一种高精度太阳光模拟器制造技术

本发明专利技术涉及太阳光模拟器装置，属于太阳光模拟技术领域。本发明专利技术提供了一种太阳光模拟器，包括主光源及滤光装置、辅助光源及滤光装置、电源、温度检测模块、辐照度检测模块、光谱检测模块、时控电路，连接以上功能部件的主控系统。本发明专利技术的太阳光模拟器利用氙灯作为主要光源，以可调节光照强度的LED灯为辅助光源。本发明专利技术的太阳光模拟器系统具有在氙灯光源老化(即光源发出的光的幅照度下降、光谱偏移)的情况，通过自动调节LED灯辅助光源使得系统输出到测量位置上的幅照度基本不变、光谱匹配度基本不变。本发明专利技术太阳光模拟器可以消除温度对输出光幅照度精度的影响。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及太阳光模拟器装置，属于太阳光模拟

技术介绍
太阳光模拟器在有关太阳能利用、太阳电池研究等方面着很大的需求。由于各种因素的影响，室外的太阳光不是随时随地都能够得到想要的光照强度，就算大白天能够获得太阳能也没法保证太阳能准确的达到所需要的强度值。高精度太阳光模拟器就能很好的模拟稳定情况下太阳光照强度、光谱。衡量太阳光模拟器的指标是：光源与真实的太阳光的相似程度。主要从三个方面来体现这一指标：光谱匹配度、积分强度的均匀性、光辐射的稳定性。目前的太阳光模拟器主要采用氙灯作为模拟器的光源。氙灯的发光谱与太阳光谱比较接近，通过太阳光模拟器滤光片可以实现高精度的氙灯光源的太阳光模拟器与太阳光谱的光谱匹配度在2％以内。但氙灯光源的太阳光模拟器存在着一些问题。氙灯最大的不足是衰减较快的问题，通常一个氙灯在使用几百到上千小时，其发辐照度度就有显著的衰减。此外，氙灯是由高压击穿惰性气体氙气来点亮氙灯的，通过调节电流实现辐照度的调节，无法通过微调电压以及脉宽调制来实现对氙灯辐照度的控制。此外，氙灯的红外波段的发辐照度度相对高于太阳光谱。还有部分太阳光模拟器使用金属卤素灯作为光源。金属卤素灯红外线波段的辐射小，散热明显的优于氙灯，但金属卤素灯成本高于氙灯，其发辐照度度、光谱匹配度也弱于氙灯。鉴于氙灯光源自身具有的与太阳光谱匹配的优势，目前太阳光模拟器主要采用氙灯作为光源。但由于氙灯的衰减问题，目前一般是在使用几百到2000小时之后，更换氙灯，以保证太阳光模拟器的精度。因此，以高精度、经济性、稳定性为原则，开发一种能够消除氙灯衰减引起的精度下降问题的太阳光模拟器，具有一定的经济价值。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是：提供一种能够消除氙灯衰减引起的精度下降问题的太阳光模拟器。本专利技术解决该技术问题所采用的技术方案是：提供一种太阳光模拟器，包括主光源及滤光装置、辅助光源及滤光装置、电源、温度检测模块、辐照度检测模块、光谱检测模块、时控电路，连接以上功能部件的主控系统。本专利技术的太阳光模拟器利用氙灯作为主要光源，以可调节光照强度的LED灯为辅助光源，来实现对不同光照强度的精准实现。其中氙灯输出的光占总额定辐照度的80％～99.9％。LED输出的光占总额定辐照度的0.1％～20％。通过对LED驱动电源的脉宽调制来实现对LED输出光的精确输出。本专利技术的太阳光模拟器系统理论上具有在氙灯光源老化(即光源发出的光的幅照度下降、光谱偏移)的情况，通过自动调节LED灯辅助光源使得系统输出到测量位置上的幅照度基本不变、光谱匹配度基本不变。本专利技术的太阳光模拟器通过光敏探头采集辐照度和光谱数据，实现对太阳光模拟器输出光的光照强度和光谱匹配度进行检测，反馈到主控系统，再由主控系统调节LED灯辅助光源的发辐照度度，最终实现高精度的模拟太阳光输出。本专利技术的太阳光模拟器通过温度探头采集光敏探头的环境温度数据，反馈到主控系统，再由主控系统调节修正光敏探头测量得到的辐照度和光谱数据，系统理论上可以消除温度对输出光幅照度精度的影响。本专利技术的太阳光模拟器系统在光源的驱动电源发生波动的情况下，由于通过光敏探头实现的输出光检测和闭环反馈和主控系统的程度自动调节，理论上具有电源输入电压小范围波动情况下，系统输出到测量位置上的光斑的幅照度和光谱匹配度保持不变。本专利技术的优点在于：具有在氙灯光源老化(即光源发出的光的幅照度下降、光谱偏移)的情况，通过自动调节LED灯辅助光源使得系统输出到测量位置上的幅照度基本不变、光谱匹配度基本不变的优点，保持了测量精度的稳定；LED光源寿命长，可控性好，通过调节LED达到额定输出光，避免了经常更换氙灯带来的较高费用；本专利技术可以消除温度对输出光幅照度精度的影响；具有电源输入电压小范围波动情况下，系统输出到测量位置上的光斑的幅照度和光谱匹配度保持不变。附图说明：图1为本专利技术的结构示意图框。图2为本专利技术的系统工作流程图。具体实施方式：下面结合附图对本专利技术做进一步的说明如图1所示，本专利技术的太阳光模拟器，包括主光源及滤光装置、主光源电源、辅助光源及滤光装置、辅助光源电源、温度检测模块、辐照度检测模块、光谱检测模块、光路调节模块、时控电路，连接以上功能部件的主控系统。在本实例中，主光源及滤光装置采用500瓦氙灯作为太阳光模拟器的主光源，500瓦氙灯产生的光线光谱相对更为接近太阳光的光谱，这就使得模拟器更具有显示意义。氙灯通过电源与主控系统相连。滤光装置包括反光板、滤光片。由可自动调节距离的反光板可以改变光照均匀度，通过滤光片可以用来改变氙灯输出到光路中的光谱，实现输出光谱与太阳光谱基本匹配。在本实例中，辅助光源及滤光装置包括LED灯4组，其中亮度1100流明的白光LED灯10个，组成1组；亮度300流明的红光LED灯10个，组成1组；亮度300流明的绿光LED灯10个，组成1组；亮度300流明的蓝光LED灯10个。四组LED灯通过电源与主控系统相连。滤光装置包括反光板、滤光片。由可自动调节距离的反光板可以改变光照均匀度，通过滤光片可以用来改变LED灯输出到光路中的光谱。通过对LED驱动电源的脉宽调制来实现对LED输出光的精确输出。在本实例中，显示模块采用LCD1602液晶显示。该模块通过控制线与主控系统相连。通过LCD1602液晶显示能够清楚的显示时间、温度和光强，这就可以了解到模拟器的工作状态。在本实例中，辐照度检测模块由1个光敏电阻和电流传感器构成。电流传感器通过控制线与主控系统相连。通过检测光敏电阻中的电流大小，由电流传感器来采集数据，反馈到主控制系统。在本实例中，光谱检测模块由3个不同波长相应范围的光敏电阻和电流传感器构成。电流传感器通过控制线与主控系统相连。通过检测3个光敏电阻中的电流大小，由电流传感器来采集数据，反馈到主控制系统。在本实例中，温度检测模块采用DS1820芯片实现功能。该模块通过控制线与主控系统相连。DS1820是一款可组数字式温度传感器。DS1820测试出温度值后，反馈到主控制系统。在本实例中，主控系统采用单片机AT89C51为主控芯片。AT89C51是采用CMOS工艺和AT89C51内部带有4KBFlash程序存储器(可写入/擦除1000次)和128字节内部RAM，采用三级程序存储器加密，可以在0～24MHz全静态工作，包括2个定时/计数(16位)、6个中断源、32条I/O线和可编程UART串行口/通道，芯片内部含有时钟振荡电路。AT89C51是一种功能强，灵活性高并且价格合理的单片机，可为很多嵌入式控制系统提供灵活且价廉的方案，在各种控制领域可以方便地应用。主控系统通过I/O线与以上各模块相连。如图2所示，本实例中，本专利技术的太阳光模拟器的工作流程为：步骤一，打开电源，主控系统初始化，主光源、辅助光源输出光，显示模块显示系统处于开机初始化及热机状态；步骤二，在稳定5分钟后，温度检测模块、辐照度检测模块、光谱匹配度检测模块上报温度、辐照度、光谱匹配度数据到主控系统；步骤三、主控系统根据温度、辐照度、光谱匹配度数据计算当前总的输出光与额定的太阳光谱的辐照度匹配度、光谱匹配度；步骤四，主控系统根据当前总的输出光与额定的太阳光谱的辐照度匹配度、光谱匹配度，调节四组LED辅助光源的输出，当全光本文档来自技高网...

【技术保护点】
本专利技术的一种太阳光模拟器，其特征在于：包括主光源及滤光装置、辅助光源及滤光装置、电源、温度检测模块、辐照度检测模块、光谱检测模块、时控电路，连接以上功能部件的主控系统。

【技术特征摘要】
1.本发明的一种太阳光模拟器，其特征在于：包括主光源及滤光装置、辅助光源及滤光装置、电源、温度检测模块、辐照度检测模块、光谱检测模块、时控电路，连接以上功能部件的主控系统。2.本发明的一种太阳光模拟器，其特征在于：本发明的太阳光模拟器利用氙灯作为主要光源，以可调节光照强度的LED灯为辅助光源。通过自动调节LED灯辅助光源使得当主要光源老化时，系统输出到测量位置上的幅照度基本不变、光谱匹配度基本不变。3.本发明的一种太阳光模拟器，其特征...

【专利技术属性】
技术研发人员：郑一茗，田雨庭，
申请(专利权)人：田雨庭，
类型：发明
国别省市：天津;12