一种单点连续扫描的低功耗宽光谱LED光源及发光方法技术

本发明专利技术公开了一种单点连续扫描的低功耗宽光谱LED光源及发光方法，该光源包括外壳，所述外壳内设有LED驱动及控制电路板，所述LED驱动及控制电路板通过电刷与LED灯盘连接，所述LED灯盘上沿圆周方向分布有多个波长范围不同的LED灯，所述LED驱动及控制电路板通过电动机驱动板与电动机连接，所述电动机通过马耳他十字机芯与主动轮一连接，所述主动轮一与从动轮一齿轮啮合，所述LED灯盘固定于从动轮一上；所述外壳上与LED灯盘对应的一侧开设通光孔，另一侧设置外部接口，LED驱动及控制电路板通过外部接口与上位机连接，本发明专利技术所公开的LED光源功耗低、光谱宽、单位波长功率大，提升了海水吸光度传感器性能，在浮标等能源供应受限的海洋监测平台上应用潜力巨大。

A Low Power and Wide Spectrum LED Light Source with Single Point Continuous Scanning and Its Luminescence Method

The invention discloses a low-power and wide-spectrum LED light source with continuous scanning at a single point and a luminous method. The light source includes a housing, which is equipped with an LED drive and control circuit board. The LED drive and control circuit board is connected with the LED lamp disc through a brush. The LED lamp disc has several LED lights with different wavelength ranges along the circumference direction, and the LED drive and control circuit board passes through. The motor drive board is connected with the motor, and the motor is connected with the driving wheel through the Malta cross core. The driving wheel is meshed with the driven wheel gear, and the LED lamp disc is fixed on the driven wheel. A through-light hole is arranged on one side of the shell corresponding to the LED lamp disc, and an external interface is arranged on the other side. The LED drive and control circuit board is connected with the upper computer through the external interface. The LED light source disclosed by the invention has low power consumption, wide spectrum and high power per unit wavelength, improves the performance of the seawater absorbance sensor, and has great potential for application on ocean monitoring platforms with limited energy supply such as buoys.

【技术实现步骤摘要】
一种单点连续扫描的低功耗宽光谱LED光源及发光方法
本专利技术涉及一种LED光源，特别涉及一种单点连续扫描的低功耗宽光谱LED光源及发光方法。
技术介绍
海水吸光度是能够反映海水中组成成分的重要参数，海水对不同波长的吸收可以反映出海水中浮游动植物、固体悬浮物、溶解物质等的浓度和种类的信息。这些信息对海洋监测、海洋牧场建设、海洋卫星遥感、海洋航行和国防安全均有着重要的意义。海水吸光度传感器是海水吸光度检测的常用设备，结构紧凑的小型光源是海水吸光度传感器的关键部件之一，其功耗、光谱宽度及单位波长功率直接决定了海水吸光度传感器的性能和探测效率。现有小型光源主要分为三大种类。第一种光源功耗低、单位波长功率大，但输出光谱窄，该种类型光源的输出光谱半高全宽可以做到2nm甚至更低，单位波长功率在0.1mW/nm数量级，但最大光谱宽度不超过50nm，过窄的光谱宽度使其不能作为宽谱光源使用，该种光源以OceanOptics的LSM系列光源中的单波长LED光源为代表。第二种是功耗低、光谱范围宽，但单位波长功率小的光源，该种类型光源光谱输出总功率与其他类型光源处于同一量级，但较宽的光谱使得在每个波长上分得的功率降低，该种光源以OceanOptics的HL-2000系列宽谱卤素光源为代表，该系列光源光谱宽度为2040nm，最大光谱输出总功率为8.8mW，平均单位波长功率为0.0043mW/nm，其供电需求为15W。第三种是输出光谱范围宽、单位波长功率大，但功耗高的光源，该种光源以北京鼎信优威光子科技有限公司的EQ系列宽谱光源为代表，该系列光源光谱宽度为1930nm，单位波长功率高达0.060mW/nm，但其140W的功耗对能源供给要求较高。综上所述，现有小型光源普遍存在功耗高、光谱范围窄、单位波长功率小的缺点。为克服上述缺点，本专利技术提出了一种单点连续扫描的低功耗宽光谱LED光源及发光方法，实现海水吸光度传感器光源及整体性能的提升，便于在小型浮标/潜标、水下滑翔机等能源供给受限的海洋监测平台上应用。
技术实现思路
为解决上述技术问题，本专利技术提供了一种单点连续扫描的低功耗宽光谱LED光源及发光方法，以达到功耗低、光谱范围宽、单位波长功率大的目的。为达到上述目的，本专利技术的技术方案如下：一种单点连续扫描的低功耗宽光谱LED光源，包括外壳，所述外壳内设有LED驱动及控制电路板，所述LED驱动及控制电路板上设置微控制器，所述微控制器通过电刷与LED灯盘连接，所述LED灯盘上沿圆周方向分布有多个波长范围不同的LED灯，所述LED驱动及控制电路板通过电动机驱动板与电动机连接，所述电动机通过马耳他十字机芯与主动轮一连接，所述主动轮一与从动轮一齿轮啮合，所述LED灯盘固定于从动轮一上；所述外壳上与LED灯盘对应的一侧开设通光孔，另一侧设置外部接口，LED驱动及控制电路板通过外部接口与上位机连接。上述方案中，所述LED灯盘上设置有与LED灯连接的译码及LED驱动电路，所述LED灯盘中心设置有与译码及LED驱动电路连接的接线端口，所述从动轮一和LED灯盘上开设可供排线穿过的弧形孔，所述电刷通过排线与接线端口连接。上述方案中，所述排线一端通过接线端口与所述译码及LED驱动电路连接，另一端穿过所述弧形孔与所述电刷的转子连接，电刷的定子与微控制器相连。上述方案中，所述马耳他十字机芯包括与电动机输出轴相连的主动轮二，和与主动轮一同轴固定的从动轮二，所述主动轮二上开设弧形缺口的角度为83°。上述方案中，所述LED灯设置有12个，按中心波长大小顺序沿圆周均匀分布于LED灯盘上。上述方案中，所述主动轮一与从动轮一的半径比为1:2。上述方案中，所述主动轮一与从动轮一为渐开线齿形的齿轮。上述方案中，所述通光孔设置1个。上述方案中，12个所述LED灯的波长范围分别为：382.5-397.5nm、392.5-407.5nm、402.5-417.5nm、410.0-430.0nm、422.5-437.5nm、427.5-452.5nm，447.5-472.5nm、467.5-492.5nm、472.5-502.5nm、486.0-514.0nm、502.5-537.5nm、532.5-547.5nm。一种单点连续扫描的低功耗宽光谱LED光源的发光方法，包括如下过程：(1)启动过程：接通外部电源，LED驱动及控制电路板上的微控制器启动并开始初始化，确保在启动时LED灯是关闭的，电动机是停转的；之后，微控制器会读取上一次关闭时保存的马耳他十字机芯的角度信息、当前动作周期所对应的LED灯编码信息，并对各个变量赋初值或进行数值修正，然后微控制器给电动机供电；(2)工作循环过程：电动机提供动力带动马耳他十字机芯工作，马耳他十字机芯通过主动轮一带动从动轮一转动，从而带动LED灯盘转动，微控制器通过监控电动机转动情况确定马耳他十字机芯的转动情况，从而控制当前动作周期对应的LED灯，当LED灯盘处于马耳他十字机芯动作周期的停止部分时，点亮当前动作周期正对通光孔的LED灯；当LED灯盘处于马耳他十字机芯动作周期的旋转部分时，熄灭上一个周期正对通光孔的LED灯，如此循环；(3)关闭过程：微控制器关闭电动机供电及LED灯盘的供电，并持续监控断电过程中LED灯盘的转动情况，待机械结构停止动作后，微控制器保存当前正对通光孔的LED灯编码信息和马耳他十字机芯的角度信息，然后微控制器处于待机状态，等待从外部接口接收启动指令或等待外部接口切断电源。通过上述技术方案，本专利技术提供的一种单点连续扫描的低功耗宽光谱LED光源通过电动机带动马耳他十字机芯转动，马耳他十字机芯每两次动作之间会有一定的时间间隔，每次动作包含转动和停留两部分，每次LED灯盘转动时，当前LED灯盘上对准通光孔的LED灯熄灭，同时顺转动方向移走，后一盏LED灯即预备位LED灯被准确移动到位，对准通光孔并点亮。本专利技术提出的一种单点连续扫描的低功耗宽光谱LED光源及发光方法，通过采用小型低功耗的电动机及元件，并将多盏LED灯环形排列进行单点顺序循环扫描的方法，有效降低了光源的功耗，拓宽了光源输出光谱覆盖的范围。同时若本专利技术所提供实施例中光谱的波长和范围不能满足使用需求，可在设计中通过增加或减少LED灯的数量和型号进行调整。另外，由于LED灯的电-光转换效率高，每盏LED灯在其负责的光谱范围内都可输出较大的单位波长功率。与现有小型光源相比本专利技术，同时具备了功耗低、光谱范围宽、单位波长输出功率高的优点。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。图1为本专利技术实施例所公开的一种单点连续扫描的低功耗宽光谱LED光源侧面示意图；图2为本专利技术实施例所公开的机械传动部分示意图；图3为本专利技术实施例所公开的LED灯盘示意图；图4为本专利技术电路信息流向示意图。图中，1、外壳；2、LED驱动及控制电路板；3、电刷；4、LED灯盘；5、LED灯；6、电动机驱动板；7、电动机；8、通光孔；9、外部接口；10、马耳他十字机芯；11、主动轮一；12、从动轮一；13、接线端口；14、排线；15、弧形孔；16、主动轮二；17、从动轮二。具体实施方式下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种单点连续扫描的低功耗宽光谱LED光源，包括外壳，其特征在于，所述外壳内设有LED驱动及控制电路板，所述LED驱动及控制电路板上设置微控制器，所述微控制器通过电刷与LED灯盘连接，所述LED灯盘上沿圆周方向分布有多个波长范围不同的LED灯，所述LED驱动及控制电路板通过电动机驱动板与电动机连接，所述电动机通过马耳他十字机芯与主动轮一连接，所述主动轮一与从动轮一齿轮啮合，所述LED灯盘固定于从动轮一上；所述外壳上与LED灯盘对应的一侧开设通光孔，另一侧设置外部接口，LED驱动及控制电路板通过外部接口与上位机连接。

【技术特征摘要】
1.一种单点连续扫描的低功耗宽光谱LED光源，包括外壳，其特征在于，所述外壳内设有LED驱动及控制电路板，所述LED驱动及控制电路板上设置微控制器，所述微控制器通过电刷与LED灯盘连接，所述LED灯盘上沿圆周方向分布有多个波长范围不同的LED灯，所述LED驱动及控制电路板通过电动机驱动板与电动机连接，所述电动机通过马耳他十字机芯与主动轮一连接，所述主动轮一与从动轮一齿轮啮合，所述LED灯盘固定于从动轮一上；所述外壳上与LED灯盘对应的一侧开设通光孔，另一侧设置外部接口，LED驱动及控制电路板通过外部接口与上位机连接。2.根据权利要求1所述的一种单点连续扫描的低功耗宽光谱LED光源，其特征在于，所述LED灯盘上设置有与LED灯连接的译码及LED驱动电路，所述LED灯盘中心设置有与译码及LED驱动电路连接的接线端口，所述从动轮一和LED灯盘上开设可供排线穿过的弧形孔，所述电刷通过排线与接线端口连接。3.根据权利要求2所述的一种单点连续扫描的低功耗宽光谱LED光源，其特征在于，所述排线一端通过接线端口与所述译码及LED驱动电路连接，另一端穿过所述弧形孔与所述电刷的转子连接，电刷的定子与微控制器相连。4.根据权利要求1所述的一种单点连续扫描的低功耗宽光谱LED光源，其特征在于，所述马耳他十字机芯包括与电动机输出轴相连的主动轮二，和与主动轮一同轴固定的从动轮二，所述主动轮二上开设弧形缺口的角度为83°。5.根据权利要求1所述的一种单点连续扫描的低功耗宽光谱LED光源，其特征在于，所述LED灯设置有12个，按中心波长大小顺序沿圆周均匀分布于LED灯盘上。6.根据权利要求1所述的一种单点连续扫描的低功耗宽光谱LED光源，其特征在于，所述主动轮一与从动轮一的半径比为1:2。7.根据权利要求1所述的一种单点连续扫描的低功耗宽光谱LED光源，其特征在于，所述主动轮一与从动轮一为渐开线齿形的齿轮。8.根据权...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵强，穆壮壮，张可可，陈世哲，李晋，赵勇，刘世萱，
申请(专利权)人：山东省科学院海洋仪器仪表研究所，东北大学，
类型：发明
国别省市：山东,37