專利名稱：太陽(yáng)能電池片力學(xué)性能測(cè)量裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種太陽(yáng)能電池片的彎曲彈性模量測(cè)量裝置，具體地 涉及一種太陽(yáng)能電池片力學(xué)性能非接觸攝影測(cè)量裝置。
背景技術(shù)：
材料的力學(xué)性能是結(jié)構(gòu)力學(xué)和動(dòng)力學(xué)分析中必須知道的物理特性，彎 曲彈性模量是材料的一項(xiàng)重要力學(xué)性能參數(shù)，該特性通常是通過(guò)實(shí)驗(yàn)的方 法測(cè)量得到的，目前常用的實(shí)驗(yàn)裝置是用萬(wàn)能材料實(shí)驗(yàn)機(jī)或者三點(diǎn)彎曲實(shí) 驗(yàn)機(jī)來(lái)測(cè)量。太陽(yáng)能電池片的彎曲彈性模量需要測(cè)量其彎曲撓度，彎曲撓 度的大小約在幾十至幾百微米，而萬(wàn)能材料實(shí)驗(yàn)機(jī)或者三點(diǎn)彎曲實(shí)驗(yàn)機(jī)的
位移精度一般為iooo微米，其位移精度達(dá)不到，因此在實(shí)驗(yàn)機(jī)上無(wú)法測(cè)
量太陽(yáng)能電池片的彎曲撓度。另外，萬(wàn)能材料實(shí)驗(yàn)機(jī)和三點(diǎn)彎曲實(shí)驗(yàn)機(jī)非
#曰蟲 吊卬貝。

實(shí)用新型內(nèi)容
本實(shí)用新型的目的在于提供一種太陽(yáng)能電池片力學(xué)性能測(cè)量裝置，以 解決現(xiàn)有材料實(shí)驗(yàn)裝置無(wú)法實(shí)現(xiàn)太陽(yáng)能電池片彎曲彈性模量測(cè)量實(shí)驗(yàn)中 彎曲撓度測(cè)量的不足，以及實(shí)驗(yàn)設(shè)備過(guò)于昂貴的缺陷。
為實(shí)現(xiàn)上述目的，本實(shí)用新型提供的太陽(yáng)能電池片力學(xué)性能測(cè)量實(shí)驗(yàn)
裝置，其主要包括
兩個(gè)水平支座，相互之間設(shè)有工作間隙，每個(gè)水平支座上各固定有一
個(gè)帶棱邊的支承刀具；
一太陽(yáng)能電池片，其兩邊分別置于兩個(gè)支承刀具的棱邊上，該太陽(yáng)能 電池片的中間對(duì)應(yīng)兩個(gè)水平支座中間的工作間隙；
一個(gè)施力刀具，其中間橫梁為刀刃基座，該刀刃基座向下地設(shè)有一刀 刃，基本形狀呈門形；該刀刃與太陽(yáng)能電池片橫貫地接觸；橫梁的兩端垂直地各設(shè)有一支架，在這兩個(gè)支架的下端相同的位置打一圓孔； 一吊鉤通 過(guò)施力刀具支架上的圓孔懸掛在支架上；至少一個(gè)砝碼吊通過(guò)吊鉤掛在兩 個(gè)支架上；
一電荷耦合器件(CCD)攝像機(jī)，其鏡頭朝向刀刃與太陽(yáng)能電池片的 接觸部位。
本實(shí)用新型裝置的測(cè)量精度能滿足電池片的彎曲撓度的精度測(cè)量要 求，且實(shí)驗(yàn)裝置簡(jiǎn)單，成本低。
"

圖1是本實(shí)用新型的太陽(yáng)能電池片力學(xué)性能非接觸攝影測(cè)量裝置示意 圖2是本實(shí)用新型的施力刀具正視圖3是圖2中沿C-C線的剖面視圖；其中圖3A為圖2的側(cè)視圖； 圖4是本實(shí)用新型的支承刀具側(cè)視圖5是本實(shí)用新型用于通過(guò)攝像機(jī)標(biāo)定的標(biāo)準(zhǔn)網(wǎng)格板的示意圖
圖6是利用本實(shí)用新型對(duì)BSFR37電池片進(jìn)行測(cè)量的撓度一載荷曲線
圖7是利用本實(shí)用新型對(duì)GaAs/Ge電池片進(jìn)行測(cè)量的撓度—載荷曲線圖。
具體實(shí)施方式
本實(shí)用新型的太陽(yáng)能電池片彎曲彈性模量測(cè)量的原理是通過(guò)攝影測(cè) 量和圖像處理，獲得太陽(yáng)能電池片的彎曲撓度，然后根據(jù)彈性力學(xué)中彈性 模量與撓度的關(guān)系計(jì)算彎曲彈性模量。
太陽(yáng)能電池片的彎曲實(shí)驗(yàn)裝置是根據(jù)GB/T14452-93 (金屬?gòu)澢W(xué) 性能實(shí)驗(yàn)方法)和GB1449-83 (復(fù)合材料彎曲實(shí)驗(yàn)方法)要求，采用三點(diǎn) 彎曲法進(jìn)行實(shí)驗(yàn)而設(shè)計(jì)的。
請(qǐng)結(jié)合圖l，是本實(shí)用新型的太陽(yáng)能電池片力學(xué)性能測(cè)量裝置示意圖。 其中
該裝置的基座是兩個(gè)相互之間設(shè)有工作間隙的水平支座1，兩個(gè)水平
4支座1上各固定有一個(gè)帶棱邊的支承刀具3，為了使支承刀具3在水平支 座1上更加穩(wěn)定，在兩個(gè)支承刀具3和兩個(gè)水平支座1之間固定一個(gè)整體
的底座2。
將太陽(yáng)能電池片7的兩邊分別置于兩個(gè)支承刀具3的棱邊上，太陽(yáng)能 電池7的中間部位對(duì)應(yīng)兩個(gè)水平支座1中間的工作間隙。需要強(qiáng)調(diào)地是， 本實(shí)用新型的支承刀具3帶有一棱邊3a，基本形狀呈橫置的L型，將太陽(yáng) 能電池片7的兩邊分別置于兩個(gè)支承刀具3的棱邊3a上，可以保持對(duì)該 太陽(yáng)能電池片7的支撐力方向始終垂直向上。
在太陽(yáng)能電池片7的中間位置上方安置一個(gè)施力刀具6，該施力刀具 6的結(jié)構(gòu)請(qǐng)參閱圖2和圖3，其中間橫梁12為刀刃基座，該刀刃基座的下 方設(shè)有一刀刃13，該刀刃13與太陽(yáng)能電池片7是橫貫地接觸，且以刀刃 為接觸點(diǎn)直立在太陽(yáng)能電池片7的平面上。
施力刀具6的橫梁12的兩端垂直地各設(shè)有一支架10，兩個(gè)支架10 的下端均開(kāi)設(shè)有一圓孔11;該圓孔的作用是用來(lái)吊掛吊鉤4。
本實(shí)用新型用于采集測(cè)量數(shù)據(jù)的器件是一 CCD攝像機(jī)，較理想地是 該CCD攝像機(jī)的分辨率不低于50萬(wàn)像素。該CCD攝像機(jī)固定后(比如 三角架B)，其鏡頭朝向刀刃13與太陽(yáng)能電池片7的接觸部位。
該CCD攝像機(jī)通過(guò)一根數(shù)據(jù)線與一臺(tái)計(jì)算機(jī)連接，以處理采集的數(shù) 據(jù)，該計(jì)算機(jī)配置的圖像采集卡的分辨率最好不低于768^576像素。
具體操作時(shí)，底座2固定在穩(wěn)固的水平左右支座1上，將兩個(gè)L形支 承刀具3平行于底座2邊緣并且相隔一定距離，L形支承刀具3的棱邊3a 向內(nèi)地對(duì)稱固定在底座2上，將電池片7平行于底座2邊緣水平橫跨在兩 個(gè)支承刀具3上。在施力刀具6對(duì)著CCD攝像機(jī)的一側(cè)上貼一十字絲A (參閱圖3A所示)，十字絲A中心位于被測(cè)太陽(yáng)能電池片7上表面與刀 刃13交叉點(diǎn)，將施力刀具6放置在太陽(yáng)能電池片7上，施力刀具6位于 兩支承刀具3的對(duì)稱線上。在力刀具6兩側(cè)的支架10的圓孔11上懸掛吊 鉤4。 CCD攝像機(jī)放置在三腳架B上，將圖像采集卡插入計(jì)算機(jī)的PCI 插槽，通過(guò)1394數(shù)據(jù)線連接CCD攝像機(jī)和計(jì)算機(jī)(公知技術(shù))。
安裝好實(shí)驗(yàn)裝置后，首先利用標(biāo)準(zhǔn)網(wǎng)格板(參閱圖5)對(duì)CCD攝像機(jī) 進(jìn)行標(biāo)定。然后用CCD攝像機(jī)拍下未在吊鉤上加砝碼時(shí)十字絲的起始圖像，然后在吊鉤4上懸掛砝碼5，每次加一個(gè)砝碼5，用CCD攝像機(jī)拍下 十字絲A的圖像，直至太陽(yáng)能電池片7斷裂；然后進(jìn)行圖像處理，計(jì)算出 十字絲A的位移，也即太陽(yáng)能電池片7的撓度。最后根據(jù)彎曲彈性模 式<formula>formula see original document page 6</formula>￡,二^7計(jì)算彈性模量￡/。
式中/是支承刀具(3)之間的距離；6是太陽(yáng)能電池片7寬度；A是 太陽(yáng)能電池片7的厚度；A^是載荷增量；^是與載荷增量Ap對(duì)應(yīng)的跨距 中點(diǎn)處的撓度增量，單位是米(m)。
實(shí)施例
將底座2固定在穩(wěn)固水平的左、右支座1上。底座2是-一個(gè)邊長(zhǎng)為 88mm正方形的鐵板，底座2的厚度為5mm,底座2上有8個(gè)直徑為4mm 的螺紋孔，螺紋孔上下對(duì)稱，并距對(duì)稱線25mm，距左邊緣5mm、 15mm 處分別分布兩個(gè)，距右邊緣5mm、 25mm處分別分布兩個(gè)。將底座2通過(guò) 距邊緣5mm的4個(gè)螺紋孔用螺釘固定在穩(wěn)固的水平左、右支座1上。
將兩個(gè)L型支承刀具3平行于底座2邊緣、相隔一定距離、棱邊3a 在內(nèi)地對(duì)稱固定在底座2上，將太陽(yáng)能電池片7平行于底座2邊緣水平橫 跨在兩個(gè)支承刀具3上。支承刀具3長(zhǎng)90mm，寬20mm，支承刀具3的 橫截面為一矩形，且矩形的一端上有一個(gè)直角三角形，直角三角形的斜邊 于矩形水平邊的夾角為30。，有直角三角形的一側(cè)高10mm，另一側(cè)高5mm。
在施力刀具6對(duì)著CCD攝像機(jī)的一側(cè)上貼一十字絲A，要求十字絲 A中心位于被測(cè)有太陽(yáng)能電池片7上表面與刀刃13交叉點(diǎn)。施力刀具6 由中間橫梁12作為刀刃基座，橫梁兩端垂直各設(shè)有一支架10，總長(zhǎng)度為 100mm，高30mm，厚5mm，中間橫梁12長(zhǎng)度為90mm。中間橫梁12包 括刀刃基底和刀刃13，刀刃基底厚5mm，刀刃13橫截面呈"V"形，其夾 角為60°，刀刃13與太陽(yáng)能電池片7接觸。支架10高30mm，寬5mm， 厚5mm，在兩個(gè)支架上對(duì)稱的各打一圓孔，用于懸掛吊鉤4。刀刃基底和 兩個(gè)支架IO為正方體。
將施力刀具6放置在太陽(yáng)能電池片7上，并位于兩支承刀具3的對(duì)稱 線上；將圖像采集卡插入計(jì)算機(jī)的PCI插槽，并安裝響應(yīng)的驅(qū)動(dòng)程序，然后 將CCD攝像機(jī)放在三腳架上，調(diào)整三腳架的高度使攝像機(jī)的光軸接近太 陽(yáng)能電池片7，并約平行于太陽(yáng)能電池片7，這樣太陽(yáng)能電池片7可成像 在圖像的中心，然后進(jìn)行調(diào)焦，使十字絲的圖像清晰。本實(shí)施例采用的攝 像機(jī)為Panasonic WV-BP310型，圖像采集卡為Picolor32黑白圖像采集卡， 分辨率為768x576像素。
將標(biāo)準(zhǔn)網(wǎng)格板垂直或傾斜放置在支座1上，并進(jìn)行拍照，完成對(duì)計(jì)算 機(jī)的標(biāo)定。在施力刀具6兩側(cè)的圓孔懸掛吊鉤4，用攝像機(jī)拍下十字絲A 的起始圖像，然后在吊鉤4上懸掛砝碼5，每次加一個(gè)砝碼5，用攝像機(jī) 拍下十字絲A的圖像，直至太陽(yáng)能電池片7斷裂。每個(gè)砝碼5的質(zhì)量為 50g，施力刀具6重60.5g，吊鉤4重40g，而電池片7的重量?jī)H為幾克， 因此電池片7的自重可忽略。通過(guò)圖像處理就可計(jì)算出十字絲A的位移， 也即電池片的撓度。
圖6表示某一硅電池BSFR37樣本的撓度一載荷曲線的線性段，計(jì)算 得到彎曲彈性模量為8659.81MPa。圖7表示某一 GaAs/Ge電池片的樣本 的撓度一載荷曲線的線性段，彎曲彈性模量為4095.57MPa。
權(quán)利要求1、一種太陽(yáng)能電池片力學(xué)性能測(cè)量裝置，其特征在于，主要包括兩個(gè)水平支座，相互之間設(shè)有工作間隙，每個(gè)水平支座上各固定有一個(gè)帶棱邊的支承刀具；一太陽(yáng)能電池片，其兩邊分別置于兩個(gè)支承刀具的棱邊上，該太陽(yáng)能電池片的中間對(duì)應(yīng)兩個(gè)水平支座中間的工作間隙；一個(gè)施力刀具，其中間橫梁為刀刃基座，該刀刃基座向下地設(shè)有一刀刃，該刀刃與太陽(yáng)能電池片橫貫地接觸；橫梁的兩端垂直地各設(shè)有一支架；至少一個(gè)砝碼吊掛在兩個(gè)支架上；一電荷耦合器件攝像機(jī)，其鏡頭朝向刀刃與太陽(yáng)能電池片的接觸部位。
2、 如權(quán)利要求1所述的測(cè)量裝置，其特征在于，支承刀具與水平支 座之間設(shè)置一個(gè)底座。
3、 如權(quán)利要求1所述的測(cè)量裝置，其特征在于，橫梁兩端支架的下 端各開(kāi)設(shè)有一圓孔，砝碼通過(guò)吊釣掛在兩個(gè)支架的圓孔上。
4、 如權(quán)利要求1所述的測(cè)量裝置，其特征在于，電荷耦合器件攝像 機(jī)固定在三角支架上。
專利摘要一種太陽(yáng)能電池片力學(xué)性能測(cè)量裝置，其主要包括兩個(gè)水平支座，相互之間設(shè)有工作間隙，每個(gè)水平支座上各固定有一個(gè)帶棱邊的支承刀具；一太陽(yáng)能電池片，其兩邊分別置于兩個(gè)支承刀具的棱邊上，該太陽(yáng)能電池片的中間對(duì)應(yīng)兩個(gè)水平支座中間的工作間隙；一個(gè)施力刀具，其中間橫梁為刀刃基座，該刀刃基座向下地設(shè)有一刀刃，該刀刃與太陽(yáng)能電池片橫貫地接觸；橫梁的兩端垂直地各設(shè)有一支架；至少一個(gè)砝碼吊掛在兩個(gè)支架上；一電荷耦合器件攝像機(jī)，其鏡頭朝向刀刃與太陽(yáng)能電池片的接觸部位。本實(shí)用新型裝置的測(cè)量精度能滿足電池片的彎曲撓度的精度測(cè)量要求，且實(shí)驗(yàn)裝置簡(jiǎn)單，成本低。
文檔編號(hào)G01N3/00GK201247183SQ20082012477
公開(kāi)日2009年5月27日 申請(qǐng)日期2008年12月17日 優(yōu)先權(quán)日2008年12月17日
發(fā)明者劉志臻, 孫祥一, 李東旭, 王荔斌, 蔣建平 申請(qǐng)人:中國(guó)人民解放軍國(guó)防科學(xué)技術(shù)大學(xué)