基于自由曲面的LED道路照明光系统设计与研究

发布时间：2017-04-24 23:17

  本文关键词：基于自由曲面的LED道路照明光系统设计与研究，，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：在全球经济的迅猛发展背景下,全球能源紧张日益加剧。面对如此紧迫的危机,我国政府全力倡导走可持续发展道路,在开辟新能源与再生能源的同时,也在全力倡导低碳的生活方式。据国家统计局统计数据显示,2013年我国发电总量为53975.5亿千瓦时,其中被用于照明的电量约占总量的13%,将近是9个三峡大坝的年发电量。因此照明节能成为国家节能减排的有效措施之一。在各种新能源中,最有前途的就是半导体发光二极管,简称LED。随着LED技术的日益发展,较传统光源,拥有节能环保、寿命长、响应快等优点,应用领域越来越广,诸如景观照明、交通灯、汽车灯、特种照明、普通照明等领域,被列为新世纪最有价值的照明光源。上述特定照明领域的应用前提是需对LED发出的光重新分配,即,对LED光源进行二次光学设计。本文从道路照明领域这一研究背景出发,重点对道路照明设计中的光学部分展开研究工作。首先,通过对LED的基本理论及道路照明的相关发展现状做简要介绍,从而引出自由曲面的光学设计。其次,根据配光理论及微分几何原理,对道路分别设计了灯具投影在道路中央透镜配光方案和灯具投影在道路内侧透镜配光方案；并对环形岛处也设计了相应的配光方案。在整个设计过程中,先对各透镜面型进行数学建模,并用Matlab软件编程求自由曲面面型的程序,再用SolidWorks软件建立相应透镜实体,进而,通过光线追迹软件Tracepro进行光学仿真,并根据仿真结果在DIALux中模拟分析路面的照明情形。结果证实：均匀度、眩光、周边照度系数等参数都满足《CJJ45-2006城市道路照明设计标准》,验证了方案之可行性。最后,根据本文研究内容进行总结,并在本文的研究基础上对整个照明设计进行展望,以便以后更好地引导工作方向。
【关键词】：LED 道路照明 二次光学设计 均匀度 自由曲面
【学位授予单位】：中国计量学院
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TU113.666;TM923.34
【目录】：

• 致谢5-6
• 摘要6-7
• abstract7-12
• 1 绪论12-17
• 1.1 课题研究背景及意义12-13
• 1.2 LED照明发展现状及趋势13-15
• 1.2.1 LED照明发展现状13-15
• 1.2.2 LED光学设计趋势15
• 1.3 论文结构安排及研究内容15-17
• 2 LED道路照明理论及其光学设计简介17-28
• 2.1 LED知识介绍17-23
• 2.1.1 LED发光原理简介17-18
• 2.1.2 LED的光效18
• 2.1.3 LED分类18-19
• 2.1.4 LED器件的主要性能19-23
• 2.1.4.1 光参数19-21
• 2.1.4.2 电参数21-22
• 2.1.4.3 热参数22-23
• 2.2 LED用于道路照明的优势及存在的问题23-25
• 2.2.1 LED用于道路照明的优势23-24
• 2.2.2 LED用于道路照明存在的问题24-25
• 2.3 道路照明相关参数25-26
• 2.4 LED照明光学设计简介26-27
• 2.4.1 光学设计概念26
• 2.4.2 用于照明的自由曲面二次光学设计方法26-27
• 2.5 本章小结27-28
• 3 基于道路均匀照明LED灯具光学设计28-45
• 3.1 灯具投影在道路中央均匀照明路灯透镜设计28-36
• 3.1.1 自由曲面的构建原理与求解28-31
• 3.1.1.1 光线与自由曲面的偏微分方程推导28-30
• 3.1.1.2 能量映射关系的推导30-31
• 3.1.2 结果仿真与分析31-34
• 3.1.2.1 结果仿真31-33
• 3.1.2.2 适用性分析33-34
• 3.1.3 照明方案实例34-36
• 3.2 灯具投影在道路内侧均匀照明路灯透镜设计36-43
• 3.2.1 设计原理36-40
• 3.2.1.1 理论分析36-38
• 3.2.1.2 计算推导38-40
• 3.2.2 模拟仿真40-42
• 3.2.3 照明方案实例42-43
• 3.3 本章小结43-45
• 4 基于环形岛道路均匀照明LED灯具光学设计45-53
• 4.1 自由曲面构建原理与求解45-47
• 4.1.1 设计原理46-47
• 4.2 光学仿真与分析47-50
• 4.2.1 光学仿真47-49
• 4.2.2 光源尺寸对照明效果的影响分析49-50
• 4.3 照明方案实例50-51
• 4.4 本章小结51-53
• 5 总结与展望53-55
• 5.1 总结53-54
• 5.2 创新点54
• 5.3 展望54-55
• 参考文献55-57
• 作者简历57

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