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.
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 α<90 к плоскости основания 1. При этом световая плоскость от источника света 13 распространяется под углом падения луча β к поверхности отражателя 3, отраженная световая плоскость распространяется вдоль луча 18, наклоненного на угол α 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 δ, 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 α производится регулировочным винтом 4. Величина угла падения β определяется по указателю 11 градусной шкалы 5. Электрическое питание полупроводникового лазера осуществляется от блока питания 7 постоянного тока.