專利名稱：一種超大輻照面積的太陽光模擬器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及太陽光模擬器，具體是指一種基于LED的超大輻照面積的太陽光模擬
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背景技術(shù)：
太陽光模擬器是模擬太陽光輻射的光學(xué)儀器。現(xiàn)有的太陽光模擬器一般有兩類， 一是應(yīng)用氙燈等光源，同時選配合適的濾光片，實現(xiàn)模擬器輸出光與太陽輻射光譜的匹配。 另一種為使用不同顏色的LED組合光源，借助濾光裝置，通過分光聚光等光學(xué)變換來模擬太陽光譜。這兩種模擬器都受到光學(xué)系統(tǒng)的限制，難以實現(xiàn)大輻照面積、高輻射強度的連續(xù)光輸出。

發(fā)明內(nèi)容
基于上述已有的太陽光模擬器存在的各種問題，本發(fā)明的目的是要提供一種基于 LED的、具有超大輻照面積、高輻射強度、能通過自動反饋控制系統(tǒng)來獲得最優(yōu)化太陽光譜匹配結(jié)果的太陽光模擬器。本發(fā)明的太陽光模擬器由箱體式光源系統(tǒng)、大面積光學(xué)均勻化處理系統(tǒng)、智能控制系統(tǒng)、輸出光信號實時測量系統(tǒng)組成。箱體式光源系統(tǒng)包括置于燈箱內(nèi)底部的回路熱管散熱器，回路熱管散熱器與智能控制系統(tǒng)相連接，受智能控制系統(tǒng)的調(diào)度?；芈窡峁苌崞魃嫌信c其低熱阻連接的上面安裝有面陣復(fù)合光源的金屬基板；面陣復(fù)合光源四周圍合有一倒八字形的鏡面不銹鋼反射鏡，由此在面陣復(fù)合光源上方構(gòu)成一圍合區(qū)，使各波段的發(fā)光源在圍合區(qū)內(nèi)得到充分的重疊混色。面陣復(fù)合光源由主體光源和配置光源組成。主體光源由白光LED和紅綠兩色LED 組成。配置光源由紫外LED、紅外鹵鎢燈組成。在整個面陣復(fù)合光源中四種發(fā)光管數(shù)量各占 25%，呈規(guī)則間隔排列。通過均勻分布的不同光譜的LED，面陣復(fù)合光源的面積可根據(jù)實際需要而擴展。燈箱壁內(nèi)分別安裝有與光纖光譜儀連接的光纖頭部和光輻射測量儀連接的光傳感器。大面積光學(xué)均勻化處理系統(tǒng)包括光擴散板和菲涅爾透鏡板構(gòu)成的光源輸出光學(xué)系統(tǒng)，光擴散板距離面陣復(fù)合光源的高度為鏡面不銹鋼反射鏡的高度，菲涅爾透鏡距離光擴散板為菲涅爾透鏡的焦距F。智能控制系統(tǒng)由穩(wěn)定電源整流器、直流控制電源、中央處理器(CPU)和輸入(鍵盤)/輸出(顯示屏)設(shè)備組成。穩(wěn)定電源整流器將交流市電轉(zhuǎn)換成穩(wěn)流/穩(wěn)壓的直流電源輸入直流控制電源。直流控制電源有多路獨立可控大電流輸出，分別給面陣復(fù)合光源中的白光LED、R/G LED、紫外LED和紅外鹵鎢燈供電。中央處理器(CPU)通過工業(yè)總線與輸出光信號實時測量系統(tǒng)連接，獲取實時測量數(shù)值經(jīng)算法運算后，提供電路信號給穩(wěn)定電源整流器、直流控制電源來調(diào)節(jié)各色光源的增益，它同時還通過總線與顯示屏聯(lián)接，輸出模擬光源各項參數(shù)，達到的國際質(zhì)量標準等級， 以及裝置所處的環(huán)境溫度濕度等。輸出光信號實時測量系統(tǒng)由光纖光譜儀和光輻射測量儀組成，通過工業(yè)總線與智能控制系統(tǒng)連接，用于箱體式光源輸出光的在線實時檢測。本發(fā)明的LED太陽光模擬器具有大輻照面積和連續(xù)光輸出特點。輸出光穩(wěn)定性高、均勻性高，與太陽光具有理想得光譜匹配。并且制造工藝簡單，便于流水作業(yè)，生產(chǎn)效率高，降低生產(chǎn)成本低，具有推廣應(yīng)用前景。


圖1為本發(fā)明的太陽光模擬器的結(jié)構(gòu)示意圖。圖2為本實施例的面陣復(fù)合光源中四種發(fā)光管的均勻分布圖。
具體實施例方式下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明的具體實施方式
作進一步的詳細說明本發(fā)明的太陽光模擬器由箱體式光源系統(tǒng)1、大面積光學(xué)均勻化處理系統(tǒng)2、智能控制系統(tǒng)3、輸出光信號實時測量系統(tǒng)4組成。箱體式光源1包括置于燈箱106內(nèi)底部的回路熱管散熱器101，回路熱管散熱器上有與其低熱阻連接的上面安裝有面陣復(fù)合光源102的金屬基板103，回路熱管散熱器101 的電路部分與智能控制系統(tǒng)3形成電路連接。面陣復(fù)合光源四周圍合有一倒八字形的鏡面不銹鋼反射鏡104，由此在面陣復(fù)合光源上方構(gòu)成一圍合區(qū)105，使各波段的發(fā)光源在圍合區(qū)內(nèi)得到充分的重疊混色；用金屬制造的反射鏡，固定于面陣復(fù)合光源的四周，有助于光源的散熱作用。在光擴散板201上方，燈箱壁內(nèi)分別安裝有與光纖光譜儀401連接的光纖頭部4011和光輻射測量儀402連接的光傳感器4021。本發(fā)明應(yīng)用的回路熱管散熱器是最新發(fā)展的相變冷卻技術(shù)制造的冷卻器，它特別適用于大功率LED高熱流密度的冷卻散熱作用?；芈窡峁苌崞魇苤悄芸刂葡到y(tǒng)的中央處理器(CPU) 303控制調(diào)節(jié)。面陣復(fù)合光源由主體光源和配置光源組成。主體光源由白光LED和R/G LED組成。配置光源由紫外LED、紅外鹵鎢燈組成。配置光源使面陣復(fù)合光源光譜分別向紫外和紅外方向延伸，實現(xiàn)寬波段太陽光譜匹配。其中R/G LED發(fā)光主波長R為620-630nm，G為 510-540nm ；R/G芯片可分別控制，它們與主體光源中白光LED在可見光波段混色后，產(chǎn)生與太陽光譜相匹配的可見光波段白光輻射。面陣復(fù)合光源的面積可根據(jù)實際需要而定。本發(fā)明的輸出光輻照面積可達到 500mm*1000mm以上。為獲得模擬太陽光輸出的均勻性，在整個面陣復(fù)合光源中四種發(fā)光管數(shù)量各占25 %，并且均勻分布。本實施例提供一種四種發(fā)光管較佳空間分布規(guī)律，即在X軸和Y軸上，四種發(fā)光管以相同的周期交替排列構(gòu)成面陣。最后得到的是任意依次取其連續(xù)排列的十二個光源所占的區(qū)域，它們都形成對稱關(guān)系。見圖2，圖中的四種圖案分別代表四種發(fā)光管。大面積光學(xué)均勻化處理系統(tǒng)2依次由光擴散板201和菲涅爾透鏡板202構(gòu)成。該光學(xué)均勻化處理系統(tǒng)兼?zhèn)涔鈹U散和光學(xué)聚焦作用，以獲得高均勻性的大面積光輸出。整個處理系統(tǒng)2固定在燈箱上方。為使LED面陣復(fù)合光源平面上的所有光源器件的光輻射，包括排列于面陣邊緣LED器件的光輻射，能得到總體混色作用，光擴散板距離LED面陣復(fù)合光源平面的高度H，至少應(yīng)有H> 1/2L，L為LED面陣復(fù)合光源的長度尺寸。H也就是為鏡面不銹鋼反射鏡104的高度。菲涅爾透鏡距離光擴散板為菲涅爾透鏡的焦距F。整個光學(xué)處理系統(tǒng)保證超大面積面陣光源輸出光在輻照范圍內(nèi)的均勻性。智能控制系統(tǒng)3由穩(wěn)定電源整流器301、直流控制電源302、中央處理器303、輸入 (鍵盤)/輸出(顯示屏)設(shè)備(圖中未畫)和存儲系統(tǒng)(圖中未畫)組成。穩(wěn)定電源整流器將交流市電轉(zhuǎn)換成穩(wěn)流/穩(wěn)壓的直流電源輸入直流控制電源。直流控制電源有多路獨立可控大電流輸出，分別給面陣復(fù)合光源各種LED和紅外鹵鎢燈供電。模擬器的輸出光經(jīng)信號測量系統(tǒng)4在線實時檢測，所提供光電反饋信號，經(jīng)智能控制系統(tǒng)的中央處理器計算后提供相應(yīng)的光電反饋至光源的直流控制電路，使各個通道的LED發(fā)光強度相應(yīng)地發(fā)生變化，最終形成穩(wěn)定的最優(yōu)混色方案，使最終輸出光達到和地面太陽光譜的最佳匹配。輸入設(shè)備(鍵盤)提供給用戶，用以設(shè)定所需要的太陽模擬強度等級，模擬地區(qū)選擇，連續(xù)工作的時間等等各項參數(shù)。輸出設(shè)備(顯示屏)用以顯示當前模擬器的各項參數(shù)，當前的輸出光的均勻化指標和光譜匹配指標，以及對應(yīng)的國際標準質(zhì)量等級。存儲設(shè)備保存有歸一化的各種標準太陽光譜數(shù)據(jù)和相應(yīng)的太陽光強度數(shù)據(jù)。系統(tǒng)上電工作時，由光纖光譜儀和光輻射強度測試儀在線實時獲取數(shù)據(jù)提供給智能控制系統(tǒng)，系統(tǒng)軟件根據(jù)存儲的數(shù)據(jù)和實時數(shù)據(jù)進行實時、快速地比較運算，根據(jù)運算結(jié)果控制系統(tǒng)分別控制面陣復(fù)合光源中的各種光源驅(qū)動電源。由此模擬器的輸出光，經(jīng)過反復(fù)數(shù)次反饋，逐次逼近所模擬的光譜數(shù)據(jù)，逐次逼近所模擬的太陽光譜，而獲得模擬器光輸出；同時由光輻射測量儀檢測光輻射強度數(shù)據(jù)，調(diào)整用戶所需模擬光譜輻射強度的光輸出。 控制系統(tǒng)同時將系統(tǒng)當前的光譜分布，色溫參數(shù)，顯色指數(shù)，輻照強度，均勻性指標，光譜匹配指標等系列質(zhì)量參數(shù)輸出到顯示屏。輸出光信號測試系統(tǒng)4由光纖光譜儀401和光輻射測量儀402組成，用于模擬器的輸出光參數(shù)的在線實時檢測。光纖光譜儀和光輻射測量儀通過工業(yè)總線與智能控制系統(tǒng) 3連接。
權(quán)利要求
1.一種超大輻照面積的太陽光模擬器，由箱體式光源系統(tǒng)(1)、大面積均勻化光學(xué)處理系統(tǒng)O)，智能控制系統(tǒng)(3)和輸出光信號實時測量系統(tǒng)(4)組成；其特征在于所說的箱體式光源系統(tǒng)(1)包括置于燈箱(106)內(nèi)底部的回路熱管散熱器(101)，回路熱管散熱器上有與其低熱阻連接的上面安裝有面陣復(fù)合光源(10 的金屬基板(103)； 面陣復(fù)合光源四周圍合有一倒八字形的鏡面不銹鋼反射鏡(104)，由此在面陣復(fù)合光源上方構(gòu)成一圍合區(qū)(105)，使各波段的發(fā)光源在圍合區(qū)內(nèi)得到充分的重疊混色；所說的大面積均勻化光學(xué)處理系統(tǒng)( 依次由光擴散板(201)和菲涅爾透鏡板(202) 構(gòu)成；所說的智能控制系統(tǒng)(3)由穩(wěn)定電源整流器(301)、直流控制電源(302)、中央處理器 (303)、輸入輸出設(shè)備組成；穩(wěn)定電源整流器將交流市電轉(zhuǎn)換成穩(wěn)流/穩(wěn)壓的直流電源輸入直流控制電源；直流控制電源有多路獨立可控大電流輸出，分別給面陣復(fù)合光源(102)中的白光LED、R/G LED、紫外LED和紅外鹵鎢燈供電；智能控制器與穩(wěn)定電源整流器、直流控制電源構(gòu)成電路連接；所說的輸出光信號實時測量系統(tǒng)由光纖光譜儀(401)和光輻射測量儀(402)組成，與光纖光譜儀(401)連接的光纖頭部G011)和光輻射測量儀(40 連接的光傳感器 (4021)安裝在燈箱壁內(nèi)上方，用于箱體式光源(1)輸出光的在線實時檢測，光纖光譜儀 (401)和光輻射測量儀(402)通過工業(yè)總線與智能控制系統(tǒng)(3)連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的一種超大輻照面積的太陽光模擬器，其特征在于所說的面陣復(fù)合光源由主體光源和配置光源組成；主體光源由白光LED和R/G LED組成；配置光源由紫外 LED、紅外鹵鎢燈組成。
3.根據(jù)權(quán)利要求2的一種超大輻照面積的太陽光模擬器，其特征在于所說的面陣復(fù)合光源通過均勻分布的不同光譜的LED其面積可根據(jù)實際需要而擴展。
4.根據(jù)權(quán)利要求1的一種超大輻照面積的太陽光模擬器，其特征在于所說的光擴散板(201)距離面陣復(fù)合光源的高度H至少> 1/2L，L為LED面陣復(fù)合光源的長度尺寸。
5.根據(jù)權(quán)利要求1的一種超大輻照面積的太陽光模擬器，其特征在于所說的菲涅爾透鏡板(202)距離光擴散板為菲涅爾透鏡的焦距F。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種超大輻照面積的太陽光模擬器，該太陽光模擬器由箱體式光源系統(tǒng)、大面積光學(xué)均勻化處理系統(tǒng)、智能控制系統(tǒng)、輸出光信號測量系統(tǒng)組成。本發(fā)明的特征是箱體式光源系統(tǒng)中的面陣復(fù)合光源的面積可根據(jù)實際需要而定，輸出光輻照面積可達到500mm*1000mm以上；大面積均勻化光學(xué)處理系統(tǒng)保證超大面積面陣光源輸出光在輻照范圍內(nèi)的均勻性；智能控制系統(tǒng)將輸出光經(jīng)信號測量系統(tǒng)在線實時檢測，提供光電反饋信號，經(jīng)智能控制系統(tǒng)的中央處理器計算后提供相應(yīng)的光電反饋至光源的直流控制電路，使各個通道的LED發(fā)光強度相應(yīng)地發(fā)生變化，最終形成穩(wěn)定的最優(yōu)混色方案，使最終輸出光達到和地面太陽光譜的最佳匹配。
文檔編號H05B37/02GK102421220SQ201110243120
公開日2012年4月18日 申請日期2011年8月23日 優(yōu)先權(quán)日2011年8月23日
發(fā)明者劉萬春, 梅偉芳, 王善力, 蘇錦文, 褚君浩 申請人:上海太陽能電池研究與發(fā)展中心