[发明专利]全光谱LED太阳模拟器

说明书

技术领域

本发明涉及一种用LED灯珠阵列实现太阳模拟的装置，尤其是涉及全光谱覆盖的太阳模拟器。

背景技术

随着照明光源的不断发展，发光二极管（LED）的发光效率不断提高，光线质量高；单色LED光谱窄，使多个LED单色光源发光时，光谱重叠较少，光谱变得连续。选择多种LED光源，包含各个光谱段，最终实现全光谱的覆盖;LED光色较纯，低压即可驱动；其具有体积小、寿命长、发热量低、控制方便灵活等特点。对于上述诸多优点，使LED在植物栽培方面备受关注。所谓的LED太阳模拟装置，就是利用各种不同波长的LED光源通过光学积分器复合发光，使其产生类似于太阳光的效果。实验表明，虽然得到的LED光照强度比太阳光谱辐照度小得多，但是LED面阵得到的光谱辐射束组成与太阳光极为相似。理论上可以实现LED光源模拟太阳光。

太阳模拟是利用人工光源模拟太阳光辐照特性的一门科学技术。随着光电信息时代的到来，太阳模拟器可在高精度拟合太阳光谱的前提下，实现不同的太阳辐照强度。在短期内实现对不同地域、不同季节的太阳光辐照特性模拟，以满足实验研究对太阳辐照的特殊要求。早期的太阳模拟器主要应用于航空航天领域，主要应对空间科学领域对地面开展空间环境模拟实验的需要。现如今，太阳模拟器有了更广泛的应用，在农业方面各种太阳植物灯的涌现，使更多的作物增产增收；建材行业中，材料的耐辐射老化测试，把危险防患于未然；更有最近用于人体保健的太阳模拟装置的研制成功，进一步推动了太阳模拟技术的发展。

现在大多数的太阳模拟器使用氙灯光源模拟，红外部分存在很大的脉冲波动，需要特制的滤光片处理才能使其接近太阳光谱；传统的太阳模拟器点燃系统以及后续电路相当复杂，电光转换效率低，长期工作电性参数漂移，价格昂贵且使用寿命有限。

发明内容

本发明目的是解决现有太阳模拟器点燃系统复杂和后续电路庞大，价格昂贵，使用寿命有限的问题，提供一种全光谱LED太阳模拟器，该太阳模拟器选用LED作为光源，不仅价格低廉，寿命长，节能环保；而且电路简单，易于控制，尤其是能够实现全光谱的太阳模拟。

本发明的技术方案：

一种全光谱LED太阳模拟器，包括光源室，电路控制室和散热装置，所述的光源室、电路控制室和散热装置设置在一个一体的圆柱筒体内，圆柱筒体内的上部为光源室，光源室包括光源面板，光源面板上的中部设有LED灯珠阵列，LED灯珠阵列四周的光源面板上开有一组散热圆孔；光源室以上部分的圆柱筒体用作灯罩，圆柱筒体上端设置有光学菲涅尔透镜；光源室以下部分的圆柱筒体为电路控制室，包括控制芯片和限流电阻，限流电阻的一端连接控制芯片，限流电阻的另一端连接LED灯珠阵列，LED灯珠阵列的另一端连接开关电源；圆柱筒体内的下部设有散热装置。所述散热装置为一个大风扇，使用大风扇对限流电阻与LED灯珠阵列散热。

所述光源室内LED灯珠阵列以外的光源面板上整个用高反射率的反射纸覆盖，开关电源驱动LED灯珠阵列，光源由光源面板上的LED灯珠阵列射出；所述限流电阻被固定在铝片上，限流电阻以外的铝片上同样开有一组散热圆孔，整个铝片以120度角做成散热片状，并固定在圆柱筒体内壁上，整个圆柱筒体构成一个大的散热面。

所述LED灯珠的波长范围为365nm-940nm，每隔10nm选一种LED灯珠，利用单色光复合来实现LED太阳模拟。根据太阳光谱辐照图峰峰值的特殊要求，设计一种含有至少20种波长的LED灯珠太阳模拟灯阵。

 

本发明通过芯片控制电路，控制各LED灯珠发光功率，用辐照度计测量辐照度，利用MATLAB软件对所得数据进行高次拟合，使LED发光辐照度更接近太阳光谱辐照度，最终达到全光谱LED太阳模拟。

 

本发明的优点和有益效果：

本发明可以实现太阳全光谱的模拟。选用新型LED灯珠，价格低廉，节能环保，选用直流电源供电，低压即可驱动，限流电路仅采用电阻元件，电路结构简单灵活，且较容易控制。

附图说明

图1为本发明全光谱太阳模拟器总体结构示意图。

图2为全光谱太阳模拟器工作原理图。

图3太阳光谱辐照度图。

图4 MATLAB软件仿真拟合图。

图中，1光学菲涅尔透镜，2光源面板，3 LED灯珠阵列，4圆柱筒体，5铝片，6大风扇，7圆孔，8控制芯片，9水泥电阻，10太阳模拟器LED光源，11菲涅尔透镜，12小透镜，13光屏，14照度计，15计算机数据采集拟合处理。