CN201247183Y - 太阳能电池片力学性能测量装置 - Google Patents

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孙祥一
王荔斌
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Abstract

一种太阳能电池片力学性能测量装置，其主要包括：两个水平支座，相互之间设有工作间隙，每个水平支座上各固定有一个带棱边的支承刀具；一太阳能电池片，其两边分别置于两个支承刀具的棱边上，该太阳能电池片的中间对应两个水平支座中间的工作间隙；一个施力刀具，其中间横梁为刀刃基座，该刀刃基座向下地设有一刀刃，该刀刃与太阳能电池片横贯地接触；横梁的两端垂直地各设有一支架；至少一个砝码吊挂在两个支架上；一电荷耦合器件摄像机，其镜头朝向刀刃与太阳能电池片的接触部位。本实用新型装置的测量精度能满足电池片的弯曲挠度的精度测量要求，且实验装置简单，成本低。

Description

太阳能电池片力学性能测量装置
技术领域
本实用新型涉及一种太阳能电池片的弯曲弹性模量测量装置，具体地涉及一种太阳能电池片力学性能非接触摄影测量装置。
背景技术
材料的力学性能是结构力学和动力学分析中必须知道的物理特性，弯曲弹性模量是材料的一项重要力学性能参数，该特性通常是通过实验的方法测量得到的，目前常用的实验装置是用万能材料实验机或者三点弯曲实验机来测量。太阳能电池片的弯曲弹性模量需要测量其弯曲挠度，弯曲挠度的大小约在几十至几百微米，而万能材料实验机或者三点弯曲实验机的位移精度一般为1000微米，其位移精度达不到，因此在实验机上无法测量太阳能电池片的弯曲挠度。另外，万能材料实验机和三点弯曲实验机非常昂贵。
实用新型内容
本实用新型的目的在于提供一种太阳能电池片力学性能测量装置，以解决现有材料实验装置无法实现太阳能电池片弯曲弹性模量测量实验中弯曲挠度测量的不足，以及实验设备过于昂贵的缺陷。
为实现上述目的，本实用新型提供的太阳能电池片力学性能测量实验装置，其主要包括：
两个水平支座，相互之间设有工作间隙，每个水平支座上各固定有一个带棱边的支承刀具；
一太阳能电池片，其两边分别置于两个支承刀具的棱边上，该太阳能电池片的中间对应两个水平支座中间的工作间隙；
一个施力刀具，其中间横梁为刀刃基座，该刀刃基座向下地设有一刀刃，基本形状呈冂形；该刀刃与太阳能电池片横贯地接触；横梁的两端垂直地各设有一支架，在这两个支架的下端相同的位置打一圆孔；一吊钩通过施力刀具支架上的圆孔悬挂在支架上；至少一个砝码吊通过吊钩挂在两个支架上；
一电荷耦合器件(CCD)摄像机，其镜头朝向刀刃与太阳能电池片的接触部位。
本实用新型装置的测量精度能满足电池片的弯曲挠度的精度测量要求，且实验装置简单，成本低。
附图说明
图1是本实用新型的太阳能电池片力学性能非接触摄影测量装置示意图；
图2是本实用新型的施力刀具正视图；
图3是图2中沿C-C线的剖面视图；其中图3A为图2的侧视图；
图4是本实用新型的支承刀具侧视图；
图5是本实用新型用于通过摄像机标定的标准网格板的示意图
图6是利用本实用新型对BSFR37电池片进行测量的挠度—载荷曲线图；
图7是利用本实用新型对GaAs/Ge电池片进行测量的挠度—载荷曲线图。
具体实施方式
本实用新型的太阳能电池片弯曲弹性模量测量的原理是通过摄影测量和图像处理，获得太阳能电池片的弯曲挠度，然后根据弹性力学中弹性模量与挠度的关系计算弯曲弹性模量。
太阳能电池片的弯曲实验装置是根据GB/T14452-93(金属弯曲力学性能实验方法)和GB1449-83(复合材料弯曲实验方法)要求，采用三点弯曲法进行实验而设计的。
请结合图1，是本实用新型的太阳能电池片力学性能测量装置示意图。其中：
该装置的基座是两个相互之间设有工作间隙的水平支座1，两个水平支座1上各固定有一个带棱边的支承刀具3，为了使支承刀具3在水平支座1上更加稳定，在两个支承刀具3和两个水平支座1之间固定一个整体的底座2。
将太阳能电池片7的两边分别置于两个支承刀具3的棱边上，太阳能电池7的中间部位对应两个水平支座1中间的工作间隙。需要强调地是，本实用新型的支承刀具3带有一棱边3a，基本形状呈横置的L型，将太阳能电池片7的两边分别置于两个支承刀具3的棱边3a上，可以保持对该太阳能电池片7的支撑力方向始终垂直向上。
在太阳能电池片7的中间位置上方安置一个施力刀具6，该施力刀具6的结构请参阅图2和图3，其中间横梁12为刀刃基座，该刀刃基座的下方设有一刀刃13，该刀刃13与太阳能电池片7是横贯地接触，且以刀刃为接触点直立在太阳能电池片7的平面上。
施力刀具6的横梁12的两端垂直地各设有一支架10，两个支架10的下端均开设有一圆孔11；该圆孔的作用是用来吊挂吊钩4。
本实用新型用于采集测量数据的器件是一CCD摄像机，较理想地是该CCD摄像机的分辨率不低于50万像素。该CCD摄像机固定后(比如三角架B)，其镜头朝向刀刃13与太阳能电池片7的接触部位。
该CCD摄像机通过一根数据线与一台计算机连接，以处理采集的数据，该计算机配置的图像采集卡的分辨率最好不低于768×576像素。
具体操作时，底座2固定在稳固的水平左右支座1上，将两个L形支承刀具3平行于底座2边缘并且相隔一定距离，L形支承刀具3的棱边3a向内地对称固定在底座2上，将电池片7平行于底座2边缘水平横跨在两个支承刀具3上。在施力刀具6对着CCD摄像机的一侧上贴一十字丝A(参阅图3A所示)，十字丝A中心位于被测太阳能电池片7上表面与刀刃13交叉点，将施力刀具6放置在太阳能电池片7上，施力刀具6位于两支承刀具3的对称线上。在力刀具6两侧的支架10的圆孔11上悬挂吊钩4。CCD摄像机放置在三脚架B上，将图像采集卡***计算机的PCI插槽，通过1394数据线连接CCD摄像机和计算机(公知技术)。
安装好实验装置后，首先利用标准网格板(参阅图5)对CCD摄像机进行标定。然后用CCD摄像机拍下未在吊钩上加砝码时十字丝的起始图像，然后在吊钩4上悬挂砝码5，每次加一个砝码5，用CCD摄像机拍下十字丝A的图像，直至太阳能电池片7断裂；然后进行图像处理，计算出十字丝A的位移，也即太阳能电池片7的挠度。最后根据弯曲弹性模量公式
Figure Y200820124772D00061
计算弹性模量Ef。
式中：l是支承刀具(3)之间的距离；b是太阳能电池片7宽度；h是太阳能电池片7的厚度；Δp是载荷增量；Δf是与载荷增量Δp对应的跨距中点处的挠度增量，单位是米(m)。
实施例
将底座2固定在稳固水平的左、右支座1上。底座2是一个边长为88mm正方形的铁板，底座2的厚度为5mm，底座2上有8个直径为4mm的螺纹孔，螺纹孔上下对称，并距对称线25mm，距左边缘5mm、15mm处分别分布两个，距右边缘5mm、25mm处分别分布两个。将底座2通过距边缘5mm的4个螺纹孔用螺钉固定在稳固的水平左、右支座1上。
将两个L型支承刀具3平行于底座2边缘、相隔一定距离、棱边3a在内地对称固定在底座2上，将太阳能电池片7平行于底座2边缘水平横跨在两个支承刀具3上。支承刀具3长90mm，宽20mm，支承刀具3的横截面为一矩形，且矩形的一端上有一个直角三角形，直角三角形的斜边于矩形水平边的夹角为30°，有直角三角形的一侧高10mm，另一侧高5mm。
在施力刀具6对着CCD摄像机的一侧上贴一十字丝A，要求十字丝A中心位于被测有太阳能电池片7上表面与刀刃13交叉点。施力刀具6由中间横梁12作为刀刃基座，横梁两端垂直各设有一支架10，总长度为100mm，高30mm，厚5mm，中间横梁12长度为90mm。中间横梁12包括刀刃基底和刀刃13，刀刃基底厚5mm，刀刃13横截面呈“V”形，其夹角为60°，刀刃13与太阳能电池片7接触。支架10高30mm，宽5mm，厚5mm，在两个支架上对称的各打一圆孔，用于悬挂吊钩4。刀刃基底和两个支架10为正方体。
将施力刀具6放置在太阳能电池片7上，并位于两支承刀具3的对称线上；
将图像采集卡***计算机的PCI插槽，并安装响应的驱动程序，然后将CCD摄像机放在三脚架上，调整三脚架的高度使摄像机的光轴接近太阳能电池片7，并约平行于太阳能电池片7，这样太阳能电池片7可成像在图像的中心，然后进行调焦，使十字丝的图像清晰。本实施例采用的摄像机为Panasonic WV-BP310型，图像采集卡为Picolor32黑白图像采集卡，分辨率为768×576像素。
将标准网格板垂直或倾斜放置在支座1上，并进行拍照，完成对计算机的标定。在施力刀具6两侧的圆孔悬挂吊钩4，用摄像机拍下十字丝A的起始图像，然后在吊钩4上悬挂砝码5，每次加一个砝码5，用摄像机拍下十字丝A的图像，直至太阳能电池片7断裂。每个砝码5的质量为50g，施力刀具6重60.5g，吊钩4重40g，而电池片7的重量仅为几克，因此电池片7的自重可忽略。通过图像处理就可计算出十字丝A的位移，也即电池片的挠度。
图6表示某一硅电池BSFR37样本的挠度—载荷曲线的线性段，计算得到弯曲弹性模量为8659.81MPa。图7表示某一GaAs/Ge电池片的样本的挠度—载荷曲线的线性段，弯曲弹性模量为4095.57MPa。

Claims (4)

1、一种太阳能电池片力学性能测量装置，其特征在于，主要包括：
两个水平支座，相互之间设有工作间隙，每个水平支座上各固定有一个带棱边的支承刀具；
一太阳能电池片，其两边分别置于两个支承刀具的棱边上，该太阳能电池片的中间对应两个水平支座中间的工作间隙；
一个施力刀具，其中间横梁为刀刃基座，该刀刃基座向下地设有一刀刃，该刀刃与太阳能电池片横贯地接触；
横梁的两端垂直地各设有一支架；
至少一个砝码吊挂在两个支架上；
一电荷耦合器件摄像机，其镜头朝向刀刃与太阳能电池片的接触部位。
2、如权利要求1所述的测量装置，其特征在于，支承刀具与水平支座之间设置一个底座。
3、如权利要求1所述的测量装置，其特征在于，横梁两端支架的下端各开设有一圆孔，砝码通过吊钓挂在两个支架的圆孔上。
4、如权利要求1所述的测量装置，其特征在于，电荷耦合器件摄像机固定在三角支架上。
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