Modul de placă PCBA pentru simulator solar LED 200-1750nm
Proiectarea sistemului optic al simulatorului solar LED trebuie să treacă prin procesare “sistem sursă de lumină – condensator – integrator optic – oglinda colimatoare”. Prin colaborarea mai multor componente, simulează iradierea solară și echilibrează colimația, uniformitate și potrivire spectrală. Sistemul sursei de lumină folosește o lentilă de colimare specifică pentru a reduce unghiul de divergență la 2° și se potrivește cu spectrul conform AM1.5. Condensatorul folosește o oglindă parabolică pentru a reduce pierderile, integratorul optic folosește reflexia pentru a uniformiza lumina, iar oglinda colimatoare emite un punct de lumină paralel. Bazându-se pe aproape de grup 20 ani de experiență în cercetarea și dezvoltarea echipamentelor de testare de ultimă generație, Luminbox de la Zicuang Measurement and Control a atins acoperirea a trei rute tehnice: LED, lămpi cu halogen, și lămpi cu xenon. Următorul text va detalia proiectarea sistemului optic al simulatorului solar LED.
Compoziția și principiul de funcționare al simulatorului solar LED
1_upscayl_3x_high-fidelity-4x.png
Schema schematică a structurii optice a simulatorului solar LED
Simulatorul solar LED este compus în principal dintr-o sursă de lumină LED, lentilă de colimare cu unghi mic, oglinda parabolica, integrator optic și așa mai departe. Când simulatorul solar LED funcționează, lumina Lambertiană emisă de sursa de lumină LED este transformată într-un fascicul de lumină paralel după trecerea prin lentila de colimare. Acest fascicul de lumină este convergent de oglinda parabolică și intră în integratorul optic, unde apar reflexii multiple. Fiecare reflecție formează o sursă de lumină virtuală, iar lumina uniformă este obținută în cele din urmă prin suprapunerea mai multor surse de lumină virtuale. Fasciculul uniform de lumină iese apoi în paralel prin oglinda parabolică și formează o suprafață uniformă de iradiere pe suprafața de testare la o anumită distanță. Când este privit din direcția luminii incidente, pare ca provine din “distanta infinita” a soarelui, simulând astfel iradierea solară.
Proiectarea sistemului de surse de lumină
Design cu lumină colimată
Curba de post-distribuție colimată a 2_upscayl_3x_high-fidelity-4x.png
Lumina emisă de LED urmează o distribuție lambertiană și are un unghi de divergență mare (semiunghiul este de obicei mai mare de 60°), necesitând astfel distribuție optică secundară pentru a realiza colimarea căii luminii. În proiectare, se adoptă o lentilă de colimare cu unghi mic bazată pe teoria surselor de lumină de suprafață și a razelor marginale. Materialul lentilelor este fabricat din polimetilmetacrilat cu un indice de refracție de 1.49, care are o transmisie ridicată a luminii și un cost scăzut de procesare. Prin reglarea refracției luminii de către lentilă, unghiul de divergenta (semiunghi) a luminii poate fi redusă la 2°. Acest design asigură că lumina este concentrată incidentă în deschiderea integratorului optic, îmbunătățirea semnificativă a ratei de utilizare a energiei luminoase și stabilirea bazei pentru distribuția și colimarea uniformă ulterioară a luminii.
2. Design spectral
Potrivirea spectrală este indicatorul de bază pentru simularea luminii naturale. Selectarea și combinarea cipurilor LED ar trebui să se bazeze pe spectrul solar standard AM1.5. Designul acoperă domeniul spectral de la 300 nm la 1100 nm, și cipurile LED cu o singură bandă sunt selectate în opt benzi cheie (300-400nm, 400-500nm, 500-600nm, 600-700nm, 700-800nm, 800-900nm, 900-1000nm, 1000-1100nm) și dispuse într-o matrice pe substrat. Prin controlul precis a curentului de conducere și a intensității luminii de ieșire a cipurilor LED ale fiecărei benzi, se poate realiza o asemănare mare cu spectrul AM1.5, îndeplinirea cerințelor spectrale ale diferitelor scenarii de aplicare.
Design lentile de condensator
3_upscayl_3x_high-fidelity-4x.png
Simularea concentrației în oglindă parabolică
Condensatorul adoptă o oglindă parabolică, ale căror caracteristici optice sunt următoarele: raze de lumină paralele cu axa de simetrie, după reflecție, toate pot converge la un singur focar fără aberații geometrice, și, de asemenea, satisface reversibilitatea căii optice (razele de lumină emise de focalizare pot forma lumină paralelă după reflexie). Parametrii de proiectare trebuie potriviți cu matricea de lentile de colimare pentru a se asigura că lumina paralelă emisă de lentila de colimare poate fi convergentă eficient către poziția de focalizare, iar poziția de focalizare corespunde exact cu portul de intrare al componentei ulterioare de omogenizare a luminii, minimizarea pierderilor de energie luminoasă.
Proiectare integratoare optice
Ca o componentă de bază uniformă a luminii, integratorul optic transformă lumina neuniformă după convergență într-un fascicul uniform prin reflexii totale multiple pe pereții săi interiori. Principiul luminii sale uniforme este că atunci când lumina incidentă este reflectată pe peretele interior al tijei de amestecare a luminii, multiplu “surse de lumină virtuale” sunt formate, iar uniformitatea luminii emise se realizează în cele din urmă prin suprapunerea mai multor surse de lumină virtuale. În proiectare, trebuie luați în considerare trei parametri: primul, forma secțiunii transversale, o secțiune transversală pătrată sau hexagonală regulată poate obține o uniformitate mai mare a iluminării; doilea, lungimea, prea mult timp va duce la o pierdere crescută de energie luminoasă, și prea scurt va avea ca rezultat o lumină uniformă insuficientă; treilea, distribuția spațială și unghiulară a luminii incidente.
Designul reflectorului colimator
Deși lumina după ce a fost omogenizată de către integratorul optic are o uniformitate excelentă, trebuie să treacă printr-o oglindă de colimare pentru a obține o ieșire paralelă a unui punct de lumină de dimensiuni mari. Deși sistemul de imagistică al simulatorului solar nu are ca scop îmbunătățirea calității imaginii, aberațiile mari vor reduce rata de utilizare a energiei luminoase a suprafeței de iradiere a sistemului de simulare solară. Prin urmare, în proiectare, o oglindă parabolică poate fi folosită pentru colimare. Partea superioară a oglinzii parabolice este deschisă, iar portul de ieșire al integratorului optic este plasat în centrul oglinzii parabolice.
În concluzie, proiectarea sistemului optic al simulatorului solar LED este un proiect de inginerie care necesită o coordonare precisă între toate componentele de bază: Sistemul sursei de lumină reduce unghiul de divergență printr-o lentilă de colimare, și cipurile cu mai multe benzi se potrivesc cu spectrul AM1.5. Lentila condensatorului conectează focalizarea pentru a reduce pierderea de energie luminoasă. Integratorul optic asigură o distribuție uniformă a luminii cu parametri rezonabili. Reflectorul de colimare realizează în cele din urmă eliberarea unui spot de lumină paralelă de dimensiuni mari. Fiecare link aderă îndeaproape la scopul de “transmisie eficientă a luminii și simulare precisă”, furnizarea de suport de echipamente pentru cercetarea experimentală și inovarea tehnologică în domenii conexe.
Modul PCB pentru simulator solar cu suprafață mare LED Heyi
Simulatorul solar cu LED-uri cu spectru complet și suprafață mare de la Heyi Measurement and Control realizează o performanță triplă în iradierea uniformă, spectru precis și funcționare stabilă cu performanță cuprinzătoare A+AA+. A trecut o certificare autorizată și oferă o soluție de iluminat cu spectru complet de încredere și standardizată pentru testarea materialelor, promovarea avansării testării activității fotocatalitice către o precizie mai mare și repetabilitate.