基于LED和微纳导光膜的可见太阳光模拟器设计与研制

发布时间：2020-05-14 21:45

【摘要】：太阳光谱模拟器是模拟太阳光辐照特性的试验设备,利用太阳光模拟器可以在室内模拟自然太阳光,可获得稳定、可控的模拟太阳光,已广泛应用于航天器空间环境模拟试验、太阳电池检测与标定、工程材料老化试验、生物实验等领域。但是由于近红外波段太阳光谱波形陡峭,现有的光源都无法精确模拟。所以本文重点研究可见太阳光波段,基于新型光源LED设计并制备了可见太阳光模拟器。本文根据太阳可见光谱特征匹配的设计需求,设计并制作了一种由LED(Light Emitting Diode,半导体发光二极管)、驱动模组和微纳导光膜组成的模拟可见太阳光谱的装置。在不同LED发光光谱与太阳光谱的比对、分析的基础上,采用优化后的灰色系统算法等来拟合可见太阳光谱,再由单片机及其附属设备驱动调光电路调节LED阵列的发光强度,最后经光学导光膜传导至装置表面,实现均匀和程控发光。在不同自然光照范围内,该装置在100-500W/m~2光照强度范围内与可见太阳光谱的匹配度达到90%。本装置采用多组无级调光模式,具有光谱模拟精度高以及光强输出调节范围宽等特点。本文涉及太阳可见光谱模拟技术领域,具体涉及一种用LED及其驱动模组和微纳导光膜模拟太阳光辐照特性的一种器件。采用在可见光范围内多个不同光谱特征的LED组成点光源,经导光膜混光合成来模拟可见波段太阳光谱,并以面阵光源方式呈现。本文的主要研究工作如下:(1)分析大功率LED主要性能特点,建立常用LED光谱数据库;(2)基于灰色关联度优化算法的标准太阳光谱匹配研究;(3)使用Tracepro和Origin软件对显示器件进行模拟,分析得出单个LED光谱和整个器件的拟合光谱,整个器件在空间角-90~0~90~0满足余弦特性;(4)结合本实验特点,设计LED点阵单元和其包覆材料并进行测试;(5)针对项目要求设计导光膜底部网点与侧边微结构,并进行产品制备及测试;(6)根据可见太阳光模拟器和系统架构开发上位机软件,包括PC端软件和云端服务平台;(7)实测可见太阳光谱和模拟器数据,并对测试结果进行了分析。
【图文】：

导光膜模拟太阳光辐照特性的一种结构。采用在可见太阳光范围内多个不同光谱能量分布的 LED 组成点光源，，经导光膜混光合成来模拟可见波段太阳光谱，并以面阵光源方式呈现。本文的主要设计流程如下图1-1所示：

海洋光学光谱仪
【学位授予单位】：苏州大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：TN312.8;TK51

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本文编号：2663980