CN114383723B - 一种led紫外辐射标准源及其控制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种LED紫外辐射标准源及其控制方法，以及一种紫外辐射照度计的检定设备及方法。所述LED紫外辐射标准源包括至少一个紫外LED光源头、积分球、电路系统、伺服系统以及控制器。所述控制器连接所述电路系统及所述伺服系统，并被配置为：获取目标辐照强度及目标峰值波长；根据经由所述伺服系统采集的辐照强度调整所述LED驱动电路的输出功率，以使所述第二紫外辐射光的辐照强度稳定在所述目标辐照强度；以及根据经由所述伺服系统采集的峰值波长调整所述散热驱动电路的输出功率，以使所述第二紫外辐射光的峰值波长稳定在所述目标峰值波长。

Description

一种LED紫外辐射标准源及其控制方法
技术领域
本发明涉及辐射度计量测试技术，尤其涉及一种LED紫外辐射标准源、一种LED紫外辐射标准源的控制方法、一种紫外辐射照度计的检定设备，以及一种紫外辐射照度计的检定方法。
背景技术
紫外固化是利用紫外辐射作为能源，引发具有化学活性的液体配方产生辐射聚合、辐射交联等反应，从而在基体表面实现快速反应的固化过程。作为一种快速发展的高新技术产业，紫外固化具有固化速度快、涂膜质量高、环境污染少、能量消耗低等特点，因而发展潜力巨大、应用前景广阔，并基于其所获得的各种材料被誉为面向21世纪的绿色工业产品。
在紫外固化的实际应用中，辐射照度对涂料的固化效果具有重要影响。一方面，在使用过程中，紫外LED的辐射照度会随着时间的增加而逐渐衰减。当辐射照度低于某个阈值时，会导致涂料的固化反应不充分，以及固化过程不彻底。另一方面，当LED紫外辐射照度过大时，容易导致涂层老化，从而影响涂料的固化效果。
作为一种性能可靠、使用便利的宽波段紫外辐射测量设备，LED紫外辐射照度计被广泛用于测量LED紫外辐射源到达涂层表面的辐射照度或辐射能量，能为产品的生产过程提供可靠的参数依据。然而，由于LED紫外固化辐射源的功率较大、辐射照度较强，LED紫外辐射照度计的探测器极易在辐射源的长期照射下产生老化，从而影响设备的测量重复性和稳定性。因此，为了确保测量结果的准确、可靠，必须定期对LED紫外辐射照度计进行校准。
紫外辐射照度计的检定设备主要包括紫外辐射照度标准器、紫外辐射源和紫外辐射照度比较测量装置，其中，传统的检定设备一般采用黑光型高压汞灯作为紫外辐射源。然而，在LED紫外固化领域，紫外固化的辐射源一般采用大功率的紫外LED。一方面，相比于大功率的紫外LED，传统的黑光型高压汞灯与其存在较大的光谱功率分布差异，会严重影响测量结果的准确性。另一方面，传统的黑光型高压汞灯的紫外辐照强度一般不大于1000μW/cm2，而LED紫外固化领域的大功率紫外LED在涂料表面产生的辐照强度一般大于500mW/cm2，两者之间相差500倍的辐照强度。实验结果表明，采用黑光型高压汞灯作为紫外辐射源的检定设备校准的紫外辐射照度计，对LED紫外固化领域的大功率紫外LED的测量结果的误差可达到20％以上。
为了克服现有技术存在的上述缺陷，本领域亟需一种紫外辐射照度计的检定技术，用于提供匹配紫外固化领域的LED紫外辐射照度计的光谱功率分布及辐射照度范围的紫外辐射标准源，从而提升LED紫外辐射照度计的校准精度，以提升LED紫外辐射照度计的测量结果的准确性及可靠性。
发明内容
以下给出一个或多个方面的简要概述以提供对这些方面的基本理解。此概述不是所有构想到的方面的详尽综览，并且既非旨在指认出所有方面的关键性或决定性要素亦非试图界定任何或所有方面的范围。其唯一的目的是要以简化形式给出一个或多个方面的一些概念以为稍后给出的更加详细的描述之前序。
为了克服现有技术存在的上述缺陷，本发明提供了一种LED紫外辐射标准源、一种LED紫外辐射标准源的控制方法、一种紫外辐射照度计的检定设备，以及一种紫外辐射照度计的检定方法，能够提供匹配紫外固化领域的LED紫外辐射照度计的光谱功率分布及辐射照度范围的紫外辐射标准源，从而提升LED紫外辐射照度计的校准精度，以提升LED紫外辐射照度计的测量结果的准确性及可靠性。
具体来说，本发明的第一方面提供的上述LED紫外辐射标准源包括至少一个紫外LED光源头、积分球、电路系统、伺服系统以及控制器。所述至少一个紫外LED光源头，包括：紫外LED单元，用于提供第一紫外辐射光；以及散热模块，用于为所述紫外LED单元散热。所述积分球包括多个开孔，其中，至少一个第一开孔连接所述至少一个紫外LED光源头，以获取至少一个所述第一紫外辐射光，第二开孔连接伺服系统，第三开孔用于输出经由所述积分球的内壁漫反射后的第二紫外辐射光。所述电路系统包括：LED驱动电路，用于为所述紫外LED单元供电；以及散热驱动电路，用于为所述散热模块供电。所述伺服系统经由所述第二开孔监测所述第二紫外辐射光的辐照强度及峰值波长。所述控制器连接所述电路系统及所述伺服系统，并被配置为：获取目标辐照强度及目标峰值波长；根据经由所述伺服系统采集的辐照强度调整所述LED驱动电路的输出功率，以使所述第二紫外辐射光的辐照强度稳定在所述目标辐照强度；以及根据经由所述伺服系统采集的峰值波长调整所述散热驱动电路的输出功率，以使所述第二紫外辐射光的峰值波长稳定在所述目标峰值波长。
进一步地，在本发明的一些实施例中，所述控制器被进一步配置为：比较所述第二紫外辐射光的峰值波长与所述目标峰值波长；响应于所述第二紫外辐射光的峰值波长大于所述目标峰值波长的比较结果，增大所述散热驱动电路的输出功率；以及响应于所述第二紫外辐射光的峰值波长小于所述目标峰值波长的比较结果，减小所述散热驱动电路的输出功率。
进一步地，在本发明的一些实施例中，所述控制器被进一步配置为：比较所述第二紫外辐射光的辐照强度与所述目标辐照强度；响应于所述第二紫外辐射光的辐照强度大于所述目标辐照强度的比较结果，减小所述LED驱动电路的输出功率；以及响应于所述第二紫外辐射光的辐照强度小于所述目标辐照强度的比较结果，增大所述LED驱动电路的输出功率。
进一步地，在本发明的一些实施例中，所述控制器还被配置为：根据所述目标辐照强度，确定所述LED驱动电路的第一初始功率；根据所述第一初始功率以及所述目标峰值波长，确定所述散热驱动电路的第二初始功率；以及经由所述电路系统，根据所述第一初始功率向所述LED驱动电路供电，并根据所述第二初始功率向所述散热驱动电路供电，以驱动所述LED紫外辐射标准源。
进一步地，在本发明的一些实施例中，所述紫外LED光源头包括转接口及多条支路。所述多条支路分别连接所述转接口，并经由所述转接口连接所述积分球的所述第一开孔。每条所述支路上分别设有至少一个所述紫外LED单元。设于各所述支路的紫外LED单元发出的紫外辐射光，分别经由对应的支路汇集到所述转接口，以形成所述第一紫外辐射光，再经由所述转接口输入所述积分球。
进一步地，在本发明的一些实施例中，各所述支路中分别设置有光学元件，用于将对应支路输出的紫外辐射光会聚到所述转接口，和/或将对应支路输出的紫外辐射光的辐射方向转向所述第一开孔。
进一步地，在本发明的一些实施例中，所述转接口中设置有光学元件，用于汇聚各所述支路输出的紫外辐射光，和/或将各所述支路输出的紫外辐射光的辐射方向转向所述第一开孔。
进一步地，在本发明的一些实施例中，每条所述支路上分别设有多个紫外LED单元。所述多个紫外LED单元根据预设的散热间距均匀地集成于紫外LED灯板。所述LED驱动电路连接所述紫外LED灯板来为所述多个紫外LED单元供电。
进一步地，在本发明的一些实施例中，所述散热模块包括散热风扇。所述控制器通过调整所述散热驱动电路的输出功率来调节所述散热风扇的转速，以使所述第二紫外辐射光的峰值波长稳定在所述目标峰值波长。
此外，本发明的第二方面提供的上述LED紫外辐射标准源的控制方法包括以下步骤：获取目标辐照强度及目标峰值波长；采集所述LED紫外辐射标准源输出的紫外辐射光的实测辐照强度及实测峰值波长；根据所述实测辐照强度调整LED驱动电路的输出功率，以使所述紫外辐射光的实测辐照强度稳定在所述目标辐照强度；以及根据所述实测峰值波长调整散热驱动电路的输出功率，以使所述紫外辐射光的实测峰值波长稳定在所述目标峰值波长。
此外，本发明的第三方面提供的上述紫外辐射照度计的检定设备包括本发明的第一方面提供的上述LED紫外辐射标准源；以及紫外辐射照度标准器。
此外，本发明的第四方面提供的上述紫外辐射照度计的检定方法包括以下步骤：以本发明的第一方面提供的上述LED紫外辐射标准源照射紫外辐射照度标准器，以获取标准辐射照度值；以本发明的第一方面提供的上述LED紫外辐射标准源照射待检定的紫外辐射照度计，以获取辐射照度检定值；以及比较所述标准辐射照度值以及所述辐射照度检定值，以确定所述紫外辐射照度计的示值误差。
进一步地，在本发明的一些实施例中，所述紫外辐射照度计的检定方法还包括以下步骤：根据所述紫外辐射照度计的示值误差，校准所述紫外辐射照度计。
附图说明
在结合以下附图阅读本公开的实施例的详细描述之后，能够更好地理解本发明的上述特征和优点。在附图中，各组件不一定是按比例绘制，并且具有类似的相关特性或特征的组件可能具有相同或相近的附图标记。
图1示出了根据本发明的一些实施例提供的LED紫外辐射标准源的结构示意图。
图2示出了根据本发明的一些实施例提供的紫外LED光源头的结构示意图。
图3示出了根据本发明的一些实施例提供的紫外LED灯板的结构示意图。
图4示出了根据本发明的一些实施例提供的LED紫外辐射标准源的架构示意图。
图5示出了根据本发明的一些实施例提供的LED紫外辐射标准源的控制方法的流程示意图。
图6示出了根据本发明的一些实施例提供的紫外辐射照度计的检定设备的结构示意图。
图7示出了根据本发明的一些实施例提供的紫外辐射照度计的检定方法的流程示意图。
具体实施方式
以下由特定的具体实施例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭示的内容轻易地了解本发明的其他优点及功效。虽然本发明的描述将结合优选实施例一起介绍，但这并不代表此发明的特征仅限于该实施方式。恰恰相反，结合实施方式作发明介绍的目的是为了覆盖基于本发明的权利要求而有可能延伸出的其它选择或改造。为了提供对本发明的深度了解，以下描述中将包含许多具体的细节。本发明也可以不使用这些细节实施。此外，为了避免混乱或模糊本发明的重点，有些具体细节将在描述中被省略。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
另外，在以下的说明中所使用的“上”、“下”、“左”、“右”、“顶”、“底”、“水平”、“垂直”应被理解为该段以及相关附图中所绘示的方位。此相对性的用语仅是为了方便说明之用，其并不代表其所叙述的装置需以特定方位来制造或运作，因此不应理解为对本发明的限制。
能理解的是，虽然在此可使用用语“第一”、“第二”、“第三”等来叙述各种组件、区域、层和/或部分，这些组件、区域、层和/或部分不应被这些用语限定，且这些用语仅是用来区别不同的组件、区域、层和/或部分。因此，以下讨论的第一组件、区域、层和/或部分可在不偏离本发明一些实施例的情况下被称为第二组件、区域、层和/或部分。
如上所述，传统的检定设备一般采用黑光型高压汞灯作为紫外辐射源。然而，在LED紫外固化领域，紫外固化的辐射源一般采用大功率的紫外LED。一方面，相比于大功率的紫外LED，传统的黑光型高压汞灯与其存在较大的光谱功率分布差异，会严重影响测量结果的准确性。另一方面，传统的黑光型高压汞灯的紫外辐照强度一般不大于1000μW/cm2，而LED紫外固化领域的大功率紫外LED在涂料表面产生的辐照强度一般大于500mW/cm2，两者之间相差500倍的辐照强度。实验结果表明，采用黑光型高压汞灯作为紫外辐射源的检定设备校准的紫外辐射照度计，对LED紫外固化领域的大功率紫外LED的测量结果的误差可达到20％以上。
为了克服现有技术存在的上述缺陷，本发明提供了一种LED紫外辐射标准源、一种LED紫外辐射标准源的控制方法、一种紫外辐射照度计的检定设备，以及一种紫外辐射照度计的检定方法，能够提供匹配紫外固化领域的LED紫外辐射照度计的光谱功率分布及辐射照度范围的紫外辐射标准源，从而提升LED紫外辐射照度计的校准精度，以提升LED紫外辐射照度计的测量结果的准确性及可靠性。
首先请参考图1，图1示出了根据本发明的一些实施例提供的LED紫外辐射标准源的结构示意图。
如图1所示，本发明的第一方面提供的上述LED紫外辐射标准源包括积分球11、至少一个紫外LED光源头12～15、电路系统(未绘示)、伺服系统16，以及控制器(未绘示)。
在一些实施例中，上述积分球11由前、后两个半球拼接而成，其内壁覆盖有紫外波段的高反射材料。该高反射材料包括但不限于Labsphere生产的Spectralon热塑性树脂材料。该材料在365nm处的光谱反射率达到0.988，并且不易在365nm紫外线辐射下发生老化。进一步地，该积分球11的前半球壁上设有共六个开孔。四个第一开孔分别连接四个紫外LED光源头12～15，用于获取各紫外LED光源头12～15提供的第一紫外辐射光。第二开孔连接伺服系统16，以供伺服系统16经由该第二开孔监测经由积分球11的内壁漫反射后的第二紫外辐射光的辐照强度及峰值波长。第三开孔111用于输出经由积分球11的内壁漫反射后的第二紫外辐射光。
进一步地，各第一开孔与第二开孔之间可以优选地设有挡板，用于防止各紫外LED光源头12～15输入的第一紫外辐射光，未经积分球11的内壁漫反射就输入伺服系统16，从而提升伺服系统16对第二紫外辐射光的辐照强度及峰值波长的检测准确性及可靠性。各第一开孔与第三开孔111之间也可以优选地设有挡板，用于防止各紫外LED光源头12～15输入的第一紫外辐射光，未经积分球11的内壁漫反射就经由第三开孔111输出积分球11，从而提升LED紫外辐射标准源输出的紫外辐射光的准确性、均匀性及可靠性。
请进一步参考图2，图2示出了根据本发明的一些实施例提供的紫外LED光源头的结构示意图。
如图1及图2所示，在一些实施例中，紫外LED光源头12～15可以由转接口21、光学元件22、紫外LED灯板23、导热片24、灯座25、散热翅片26、风扇27和供电电路28组成。该转接口21可以选用Y型转接口。该Y型转接口21包括一个输出端和两个输入端。该输出端经由积分球11的第一开孔安装在积分球11上。该两个输入端分别连接一条光学支路，其中，每条支路上分别配置有光学元件22、紫外LED灯板23、导热片24、灯座25、散热翅片26、风扇27和供电电路28，并由紫外LED灯板23发出紫外辐射光，以向积分球11的第一开孔提供第一紫外辐射光。
在一些实施例中，上述光学元件22可以选用凸透镜。该凸透镜22可以安装在Y型转接口21之后的各支路中，其尺寸和面形经过特殊设计和优化，能够将对应支路输出的紫外辐射光高效地会聚到Y型转接口21，和/或将对应支路输出的紫外辐射光的辐射方向高效地转向积分球11的第一开孔，从而提升各支路输出紫外辐射光的效率。
可选地，在另一些实施例中，光学元件22还可以安装在Y型转接口21中，其尺寸和面形经过特殊设计和优化，能够高效地汇聚各支路输出的紫外辐射光，和/或将各支路输出的紫外辐射光的辐射方向高效地转向积分球11的第一开孔，从而提升第一紫外辐射光的输出效率。
可选地，在另一些实施例中，上述光学元件22还可以选用棱镜、反射镜或其他光学组件，以同样达到汇集各支路的紫外LED单元发出的紫外辐射光，并提升第一紫外辐射光输出效率的效果，在此不再一一赘述。
如图2所示，上述紫外LED灯板23可以安装在凸透镜22之后，优选在凸透镜22之后两倍焦距的位置，以提升凸透镜22对紫外LED灯板23发出的紫外辐射光的会聚效果。
请进一步参考图3，图3示出了根据本发明的一些实施例提供的紫外LED灯板的结构示意图。如图3所示，紫外LED灯板23可以由基板31及十二个紫外LED单元32组成。每个紫外LED单元32中集成有一个或多个紫外LED灯珠，并能够发出5～10mW的紫外辐射通量。各紫外LED单元32均匀地集成于紫外LED灯板23的基板上31，并确保各紫外LED单元32之间的间距不小于预设的散热间距，从而避免热辐射在某些区域过度聚集，并在实现高功率紫外辐射输出的同时兼顾后端散热需求。
如图2所示，在一些实施例中，紫外LED光源头12～15的散热模块可以由导热片24、散热翅片26及风扇27组成，用于相互配合地为紫外LED单元散热，从而防止紫外LED灯板23的过热损坏，并防止输出的第二紫外辐射光的峰值波长随LED结温的变化而发生偏移。
具体来说，上述导热片24可以选用TEC半导体制冷片。该TEC半导体制冷片24紧贴安装在紫外LED灯板23之后，用于吸收LED灯板23运行过程中产生的热量。上述散热翅片26安装在TEC半导体制冷片24之后，用于从后方引出TEC半导体制冷片24的热量，并增大散热面积，以达到快速散发TEC半导体制冷片24的辐射热量的目的。上述风扇27安装在散热翅片26之后，用于向散热翅片26吹入外界的冷空气，和/或从散热翅片26抽走内部的热空气，以达到主动加快热传导速度和热对流强度的效果。进一步地，在一些实施例中，风扇27可以优选地由无刷直流电机驱动，能够根据电路系统提供的驱动电流的大小，精确、稳定地调节散热风量，从而精确、稳定地控制紫外LED灯板23的工作温度。
如图2所示，在一些实施例中，光学元件22、紫外LED灯板23、TEC半导体制冷片24以及散热翅片26，可以统一固定安装于定制的灯座25，以保证整条支路结构的可靠、稳定，并保证紫外LED灯板23、TEC半导体制冷片24以及散热翅片26之间的紧密贴合，从而提升散热模块的散热效果。进一步地，该灯座25可以优选地设计为楔形结构，并如图1所示地向远离第三开孔111的方向偏折，以避免光学支路对第三开孔111输出的第二紫外辐射光的遮挡。
此外，在一些实施例中，供电电路28的输入端连接电路系统，而其输出端通过线缆分别连接紫外LED灯板23及风扇27，用于从电路系统获取电能，以分别向紫外LED灯板23及风扇27供电。
进一步地，在一些实施例中，转接口21的内部可以优选为直筒形，以减少紫外辐射光在转接口21内部的反射面。更进一步地，转接口21的内壁可以优选地均匀喷涂紫外波段漫反射材料(例如：Spectralon热塑性树脂材料)，以将各支路汇集的紫外辐射光中的小部分离轴光线漫反射导入积分球11的第一开孔，从而进一步提升第一紫外辐射光的输出效率。
本领域的技术人员可以理解，上述由四个带有Y型转接口21的紫外LED光源头12～15来提供第一紫外辐射光的方案，只是本发明提供的一种非限制性的实施方式，旨在清楚地展示本发明的主要构思，并提供一种既能输出500mW/cm2以上辐照强度的紫外辐射光，又能缩小积分球11上开孔面积，以提升输出的第二紫外辐射光的均匀性的具体方案，而非用于限制本发明的保护范围。
可选地，在另一些实施例中，每个紫外LED光源头上可以进一步配置三条、四条或者更多支路，减少紫外LED光源头的数量以进一步缩小积分球11上的开孔面积，从而进一步提升LED紫外辐射标准源输出的第二紫外辐射光的均匀性。此外，紫外LED光源头12～15的每条支路的紫外LED灯板23上集成的紫外LED灯珠的数量，也可以根据第二紫外辐射光的总功率需求灵活调整，从而同样达到输出500mW/cm2以上辐照强度的紫外辐射光，并提升LED紫外辐射照度计的测量结果的准确性、均匀性及可靠性的效果。
请进一步参考图4，图4示出了根据本发明的一些实施例提供的LED紫外辐射标准源的架构示意图。
如图4所示，LED紫外辐射标准源的电路系统中配置有LED驱动电路及散热驱动电路。该LED驱动电路经由电缆连接各紫外LED光源头12～15的紫外LED灯板23，以向各紫外LED单元32供电。该散热驱动电路经由电缆连接各紫外LED光源头12～15的散热模块，以向各散热模块中的风扇27供电。
在一些实施例中，该电路系统中还可以进一步配置有AC-DC开关电源降压单元、EMC电路、DC-DC变压模块和LDO降压电路等电路元件/组件。该AC-DC开关电源降压单元连接外部220V的交流电源，并将220V的交流电源降压转换为直流电源。该EMC电路用于电源接口的电磁兼容性(Electromagnetic Compatibility，EMC)处理，用于减小前端电源对后端驱动电路和控制器系统产生的干扰。该DC-DC变压模块和LDO降压电路用于提供维持控制器工作所需的低压电源，例如5V、3.3V等。
LED紫外辐射标准源的伺服系统16用于监控LED紫外辐射标准源的运行状态，并将结果反馈给控制器。该伺服系统16的职能包括但不限于维持驱动板正常工作所需的必要条件，例如故障侦测、温度监测、光输出监测、数据存储、日志记录等。如图4所示，在一些实施例中，伺服系统16中可以配置有光谱辐射计。该光谱辐射计经由积分球11的第二开孔，监测经过积分球11的内壁漫反射后的第二紫外辐射光的辐照强度及峰值波长。此外，伺服系统16中还可以配置有电流检测模块。该电流检测模块可以设置于各紫外LED光源头12～15的供电电路28，采用低端检流电路方式串联采样电阻，以监测紫外LED灯板23和/或风扇27的驱动电流。此外，伺服系统16中还可以配置有温度传感器。该温度传感器可以设置于紫外LED灯板23与TEC半导体制冷片24之间，以避免对紫外LED灯板23发出的紫外辐射光形成遮挡。
如图4所示，在一些实施例中，控制器可以选用单片机控制系统。该单片机控制系统经由通讯接口连接客户端的人机界面，能够经由客户端的人机界面获取用户提供的目标辐照强度及目标峰值波长等输入参数。进一步地，该通讯接口不仅能够提供通信功能，以将多块驱动集成为一个联动的驱动网络，还能优选地提供接口雷击、浪涌、EMC等防护。此外，该单片机控制系统还经由通信线缆及数模转换器连接LED驱动电路，用于提供LED模拟调光驱动所需要的调光电压，并实现12位4096级亮度可调。此外，该单片机控制系统还经由通信线缆连接散热驱动电路，用于提供驱动风扇27所需要的可调驱动电压。此外，该单片机控制系统还经由通信线缆连接伺服系统16，能够从伺服系统16获取LED紫外辐射标准源实际输出的第二紫外辐射光的辐照强度及峰值波长等反馈信号，从而对LED驱动电路及散热驱动电路的输出功率等电路参数进行调控，以控制LED紫外辐射标准源稳定、可靠地输出准确、均匀的高强度紫外辐射光。
以下将结合一些LED紫外辐射标准源的控制方法的实施例，描述上述LED紫外辐射标准源及其控制器的工作原理。本领域的技术人员可以理解，这些控制方法只是本发明提供的一些非限制性的实施方式，旨在清楚地展示本发明的主要构思，并提供一些便于公众实施的具体方案，而非用于限制该LED紫外辐射标准源及其控制器的全部工作方式及全部功能。同样地，该LED紫外辐射标准源及其控制器也只是本发明提供的一种非限制性的实施方式，不对这些控制方法的实施主体构成限制。
请参考图5，图5示出了根据本发明的一些实施例提供的LED紫外辐射标准源的控制方法的流程示意图。
如图5所示，在控制LED紫外辐射标准源输出紫外辐射光的过程中，用户可以首先经由客户端的人机界面，输入紫外辐射光的目标辐照强度I0及目标峰值波长λ0。控制器可以经由通讯接口，从客户端的人机界面获取该目标辐照强度I0及目标峰值波长λ0。
在一些实施例中，在获取紫外辐射光的目标辐照强度I0及目标峰值波长λ0之后，控制器可以从内部或外接的存储器调取目标辐照强度I0与LED驱动电路的第一初始功率P1的对应关系表、对应关系表达式或对应关系曲线I0-P1。该对应关系表、对应关系表达式或对应关系曲线I0-P1可以通过预先进行多次线下实验，并进行数据拟合的方式获得，在此不做赘述。之后，控制器可以根据该对应关系表、对应关系表达式或对应关系曲线I0-P1，确定对应于该目标辐照强度I0的第一初始功率P1，并根据该第一初始功率P1向LED驱动电路供电，以驱动各紫外LED光源头12～15发出对应辐照强度的第一紫外辐射光。
此外，控制器还可以从内部或外接的存储器调取目标峰值波长λ0与LED驱动电路的第一初始功率P1及散热驱动电路的第二初始功率P2的对应关系表、对应关系表达式或对应关系曲线λ0-P1-P2。该对应关系表、对应关系表达式或对应关系曲线λ0-P1-P2也可以通过预先进行多次线下实验，并进行数据拟合的方式获得。在确定对应于目标辐照强度I0的第一初始功率P1之后，控制器可以根据该对应关系表、对应关系表达式或对应关系曲线λ0-P1-P2，确定对应于该目标峰值波长λ0以及该第一初始功率P1的第二初始功率P2，并根据该第二初始功率P2向散热驱动电路供电，以驱动各紫外LED光源头12～15的风扇27为对应的紫外LED灯板23散热，从而使各紫外LED光源头12～15发出目标峰值波长λ0的第一紫外辐射光。
进一步地，受环境温度差异、各紫外LED光源头12～15内部热量累积、紫外LED光源头12～15内部各元件老化等各种干扰因素的影响，LED紫外辐射标准源实际输出的第二紫外辐射光的实测辐照强度I及实测峰值波长λ，可能偏离目标辐照强度I0及目标峰值波长λ0。
此时，控制器可以经由伺服系统16(例如：光谱辐射计)采集LED紫外辐射标准源输出的第二紫外辐射光的实测辐照强度I及实测峰值波长λ，根据该实测辐照强度I来调整LED驱动电路的输出功率P1，以使第二紫外辐射光的实测辐照强度I稳定在目标辐照强度I0，并根据该实测峰值波长λ来调整散热驱动电路的输出功率P2，以使第二紫外辐射光的实测峰值波长λ稳定在目标峰值波长λ0。
具体来说，在一些实施例中，控制器可以对第二紫外辐射光的实测辐照强度I与目标辐照强度I0进行比较。若第二紫外辐射光的实测辐照强度I大于目标辐照强度I0，则控制器可以减小LED驱动电路的输出功率，以降低各紫外LED光源头12～15发出的第一紫外辐射光的辐照强度，从而使第二紫外辐射光的实测辐照强度I降低到目标辐照强度I0。反之，若第二紫外辐射光的实测辐照强度I小于目标辐照强度I0，则控制器可以增大LED驱动电路的输出功率，以提升各紫外LED光源头12～15发出的第一紫外辐射光的辐照强度，从而使第二紫外辐射光的实测辐照强度I提升到目标辐照强度I0。
相比于基于LED驱动电流来实现的辐照强度的闭环控制方案，该基于实测辐照强度I来实现的控制方案可以省去对电流检测模块的需求，并能避免采样电阻、霍尔线圈等电流探测器引入的测量误差及电磁干扰，从而更准确地将第二紫外辐射光的实测辐照强度I稳定在目标辐照强度I0。
进一步地，在一些实施例中，控制器可以对第二紫外辐射光的实测峰值波长λ与目标峰值波长λ0进行比较。若第二紫外辐射光的实测峰值波长λ大于目标峰值波长λ0，则控制器可以增大散热驱动电路的输出功率，提升散热风扇27的转速以降低紫外LED灯板23的温度，从而使第二紫外辐射光的实测峰值波长λ蓝移到目标峰值波长λ0。反之，若第二紫外辐射光的实测峰值波长λ小于目标峰值波长λ0，则控制器可以减小散热驱动电路的输出功率，降低散热风扇27的转速以提升紫外LED灯板23的温度，从而使第二紫外辐射光的实测峰值波长λ红移到目标峰值波长λ0。
相比于基于实测温度值来实现的峰值波长的闭环控制方案，该基于实测峰值波长λ来实现的控制方案不仅可以省去对温度传感器的需求，还能有效克服设于紫外LED灯板23与TEC半导体制冷片24之间的温度传感器无法准确表征紫外LED单元实际结温的问题，从而更准确地将第二紫外辐射光的实测峰值波长λ稳定在目标峰值波长λ0。
本领域的技术人员可以理解，上述由用户自行输入目标辐照强度I0及目标峰值波长λ0的方案，只是本发明提供的一种非限制性的实施方式，旨在清楚地展示本发明的主要构思，并提供一种便于公众实施的具体方案，而非用于限制本发明的保护范围。
可选地，在另一些实施例中，技术人员也可以将第二紫外辐射光的目标辐照强度I0及目标峰值波长λ0，预先载入LED紫外辐射标准源的存储设备。如此，即使未配置客户端及人机界面，控制器也可以直接从存储设备获取预先载入的目标辐照强度I0及目标峰值波长λ0，以控制LED紫外辐射标准源准确、稳定、可靠地输出预先设置的目标辐照强度I0及目标峰值波长λ0的第二紫外辐射光。
通过采用上述配置，并实施本发明的第二方面提供的上述控制方法，本发明的第一方面提供的上述LED紫外辐射标准源，能够提供匹配紫外固化领域的LED紫外辐射照度计的光谱功率分布及辐射照度范围的紫外辐射标准源，从而提升LED紫外辐射照度计的校准精度，以提升LED紫外辐射照度计的测量结果的准确性及可靠性。
具体来说，通过采用紫外LED灯珠作为LED紫外辐射标准源的光源，输出的第二紫外辐射光的光谱功率分布将与LED紫外固化领域的应用保持一致，从而提升LED紫外辐射照度计的测量结果的准确性及可靠性。此外，紫外LED灯珠支持直流驱动、模拟调光的功能，能够实现可调式大动态范围LED紫外辐射照度，并保证LED光源在全范围内无频闪。进一步地，通过在每个紫外LED光源头12～15设置多条支路，本发明可以在积分球11开孔尺寸相同的情况下，大大提升导入积分球11内的紫外辐射通量，从而大大提高LED紫外辐射标准源出光口的第二紫外辐射照度。换言之，在输出的第二紫外辐射照度相同的情况下，本发明可以拥有更小的积分球11开孔尺寸，即拥有更好的空间响应的均匀性，以保证其在高功率紫外辐射照度输出时的辐照均匀性。
此外，通过设计大功率紫外LED灯珠的阵列排布方式，并实施图5所示的控制方法，本发明能够有效平衡高功率紫外辐射照度和红外热辐射的输出，并采用半导体散热和风扇主动散热相结合的方式，精确控制大功率紫外LED灯珠的驱动功率及工作温度，从而保证其在高功率紫外辐射照度输出时的波长准确性和辐照稳定性。
此外，通过采用积分球式的LED紫外辐射标准源主体结构，本发明能够利用积分球11中空球体内壁的白色漫反射材料为紫外LED光源头的出射光提供均匀漫反射环境，从而保证大量紫外LED灯珠叠加输出的高功率紫外辐射光的辐照均匀性。
进一步地，根据本发明的第三及第四方面，本文还提供了一种紫外辐射照度计的检定设备，以及一种紫外辐射照度计的检定方法。请结合参考图6及图7。图6示出了根据本发明的一些实施例提供的紫外辐射照度计的检定设备的结构示意图。图7示出了根据本发明的一些实施例提供的紫外辐射照度计的检定方法的流程示意图。
如图6所示，在本发明的一些实施例中，紫外辐射照度计的检定设备可以包括紫外辐射标准源61、紫外辐射照度标准器62，以及光阑63等比较测量装置。该紫外辐射标准源61可以选用本发明的第一方面提供的上述LED紫外辐射标准源。
如图6及图7所示，在紫外辐射照度计64的检定过程中，技术人员可以首先调整紫外辐射源61的发光面，以及紫外辐射照度标准器62的探测器接收面，以使其垂直于光轴，并使其中心都位于测量光轴上。之后，技术人员可以调整辐射源61与探测器62之间各光阑63的位置，以使其恰好不遮挡辐射源61投向探测器62接收面的辐射光。再之后，技术人员可以改变辐射源61与探测器62之间的距离，以产生多个不同的标准辐射照度值。
之后，技术人员可以将待检定的紫外辐射照度计64的探测器安装在夹具上，并使其接收面与标准探测器62的接收面的位置相同。之后，技术人员可以使用辐射源61辐照探测器64一分钟以上，并记录紫外辐射照度计64的显示值，以作为辐射照度检定值。
再之后，技术人员可以对紫外辐射照度标准器62显示的标准辐射照度值，以及待检定的紫外辐射照度计64显示的辐射照度检定值进行比较，以确定该待检定的紫外辐射照度计的示值误差。进一步地，技术人员根据该检定确定的示值误差，对该紫外辐射照度计64进行示值误差的校准。
尽管为使解释简单化将上述方法图示并描述为一系列动作，但是应理解并领会，这些方法不受动作的次序所限，因为根据一个或多个实施例，一些动作可按不同次序发生和/或与来自本文中图示和描述或本文中未图示和描述但本领域技术人员可以理解的其他动作并发地发生。
本领域技术人员将可理解，信息、信号和数据可使用各种不同技术和技艺中的任何技术和技艺来表示。例如，以上描述通篇引述的数据、指令、命令、信息、信号、位(比特)、码元、和码片可由电压、电流、电磁波、磁场或磁粒子、光场或光学粒子、或其任何组合来表示。
本领域技术人员将进一步领会，结合本文中所公开的实施例来描述的各种解说性逻辑板块、模块、电路、和算法步骤可实现为电子硬件、计算机软件、或这两者的组合。为清楚地解说硬件与软件的这一可互换性，各种解说性组件、框、模块、电路、和步骤在上面是以其功能性的形式作一般化描述的。此类功能性是被实现为硬件还是软件取决于具体应用和施加于整体系统的设计约束。技术人员对于每种特定应用可用不同的方式来实现所描述的功能性，但这样的实现决策不应被解读成导致脱离了本发明的范围。
尽管上述的实施例所述的控制器可以通过软件与硬件的组合来实现。但是可以理解，该控制器也可以单独在软件或硬件中加以实施。对于硬件实施而言，该控制器可在一个或多个专用集成电路(ASIC)、数字信号处理器(DSP)、可编程逻辑器件(PLD)、现场可编程门阵列(FPGA)、处理器、控制器、微控制器、微处理器、用于执行上述功能的其它电子装置或上述装置的选择组合来加以实施。对软件实施而言，该控制器可通过在通用芯片上运行的诸如程序模块(procedures)和函数模块(functions)等独立的软件模块来加以实施，其中每一个模块执行一个或多个本文中描述的功能和操作。
结合本文所公开的实施例描述的各种解说性逻辑模块、和电路可用通用处理器、数字信号处理器(DSP)、专用集成电路(ASIC)、现场可编程门阵列(FPGA)或其它可编程逻辑器件、分立的门或晶体管逻辑、分立的硬件组件、或其设计成执行本文所描述功能的任何组合来实现或执行。通用处理器可以是微处理器，但在替换方案中，该处理器可以是任何常规的处理器、控制器、微控制器、或状态机。处理器还可以被实现为计算设备的组合，例如DSP与微处理器的组合、多个微处理器、与DSP核心协作的一个或多个微处理器、或任何其他此类配置。
提供对本公开的先前描述是为使得本领域任何技术人员皆能够制作或使用本公开。对本公开的各种修改对本领域技术人员来说都将是显而易见的，且本文中所定义的普适原理可被应用到其他变体而不会脱离本公开的精神或范围。由此，本公开并非旨在被限定于本文中所描述的示例和设计，而是应被授予与本文中所公开的原理和新颖性特征相一致的最广范围。

Claims (10)

1.一种LED紫外辐射标准源，其特征在于，包括：
至少一个紫外LED光源头，包括：紫外LED单元，用于提供第一紫外辐射光；以及散热模块，用于为所述紫外LED单元散热；
积分球，包括多个开孔，其中，至少一个第一开孔连接所述至少一个紫外LED光源头，以获取至少一个所述第一紫外辐射光，第三开孔用于输出经由所述积分球的内壁漫反射后的第二紫外辐射光；
电路系统，包括：LED驱动电路，用于为所述紫外LED单元供电；以及散热驱动电路，用于为所述散热模块供电；以及
控制器，连接所述电路系统，并被配置为：获取目标辐照强度I 0及目标峰值波长λ 0；根据所述目标辐照强度I 0，以及线下实验拟合的I 0-P 1对应关系，确定所述LED驱动电路的第一初始功率P 1；根据所述第一初始功率P 1、所述目标峰值波长λ 0，以及线下实验拟合的λ 0-P 1-P 2对应关系，确定所述散热驱动电路的第二初始功率P 2；以及经由所述电路系统，根据所述第一初始功率P 1向所述LED驱动电路供电，并根据所述第二初始功率P 2向所述散热驱动电路供电，以驱动所述LED紫外辐射标准源；
还包括伺服系统，所述伺服系统连接所述积分球的第二开孔，所述控制器还被配置为：
经由所述伺服系统从所述积分球上的第二开孔监测所述第二紫外辐射光的辐照强度及峰值波长；
根据经由所述伺服系统采集的辐照强度，调整所述LED驱动电路的输出功率，以使所述第二紫外辐射光的辐照强度稳定在所述目标辐照强度；以及
根据经由所述伺服系统采集的峰值波长调整所述散热驱动电路的输出功率，以使所述第二紫外辐射光的峰值波长稳定在所述目标峰值波长。
2.如权利要求1所述的LED紫外辐射标准源，其特征在于，所述控制器被进一步配置为：
比较所述第二紫外辐射光的峰值波长与所述目标峰值波长；
响应于所述第二紫外辐射光的峰值波长大于所述目标峰值波长的比较结果，增大所述散热驱动电路的输出功率；以及
响应于所述第二紫外辐射光的峰值波长小于所述目标峰值波长的比较结果，减小所述散热驱动电路的输出功率。
3.如权利要求1或2所述的LED紫外辐射标准源，其特征在于，所述控制器被进一步配置为：
比较所述第二紫外辐射光的辐照强度与所述目标辐照强度；
响应于所述第二紫外辐射光的辐照强度大于所述目标辐照强度的比较结果，减小所述LED驱动电路的输出功率；以及
响应于所述第二紫外辐射光的辐照强度小于所述目标辐照强度的比较结果，增大所述LED驱动电路的输出功率。
4.如权利要求1所述的LED紫外辐射标准源，其特征在于，所述紫外LED光源头包括转接口及多条支路，其中，所述多条支路分别连接所述转接口，并经由所述转接口连接所述积分球的所述第一开孔，
每条所述支路上分别设有至少一个所述紫外LED单元，设于各所述支路的紫外LED单元发出的紫外辐射光，分别经由对应的支路汇集到所述转接口，以形成所述第一紫外辐射光，再经由所述转接口输入所述积分球。
5.如权利要求4所述的LED紫外辐射标准源，其特征在于，各所述支路中分别设置有光学元件，用于将对应支路输出的紫外辐射光会聚到所述转接口，和/或将对应支路输出的紫外辐射光的辐射方向转向所述第一开孔，和/或
所述转接口中设置有光学元件，用于汇聚各所述支路输出的紫外辐射光，和/或将各所述支路输出的紫外辐射光的辐射方向转向所述第一开孔。
6.如权利要求4所述的LED紫外辐射标准源，其特征在于，每条所述支路上分别设有多个紫外LED单元，所述多个紫外LED单元根据预设的散热间距均匀地集成于紫外LED灯板，所述LED驱动电路连接所述紫外LED灯板来为所述多个紫外LED单元供电。
7.如权利要求6所述的LED紫外辐射标准源，其特征在于，所述散热模块包括散热风扇，所述控制器通过调整所述散热驱动电路的输出功率来调节所述散热风扇的转速，以使所述第二紫外辐射光的峰值波长稳定在所述目标峰值波长。
8.一种如权利要求1所述的LED紫外辐射标准源的控制方法，其特征在于，包括以下步骤：
获取目标辐照强度I 0及目标峰值波长λ 0；
根据所述目标辐照强度I 0，以及线下实验拟合的I 0-P 1对应关系，确定紫外LED光源头的LED驱动电路的第一初始功率P 1；
根据所述第一初始功率P 1、所述目标峰值波长λ 0，以及线下实验拟合的λ 0-P 1-P 2对应关系，确定所述紫外LED光源头的散热模块的散热驱动电路的第二初始功率P 2；以及
经由所述电路系统，根据所述第一初始功率P 1向所述LED驱动电路供电，并根据所述第二初始功率P 2向所述散热驱动电路供电，以驱动所述LED紫外辐射标准源；
采集所述LED紫外辐射标准源输出的紫外辐射光的实测辐照强度及实测峰值波长；
根据所述实测辐照强度调整LED驱动电路的输出功率，以使所述紫外辐射光的实测辐照强度稳定在所述目标辐照强度；
根据所述实测峰值波长调整散热驱动电路的输出功率，以使所述紫外辐射光的实测峰值波长稳定在所述目标峰值波长。
9. 一种紫外辐射照度计的检定设备，其特征在于，包括：
如权利要求1~7中任一项所述的LED紫外辐射标准源；以及
紫外辐射照度标准器。
10.一种紫外辐射照度计的检定方法，其特征在于，包括以下步骤：
以如权利要求1~7中任一项所述的LED紫外辐射标准源照射紫外辐射照度标准器，以获取标准辐射照度值；
以如权利要求1~7中任一项所述的LED紫外辐射标准源照射待检定的紫外辐射照度计，以获取辐射照度检定值；以及
比较所述标准辐射照度值以及所述辐射照度检定值，以确定所述紫外辐射照度计的示值误差。
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