CN209725970U - 一种太阳光模拟器 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种太阳光模拟器，其包括：箱体，其为一端封闭一端具有出光口的中空结构；光源，包括安装在箱体顶端的座体和安装在座体上的M个光照单元，每个光照单元由N个灯模块拼接而成，每个灯模块上安装近紫外光灯组、LED紫光灯组、LED蓝光灯组、LED蓝绿光灯组、LED白光灯组和带有滤光件的卤素灯；匀光装置，设置在光源与出光口之间，所述光源通过匀光装置、调光装置进行调整。本实用新型能够克服灯源光谱调节麻烦，寿命短且成本高的技术问题，结构简单，经济有效，与太阳光谱曲线的线性拟合度佳。

Description

一种太阳光模拟器

技术领域

本实用新型属于照明灯具技术领域，尤其涉及一种太阳光模拟器。

背景技术

太阳模拟器作为室内模拟太阳光的设备，光源是太阳模拟器中最重要的部件，它直接影响到太阳模拟器的光谱，输出功率，以及使用的持久性。

随着太阳模拟器的发展，出现了多种形式光源构成的太阳模拟器，目前太阳模拟器多采用氙灯与不同波段LED组合作为光源，通过不同光源的优势互补，达到所需的光谱匹配，其与AM1.5太阳光谱曲线匹配性较好。

但是，氙灯光源的能量，主要集中在近红外波段，发出的辐照度相对高于太阳光谱，这样使得光谱调节相对麻烦；市面上的氙灯闪光次数一般为10-100万次，其后辐照度就有显著的衰减，寿命短且成本高。因此，市场上需要一种寿命长，成本低，调节方便，且与AM1.5太阳光谱曲线的线性拟合度佳的太阳光模拟器。

实用新型内容

本实用新型为了解决上述背景技术中的技术问题，提供一种太阳光模拟器，其能够克服灯源光谱调节麻烦，寿命短且成本高的技术问题，结构简单，经济有效，与太阳光谱曲线的线性拟合度佳。

本实用新型解决上述技术问题的技术方案如下：一种太阳光模拟器，其包括：

箱体，其为一端封闭一端具有出光口的中空结构；

光源，包括安装在箱体内部封闭的一端的座体和安装在座体上的M个光照单元，每个光照单元由N个灯模块拼接而成，每个灯模块上安装有中心波长范围为360-400nm的LED近紫外光灯组、中心波长范围为410-420nm的LED紫光灯组、中心波长范围为455-475nm的LED蓝光灯组、中心波长范围为490-500nm的LED蓝绿光灯组、色温为3800-4500K的LED白光灯组，以及至少一个中心波长范围为600-1100nm的带有滤光件的卤素灯；

匀光装置，设置在光源与出光口之间，所述光源的光线经过匀光装置充分混合后，通过调光装置进行调整。

本实用新型的有益效果是：本技术方案实现了对太阳光光谱的模拟，波长范围能够达到300-1100nm，通过光照单元能够准确地实现A+级光谱匹配度；太阳光模拟器的使用寿命通过卤素灯延长到2000h，甚至更久，其结构稳定可靠，节约能耗，大大提高了市场经济效益，能够被广泛地应用于脉冲式太阳模拟器、稳态太阳模拟器等。

在上述技术方案的基础上，本实用新型还可以做如下改进。

进一步，所述卤素灯的发光效率值为30-35LM/W。

采用上述进一步方案的有益效果是通过控制发光效率值能够提升光源与AM1.5太阳光谱曲线的线性拟合度，改善光谱调试的工作效率。

进一步，所述N的数值取值为4或8。

采用上述进一步方案的有益效果是通过光照单元和灯模块能够更加灵活地调节太阳能模拟器的光辐射通量，提高调试效率。

进一步，所述卤素灯位于灯模块的中央，LED近紫外光灯组、LED紫光灯组、LED蓝光灯组、LED蓝绿光灯组和LED白光灯组均匀规则地排布于卤素灯周围。

采用上述进一步方案的有益效果是各灯组通过排布位置有助于集中能量，造型美观，生产便利。

进一步，所述滤光件为可见滤光片。

采用上述进一步方案的有益效果是通过可见滤光片能够滤除卤素灯的可见光部分，并用LED灯作为补充，其能够使卤素灯与AM1.5太阳光谱曲线拟合度满足要求。

进一步，所述可见滤光片选用石英材料作为制备基片。

进一步，所述调光装置包括光谱仪探头、光谱仪、光控器、计算机、供电器，光谱仪探头设置于出光口用于测量光辐射强度，光谱仪探头与光谱仪通过光纤连接，光谱仪与计算机电性连接，并由所述计算机信号进行实时监测并记录数据，计算机与供电器电性连接，供电器与光控器电性连接，光控器与光源电性连接。

采用上述进一步方案的有益效果是光源发出的光线经匀光装置，在出光口实现充分混合，其后通过光谱仪探头和光谱仪捕捉及时光谱，并将实时数据传输至计算机上进行显示；计算机上设置有光谱仪软件，光谱仪软件预设有标准光谱等级参数，通过将实时数据和标准参数进行比较，判断不同波段内的光谱等级是否满足设计要求；其后通过调整光控器对对应的LED灯组进行调整，使其最终满足光谱等级设计要求。

进一步，所述光控器采用直流DC调光或脉冲宽度调制PWM调光控制每一个LED灯或卤素灯的辐射通量；其中：

所述的直流DC调光，通过改变电流大小控制每一个LED灯或卤素灯的辐射通量；

所述的脉冲宽度调制PWM调光，通过改变脉冲占空比控制每一个LED灯或卤素灯的辐射通量。

附图说明

图1为本实用新型太阳光模拟器的结构示意图；

图2为本实用新型光照单元的结构示意图；

图3为本实用新型卤素灯的结构示意图；

图4为本实用新型太阳光模拟器光谱曲线测试结果示意图；

附图中，各标号所代表的部件列表如下：

2、箱体，4、光源，6、LED近紫外光灯组，8、LED紫光灯组，10、LED蓝光灯组，12、LED蓝绿光灯组，14、LED白光灯组，16、卤素灯，20、可见滤光片，22、匀光装置，24、座体，36、调光装置，38、光谱仪探头，40、光谱仪，42、计算机，44、光控器，46、供电器。

具体实施方式

以下结合附图对本实用新型的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本实用新型，并非用于限定本实用新型的范围。

在本实用新型创造的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型创造和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型创造的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”等的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本实用新型创造的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

方式一

在本方式中提供了一种太阳光模拟器，其包括：箱体2，其为一端封闭一端具有出光口的中空结构，如图2所示，光源4，包括安装在箱体2内部封闭的一端的座体24和安装在座体24上的M个光照单元，每个光照单元由N个灯模块拼接而成，每个灯模块上安装有中心波长范围为360-400nm的LED近紫外光灯组6、中心波长范围为410-420nm的LED紫光灯组8、中心波长范围为455-475nm的LED蓝光灯组10、中心波长范围为490-500nm的LED蓝绿光灯组12、色温为3800-4500K的LED白光灯组14，以及至少一个中心波长范围为600-1100nm的带有滤光件的卤素灯16，如图1所示，匀光装置22，设置在光源4与出光口之间，所述光源4的光线经过匀光装置22充分混合后，通过调光装置36进行调整。

该方式能够克服灯源光谱调节麻烦，寿命短且成本高的技术问题，结构简单，经济有效，与太阳光谱曲线的线性拟合度佳

本方式实现了对太阳光光谱的模拟，波长范围能够达到300-1100nm，通过光照单元能够准确地实现A+级光谱匹配度；太阳光模拟器的使用寿命通过卤素灯16延长到2000h，甚至更久，其结构稳定可靠，节约能耗，大大提高了市场经济效益，能够被广泛地应用于脉冲式太阳模拟器、稳态太阳模拟器等。

可以理解的是，匀光装置22是指采用匀光玻璃或反光板将光源4辐照不均匀度调整达到辐照不均匀度A级要求(<2％)，具体的可以在匀光玻璃上涂抹特殊涂层或在匀光玻璃上叠加一层不同透射率的小滤光板，从而达到改变光照均匀度的效果，本方式中，具体采用的是超白玻璃荧光板。

本方式中，为了能够提升光源4与AM1.5太阳光谱曲线的线性拟合度，所述卤素灯16的发光效率值为30-35LM/W；另外，可见滤光片20是指能够滤除卤素灯的可见光部分，使卤素灯16与AM1.5太阳光谱曲线拟合度能够满足要求的光学器件，可见滤光片20选用石英材料作为制备基片；在满足上述要求的情况下，卤素灯16选择是多样的，这里我们给出一种具体可选的卤素灯16，卤素灯16采用欧司朗的MR16卤素杯灯，型号为46870，电压12V，瓦数50W，装有玻璃盖，其能够有效模拟波长范围为600-1100nm的颜色光，使光谱调试的工作效率显著提高。

可以理解的是，M和N均是指大于或等于1的自然数，为了能够更加灵活地调节太阳能模拟器的光辐射通量，如图2所示，所述N的数值取值为4或8；另外，每个所述LED近紫外光灯组6、LED紫光灯组8、LED蓝光灯组10、LED蓝绿光灯组12、LED白光灯组14的X个LED灯，X是指大于或等于1的自然数，这里我们给出一种具体可选的形式，N的数值取值为4，光照单元由4个灯模块拼接而成一个正方形，且每个所述LED近紫外光灯组6、LED紫光灯组8、LED蓝光灯组10、LED蓝绿光灯组12、LED白光灯组14的2个LED灯，其能够准确地实现A+级光谱匹配度。

另外，为了使每个灯模块造型更加美观，如图2所示，所述卤素灯16位于灯模块的中央，LED近紫外光灯组6、LED紫光灯组8、LED蓝光灯组10、LED蓝绿光灯组12和LED白光灯组14均匀规则地排布于卤素光周围，其还有助于集中能量。

本方式中，为了达到调试效果，所述调光装置36包括光谱仪40探头38、光谱仪40、光控器44、计算机42、供电器46，光谱仪40探头38设置于出光口用于测量光辐射强度，光谱仪40探头38与光谱仪40通过光纤连接，光谱仪40与计算机42电性连接，并由所述计算机42信号进行实时监测并记录数据，计算机42与供电器46电性连接，供电器46与光控器44电性连接，光控器44与光源4电性连接；供电器46为光控器44供电。

可以理解的是，光控器44的选择是多样的，所述光控器44采用直流DC调光或脉冲宽度调制PWM调光控制每个LED灯或卤素灯16的辐射通量,其中：所述的直流DC调光，通过改变电流大小控制每个LED灯或卤素灯16的辐射通量；所述的脉冲宽度调制PWM调光，通过改变脉冲占空比控制每一个光源4的辐射通量。这里我们提供一种可选的具体的形式，上述光控器44采用恒流控制芯片--SG3525，SG3525是采用电流模式PWM控制方式(即所谓电流控制型脉宽调制)的功率开关芯片，支持12/18V输出电压，其根据反馈电流来调节脉动宽度，再通过控制恒流驱动电路的电流值实现单独控制每个LED灯或卤素灯16的功能，方便高效，安全可靠。

本方式的操作步骤为：光源4发出的光线经匀光装置22，在出光口实现充分混合，且经测试验证不均匀性指标满足IEC60904-92007标准；其后通过光谱仪40探头38和光谱仪40捕捉及时光谱，并将实时数据传输至计算机42上进行显示；计算机42上设置有光谱仪40软件，光谱仪40软件预设有标准光谱等级参数，通过将实时数据和标准参数进行比较，判断不同波段内的光谱等级是否满足设计要求，如300-600nm内的能量低或高；其后通过调整光控器44对对应的LED灯组进行调整，使其最终满足光谱等级设计要求。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种太阳光模拟器，其特征在于，其包括：

箱体(2)，其为一端封闭一端具有出光口的中空结构；

光源(4)，包括安装在箱体(2)内部封闭的一端的座体(24)和安装在座体(24)上的M个光照单元，每个光照单元由N个灯模块拼接而成，每个灯模块上安装有中心波长范围为360-400nm的LED近紫外光灯组(6)、中心波长范围为410-420nm的LED紫光灯组(8)、中心波长范围为455-475nm的LED蓝光灯组(10)、中心波长范围为490-500nm的LED蓝绿光灯组(12)、色温为3800-4500K的LED白光灯组(14)，以及至少一个中心波长范围为600-1100nm的带有滤光件的卤素灯(16)；

匀光装置(22)，设置在光源(4)与出光口之间，所述光源(4)的光线经过匀光装置(22)充分混合后，通过调光装置(36)进行调整。

2.根据权利要求1所述的一种太阳光模拟器，其特征在于，所述卤素灯(16)的发光效率值为30-35LM/W。

3.根据权利要求1或2所述的一种太阳光模拟器，其特征在于，所述N的数值取值为4或8。

4.根据权利要求3所述的一种太阳光模拟器，其特征在于，所述卤素灯(16)位于灯模块的中央，LED近紫外光灯组(6)、LED紫光灯组(8)、LED蓝光灯组(10)、LED蓝绿光灯组(12)和LED白光灯组(14)均匀规则地排布于卤素灯(16)周围。

5.根据权利要求1或2或4所述的一种太阳光模拟器，其特征在于，所述滤光件为可见滤光片(20)。

6.根据权利要求5所述的一种太阳光模拟器，其特征在于，所述可见滤光片(20)选用石英材料作为制备基片。

7.根据权利要求1或2或4或6所述的一种太阳光模拟器，其特征在于，所述调光装置(36)包括光谱仪探头(38)、光谱仪(40)、光控器(44)、计算机(42)、供电器(46)，光谱仪探头(38)设置于出光口用于测量光辐射强度，光谱仪探头(38)与光谱仪(40)通过光纤连接，光谱仪(40)与计算机(42)电性连接，并由所述计算机(42)信号进行实时监测并记录数据，计算机(42)与供电器(46)电性连接，供电器(46)与光控器(44)电性连接，光控器(44)与光源(4)电性连接。

8.根据权利要求7所述的一种太阳光模拟器，其特征在于，所述光控器(44)采用直流DC调光或脉冲宽度调制PWM调光控制每一个LED灯或卤素灯(16)的辐射通量,其中：

所述的直流DC调光，通过改变电流大小控制每一个LED灯或卤素灯(16)的辐射通量；

所述的脉冲宽度调制PWM调光，通过改变脉冲占空比控制每一个LED灯或卤素灯(16)的辐射通量。