跟踪聚能曝晒装置自然户外加速曝晒试验

　　自然太阳光跟踪聚能曝晒装置是一种的双轴自然加速老化试验机。它是一种户外曝晒装置，能自动地从早到晚跟踪太阳，且能自动补偿因季节变化而引起的不同太阳仰角的影响。同时，反射镜可以把全光谱太阳光集中到测试样品上。这种跟踪太阳的日光聚集系统增加了照射到样品上的阳光能量。

　　跟踪聚能曝晒装置是有效的户外加速老化方法，测试期间，它可以在短时间内对产品性能进行评估。此外，与实验室加速老化试验装置相比，该设备无需考虑模拟光源是否与自然光匹配，因为其光源本身就是自然太阳光。

　　尽管该设备仅在亚利桑那使用，但它可以真实模拟很多实际应用环境。例如，佛罗里达南部的气候条件可通过附加超纯水喷淋来进行模拟。设备快速、真实、可重复的测试结果使之成为一种引人关注的测试方法，适用于多种类型的材料测试和应用环境的模拟。

　　会聚自然太阳光

　　反射镜阵列

　　该设备采用一列10个平面反射镜来获得单一曲面反射镜的效果。这种类型的反射镜阵列叫做菲涅耳聚能器(Fresnel)。当阳光以接近90度角照射到这些反射镜上，反射镜会反射太阳光，并会聚到样品架上(如图1所示)。

　　图1. 阳光被10个反射镜反射后直接聚集到样品架上

　　反射镜阵列经特殊设计，仅反射6度视角太阳光，这保证了反射到样品架上的光线是直射的光束，而非漫射(或散射)光。

　　反射镜反射性很强，且每隔一段时间Q-Lab的技术员，就会对其进行清洁处理以保持其反射率。一旦某块镜面上在310nm处的光谱反射率低于 65%，就应更换反射镜。

　　太阳跟踪

　　单轴装置：

　　20世纪60年代的单轴太阳光跟踪聚能曝晒装置能自动跟踪太阳的方位(或者说是在一天中太阳从东转向西的运动)变化。这种曝晒装置从日出到日落水平的旋转。因为地球24小时自转一周，所以方位角每小时改变15度。

　　为了全方位地跟踪太阳，对太阳仰角或者说太阳与水平面之间的角度的跟踪也很有必要。所以对于单轴装置，每6-8周必须手动调节高度。但因为太阳的仰角每天都会发生变化，单轴装置不能够一直保持会聚阳光的佳位置。

　　双轴装置：

　　新的双轴装置能自动跟踪太阳的方位角和仰角。为了跟踪太阳仰角，Q-Trac垂直倾斜，同时调整太阳随季节发生的仰角变化和每天的方位变化。Q-Trac连续、自动地跟随太阳的方位角和仰角以保持太阳光沿法线方向入射到反射镜座，或者说是镜座垂直于太阳光(如图2所示)。

　　图2．不仅每天从早到晚跟踪太阳，而且为了补偿太阳仰角的变化而作季节性调整，使得仪器永远保持聚焦，样品可接收到大量的阳光

　　Q-Trac的旋转和倾斜运动，由安装在样品架上的感光探头(太阳能电池)来控制。感光探头的一个元件控制水平旋转运动，而另一元件控制倾斜运动。感光探头的每一元件都装备有一个内置的遮光器。选择好焦点，感光探头的两个元件会得到均等照射，不会有任一个被遮挡。当一个元件开始被遮挡时，Q-Trac会自动调整以保持位置适当(如图3所示)。

　　图3．日光传感器安装在样品架上，当一个装置被遮挡时，会自动调整装置以保持聚焦方位。

　　样品的安装和冷却

　　样品架

　　样品架位于反射镜阵列的正对面，是安装样品的区域。在Q-Trac上，样品的大长度和宽度不能大于样品架的长度和宽度60英寸×5.5英寸(152.42 ×13.97厘米)。另外，样品的厚度不得大于 0.5 英寸(13毫米)(如图4和图5所示)。

　　图4. 样品架位于反射镜阵列的正对面，样品朝向反射镜，而非直接朝向太阳

　　图5.样品被夹住并安装在样品架上

　　样品的安装方式包括有背板、无背板和玻璃框下三种。当把样品直接安装在样品架上时，两者之间没有空隙，样品被认为是“有背板”。有背板样品的温度比无背板样品的温度要高。

　　空气冷却系统

　　从反射镜阵列产生的高度会聚的阳光可在样品架上产生高温。为了使样品保持一个适当的温度且防止热损失，样品架安装在一个空气冷却槽的下面。当空气被强制通过冷却槽时，一个空气导向装置使大量空气通过样品表面(如图6所示)。大部分Q-Trac测试样品的温度与曝晒在传统户外测试架上的相比，大约相差10°C以内。

　　图6．大量空气被强制通过空气冷却槽，并转向通过样品表面

　　潮湿模拟：程控喷淋循环

　　有些测试要求水喷淋循环来有效的模拟实际应用环境。用Q-Trac微处理器控制的水喷淋循环可真实模拟热冲击和/或夜间潮湿(露水)。

　　用4个距样品架大约18英寸的喷嘴来喷淋高纯度水(如图7所示)。喷嘴往测试材料上均匀喷水，流速在0.20-0.25GPM (0.7569-0.9461 LPM)之间。

　　图7. 四个喷嘴以0.0-0.5GPM的速率往样品上喷淋高纯度水。

　　晚上，Q-Trac旋转到5度倒置锁定位置，此时样品朝上(如图8所示)。这一重要设计使样品整晚处于潮湿状态，且真实模拟佛罗里达南部的潮湿时间(TOW)。老式单轴装置，没有5度倒置功能，显著减少了样品的潮湿时间。

　　图8.在5度倒置锁定位置模拟夜晚样品表面上的露水形成,锁定位置便于样品安装和测量。