CN103574367A - 大动态白光led光辐射模拟器 - Google Patents

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李军
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李冬梅
韩超
徐智
张敏
张子星
陈月华
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韩冬松
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Abstract

本发明公开了一种大动态白光LED光辐射模拟器。大多光辐射模拟器采用电-光法模拟，虽然采用电控制，但是光辐射模拟动态范围窄，光斑不均匀，不能进行窄宽度双脉冲的输出。本发明包括计算机、数字处理单元、电流型功率放大器、集成型大功率LED光源、复合抛物曲面准直器、透镜、光具座和LED电源。计算机通过USB接口与数字处理单元相接，数字处理单元和电流型功率放大器一起驱动集成型大功率LED光源，集成型大功率LED光源发出光脉冲在复合抛物曲面准直器中整形后通过透镜得到均匀性光斑。本发明模拟光辐射可调范围大，最低响应功率密度好，光斑尺寸大，光斑均匀，结构简单，成本低廉。

Description

大动态白光LED光辐射模拟器
技术领域
本发明涉及的白光LED的大动态光辐射模拟器，属于光电技术领域。
背景技术
光辐射模拟器是利用人工光源模拟自然光辐照的一项专业技术。光辐射模拟器技术在工程材料老化试验、可靠性以及寿命测试、生物制品检测、生物医学实验中得到了广泛的应用：在工程材料科学和制造领域，由于天然、有机高分子材料在光的照射下，均会出现老化现象，包括机械性能的退化、颜色的变化等，因此，长时间稳定的光辐射模拟器成为材料老化试验、可靠性以及寿命测试的重要工具；在生物医学中，光辐射模拟器通过调整各波段能量分布，能够促进皮下血管扩张，增加抵抗力，治疗某些特殊疾病；同样，光辐射模拟器技术也运用于植物光合作用的研究以及生物制品的光学、化妆品测试等方面的应用研究。目前，光辐射模拟技术以成为工程研究的热点之一，大多光辐射模拟器采用电-光法模拟，用电路产生光辐射对应的函数电信号，经过放大处理后驱动发光模块产生与电信号对应的光辐射信号，虽然采用电控制，精度高，稳定度好，但是光辐射模拟动态范围窄，光斑不均匀，不能进行窄宽度双脉冲的输出，而且光源大多采用氙灯、卤钨灯，这些光源系统结构复杂、价格昂贵、使用寿命短。
发明内容
为了克服以上不足，本发明模拟器采用白光LED光源，模拟器具有最低响应功率密度好，光辐射可调范围大，光斑均匀，可单/双脉冲输出特点。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种大动态白光LED光辐射模拟器包括计算机、数字处理单元、电流型功率放大器、散热器1、集成型大功率LED光源2、复合抛物曲面准直器3、透镜4、光具座5和LED电源，数字处理单元包括USB接口、FPGA和数模转换器，散热器1、集成型大功率LED光源2、复合抛物曲面准直器3、透镜4和光具座5组成模拟器的光学部分，计算机、数字处理单元、电流型功率放大器、集成型大功率LED光源2、复合抛物曲面准直器3、透镜4依次相连，电流型功率放大器与LED电源相连，散热器1与集成型大功率LED光源2相连，集成型大功率LED光源2、复合抛物曲面准直器3和透镜4与光具座5相连。
计算机将电流时间特性和控制信号通过USB接口输出到数FPGA，FPGA控制模数转换器获得所需要的光强驱动波形，最后输出到电流型功率放大器中驱动集成型大功率LED光源2产生合适的发光序列，LED电源为电流型功率放大器供电，集成型大功率LED光源2发出高功率光脉冲，光脉冲在复合抛物曲面准直器3中整形后通过透镜4得到均匀性光斑，光具座5将由散热器1、集成型大功率LED光源2、复合抛物曲面准直器3和透镜4组成的光学系统对准和固定。
本发明的有益效果是：模拟光辐射可调范围大，最低响应功率密度好，光斑尺寸大，光斑均匀，结构简单，成本低廉。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
图1模拟器平面结构框图
图2数字处理单元框图
图3集成型大功率LED光源模拟器光路透视图
图中：1.散热器，2.集成型大功率LED光源，3.复合抛物曲面准直器，4.透镜，5.光具座。
图4LED光源模拟器复合抛物曲面准直器剖面图
图5LED光源模拟器复合抛物曲面准直器侧视图
图6集成型大功率LED光源示意图
具体实施方式
在图1中，计算机将电流时间特性曲线和控制信号经USB线输出到数字处理器，数字处理器负责解释控制信号，并与电流型功率放大器一起驱动集成型大功率LED光源，集成型大功率LED光源接收来自数字处理器和电源的信号，发出精确的光脉冲，光脉冲通过复合抛物曲面准直器进行整形后进入透镜中，得到均匀性的光斑，光具座将集成型大功率LED光源、复合抛物曲面准直器和透镜对准和固定，LED电源为电流型功率放大器供
在图2中，计算机生成所需要的光强序列，通过USB接口将数据、命令发送到FPGA中，FPGA控制模数转换器获得所需要的光强驱动波形，最后输出到电流型功率放大器中驱动集成型大功率LED光源产生合适的发光序列。
在图3中，模拟器的光路部分由散热器1、集成型大功率LED光源2、复合抛物曲面准直器3、透镜4、光具座5组成，其中集成型大功率LED光源2是由若干个LED阵列排布组成，复合抛物曲面准直器3内表面镀铝作为反射层。散热器1固定在集成型大功率LED光源2上，集成型大功率LED光源2上与复合抛物曲面准直器3连接，散热器1、集成型大功率LED光源2、复合抛物曲面准直器3一同固定在光具座5上，复合抛物曲面准直器3出光面中心与透镜4进光口中心距离固定，集成型大功率LED光源2、复合抛物曲面准直器3、透镜4在同一准线上，集成型大功率LED光源2发出的脉冲光直接或经过复合抛物曲面准直器3内表面反射约束到π/16的出光立体角内，进入到透镜4得到均匀光斑。
在图4中，集成型大功率LED光源由10×10均匀排列的100颗白光LED颗粒组成。

Claims (4)

1.一种大动态白光LED光辐射模拟器，其特征是该模拟器包括计算机、数字处理单元、电流型功率放大器、散热器(1)、集成型大功率LED光源(2)、复合抛物曲面准直器(3)、透镜(4)、光具座(5)和LED电源，数字处理单元包括USB接口、FPGA和数模转换器，散热器(1)、集成型大功率LED光源(2)、复合抛物曲面准直器(3)、透镜(4)和光具座(5)组成模拟器的光学部分，计算机、数字处理单元、电流型功率放大器、集成型大功率LED光源(2)、复合抛物曲面准直器(3)、透镜(4)依次相连，电流型功率放大器与LED电源相连，散热器(1)与集成型大功率LED光源(2)相连，集成型大功率LED光源(2)、复合抛物曲面准直器(3)和透镜(4)与光具座(5)相连；计算机、数字处理单元和电流型功率放大器一起驱动集成型大功率LED光源(2)，LED电源为电流型功率放大器供电，集成型大功率LED光源(2)发出的光脉冲在复合抛物曲面准直器(3)中整形后通过透镜(4)得到均匀性光斑，光具座(5)将由散热器(1)、集成型大功率LED光源(2)、复合抛物曲面准直器(3)和透镜(4)组成的光学系统对准和固定。
2.根据权利要求1所述的一种大动态白光LED光辐射模拟器，其特征是集成型大功率LED光源(2)发出的脉冲光经过复合抛物曲面准直器(3)内表面反射约束到π/16的出光立体角内。
3.根据权利要求1所述的一种大动态白光LED光辐射模拟器，其特征是集成型大功率LED光源(2)由100颗白光LED颗粒按照10×10均匀排列而成。
4.根据权利要求1所述的一种大动态白光LED光辐射模拟器，其特征是LED电源为电流型功率放大器供电，最大输出功率为200W。
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