом преломления , на поверхности пластины появляется след 20 падающего светового луча.

Форма пластины может быть различна: прямоугольная, треугольная, многоугольная, круглая, в виде выпуклой или вогнутой линзы, линзы Френеля.

Изменение угла производится регулировочным винтом 4. Величина угла падения определяется по указателю 11 градусной шкалы 5. Электрическое питание полупроводникового лазера осуществляется от блока питания 7 постоянного тока.

1. Лабораторно-исследовательский стенд для изучения отражения света и концентраторов излучения, содержащий в себе в качестве источника света полупроводниковый лазер, на одной оптической оси с которым установлена цилиндрическая линза, отличающийся тем, что стенд содержит плоское основание, на котором установлены отражатель заданной исследуемой формы и механизм изменения положения источника света, состоящий из направляющей и измерительного элемента в виде диска с градусной шкалой, с возможностью поворота диска относительно оси на угол ±180° и перемещения диска вдоль направляющей в горизонтальной плоскости посредством роликовых подшипников, установленных на направляющей, при этом источник света и оптический элемент установлены на нижней плоскости диска на высоте 3-10 мм от плоскости основания.

2. Лабораторно-исследовательский стенд для изучения отражения света и концентраторов излучения, содержащий в себе в качестве источника света полупроводниковый лазер, на одной оптической оси с которым установлена цилиндрическая линза, отличающийся тем, что стенд содержит плоское основание, на котором установлены пластина прозрачного пластика заданной исследуемой формы с флуоресцентным наполнителем и механизм изменения положения источника света, состоящий из направляющей и измерительного элемента в виде диска с градусной шкалой, с возможностью поворота диска относительно оси на угол ±180° и перемещения диска вдоль направляющей в горизонтальной плоскости посредством роликовых подшипников, установленных на направляющей, при этом источник света и оптический элемент установлены на нижней плоскости диска на высоте 3-10 мм от плоскости основания.