[发明专利]基于残差进化算法的多LED太阳光光谱合成LED类型选择方法

说明书

本发明公开了一种基于残差进化算法的多LED太阳光光谱合成LED类型选择方法，包括以下步骤：S1计算光谱匹配度的残差分布,寻找最大残差所在波段位置；S2选择对应的LED种类；S3利用差分进化算法对当前LED类型组合下的光谱合成工作参数进行优化，计算得到当前LED类型组合下的光谱合成优化结果并判断是否满足要求；迭代直至光谱匹配度满足设计要求，输出LED类型选择的结果。采用本方法选择合适的LED用于太阳光光谱合成，整个方法的步骤简洁，需要进行的工作量相对小、需要的时间的较短；本方法计算的准确率高，能有效保证LED类型选择对光谱匹配的有效性。

技术领域

本发明属于LED太阳光光谱合成的技术领域，具体涉及一种基于残差进化算法的多LED太阳光光谱合成LED类型选择方法。

背景技术

太阳光光谱合成技术，是一种利用人工光源模拟太阳光光谱分布的技术。太阳光由于具有时空特性，不同位置、不同时间、不同气候条件下具有不同的辐照度，因此具有辐照度可调整的匹配太阳光光谱的光源可在实验室提供稳定的测试条件，用于太阳能电池性能测试与质量控制、工程材料老化实验、可靠性和寿命测试、生物医学等各个领域。

早期的太阳光光谱合成选择与太阳光光谱分布接近的传统的卤钨灯、氙灯等作为人工光源，但是受卤钨灯、氙灯发光原理的限制，存在光谱匹配精度低、时间稳定性差、系统结构复杂、价格昂贵、使用寿命短等缺陷。而在太阳能电池测试与分选领域应用普遍的人工光源是氙灯，通过设计专用滤光片匹配太阳光光谱，但氙灯受限于气体放电工作原理，无法实现宽的辐通量输出调整，需设计复杂的光学结构满足辐照均匀性的指标要求，而且氙灯寿命较短，维护成本较高。

LED作为新型固态照明人工光源，其发光光谱窄，光谱种类多，可通过多种类型的LED相互混合叠加实现特定光谱的匹配；其可调可控性好，LED的输出能量可独立控制调节，易于实现可调谐光谱以及宽辐照度输出，以模拟真实外界环境。采用恒流源低压驱动，相对氙灯高压脉冲驱动，安全可靠，易于控制；其光衰小，发光的时间稳定性远优于传统太阳光模拟器的人工光源，可获得稳定的辐照度输出，提供稳定的测试光源，提高测量精度；其尺寸小，易于集成阵列，方便二次光学设计实现均匀空间分布；高功率LED可实现大功率辐照度输出；具有响应速度快的特点，可工作在脉冲和连续光源模式；工作寿命长，减少维护成本。LED优异的技术特征使LED成为太阳光光谱合成最有发展潜力的人工光源。

在IEC 60904-9国际标准中对太阳模拟器的太阳光光谱匹配度进行了分级评定，400nm-1100nm波长范围内，400nm-900nm每隔100nm，900nm-1100nm相隔200nm，共计6个波段计算波段光谱能量与全波段光谱能量的比值与标准光谱的相应比值的比值，以最大值作为光谱合成效果的光谱匹配度的评定依据。

但是，在采用LED合成太阳光光谱需解决从产品库中选择LED种类，每个类型LED的个数和驱动电流等工作参数确定等多个问题。由于市场上LED的种类繁多，覆盖紫外到红外等宽的波段范围，不同的组合均可合成太阳光光谱，需寻找能够满足太阳光光谱匹配指标要求下的种类个数最少的组合，并在此基础上优化确定LED的工作参数，因此多LED太阳光光谱合成属于双优化问题，即需优化选择LED种类以及工作参数。

现有公开的技术中，文献Investigation of solar simulator based on high-power light-emitting diodes采用经验法，针对设计太阳光模拟器所用的LED，根据IEC标准中对光谱匹配度的定义，在每个波段选择一种高功率LED，该种方法具有随机性，无法保证LED类型选择对光谱匹配的有效性。文献Optimal pruning for selecting LEDs tosynthesize tunable illumination spectra针对可调谐光谱灯的设计，从LED种类集中利用删减法删除对匹配误差影响权重较小的LED类型，实现LED类型的选择。采用删减法，需对原始种类集进行光谱合成的优化，具有计算量大、耗时长等缺点。