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    重庆时时彩真有高手吗: 一种大面积平行光模拟器.pdf

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    一种 大面积 平行 模拟器
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    摘要
    申请专利号:

    CN201410016429.X

    申请日:

    2014.01.14

    公开号:

    CN103791275A

    公开日:

    2014.05.14

    当前法律状态:

    授权

    有效性:

    有权

    法律详情: 授权|||实质审查的生效IPC(主分类):F21S 2/00申请日:20140114|||公开
    IPC分类号: F21S2/00; F21V5/04; F21V19/00; F21Y101/02(2006.01)N 主分类号: F21S2/00
    申请人: 北京控制工程研究所
    发明人: 邢琰; 贾永; 徐希悦; 毛晓艳; 滕宝毅; 刘祥; 何英姿; 何健; 陈建新; 刘云; 朱秋东; 张喆民; 梁枫; 谭顺栓
    地址: 100080 北京市海淀区北京2729信箱
    优先权:
    专利代理机构: 中国航天科技专利中心 11009 代理人: 臧春喜
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    法律状态
    申请(专利)号:

    CN201410016429.X

    授权公告号:

    ||||||

    法律状态公告日:

    2015.10.21|||2014.06.11|||2014.05.14

    法律状态类型:

    授权|||实质审查的生效|||公开

    摘要

    本发明公开了一种大面积平行光模拟器,本发明利用LED芯片具有光效高、发热量小、响应快、寿命长等特点,使用单个LED芯片为光源,每个LED采用非球面聚光透镜作为聚光器件,菲涅耳透镜作为准直器件,三者的组合就可以完成聚光,然后在修正成平行光的功能。本发明由不同谱段的多个LED光照单元组成平行光光照单元???,进而组成整个大面积平行光模拟器,相比氙灯或卤素灯光源,使用LED芯片大大降低了功耗、散热的要求,从而降低了结构重量,使得大面积平行光模拟成为可能,解决了传统太阳模拟器在大面积平行光模拟时遇到的功率、结构、光学设计等方面的问题。

    权利要求书

    权利要求书
    1.  一种大面积平行光模拟器,其特征在于:由M个正方形的平行光光照单元??槠唇佣?,每个平行光光照单元??橛蒒个600nm~700nm红光LED光照单元和N个959nm~989nm红外光LED光照单元间隔排列组成,每个600nm~700nm红光LED光照单元或每个959nm~989nm红光LED光照单元均包括单个LED芯片、聚光器件和准直器件,聚光器件和准直器件组合对单个LED芯片所发出光线进行收集和平行化。

    2.  根据权利要求1所述的一种大面积平行光模拟器,其特征在于:所述单个LED芯片的聚光器件采用非球面透镜,非球面方程为:
    z=cr21+1-(1+k)c2r2+r2+r4+r6+r8]]>
    r=11.4,c=-1,r2=-2.144529e-10,r4=-0.000482,r6=-1.2e-5,r8=-7.967429e-8
    z代表光轴方向高度;r代表垂直光轴方向高度;k代表非球面系数;c代表顶点曲率。

    3.  根据权利要求1所述的一种大面积平行光模拟器,其特征在于:所述单个LED芯片的准直器件为菲涅耳透镜。

    4.  根据权利要求1所述的一种大面积平行光模拟器,其特征在于:所述M的个数为不少于49个,N的个数为不少于10个。

    5.  根据权利要求1所述的一种大面积平行光模拟器,其特征在于:所述1m×1m大小的平行光光照单元??橛?4×14个LED光照单元组成。

    说明书

    说明书一种大面积平行光模拟器
    技术领域
    本发明涉及一种平行光模拟器,尤其涉及一种大面积平行光模拟器,属于航天器地面物理试验技术领域。
    背景技术
    随着我国航天事业的发展,深空探测对地面试验验证工作提出了新的要求。尤其是深空就位探测技术地面试验验证,从试验方法、试验设备都不同于传统的卫星、飞船项目。尤其是对大面积的平行光模拟提出了迫切需求。传统太阳模拟器制造技术,通常是以氙灯、卤素灯为光源,光照面积一般在1米见方之下,无法适应深空就位探测类试验项目对光照面积的需求。由于这两种光源的效率不高,对平行光模拟设备的光学设计、结构设计和散热设计都提出了很高要求,因此难以满足大面积的平行光模拟的需求。
    发明内容
    本发明所要解决的技术问题:克服现有技术的不足,提供一种大面积平行光模拟器,该模拟器结构简单、易于实现,以LED器件为光源进行大面积平行光模拟,满足在平行度、光谱范围、辐照强度、均匀度、稳定度等方面的试验需求。
    本发明的技术解决方案是:一种大面积平行光模拟器,由M个正方形的平行光光照单元??槠唇佣?,每个平行光光照单元??橛蒒个600nm~700nm红光LED光照单元和N个959nm~989nm红外光LED光照单元间隔排列组成,每个600nm~700nm红光LED光照单元或每个959nm~989nm红光LED光照单元均包括单个LED芯片、聚光器件和准直器件,聚光器件和准直器件组合对单个LED芯片所发出光线进行收集和平行化。
    所述单个LED芯片的聚光器件采用非球面透镜,非球面方程为:
    z=cr21+1-(1+k)c2r2+r2+r4+r6+r8]]>
    r=11.4,c=-1,r2=-2.144529e-10,r4=-0.000482,r6=-1.2e-5,r8=-7.967429e-8
    z代表光轴方向高度;r代表垂直光轴方向高度;k代表非球面系数;c代表顶点曲率。
    所述单个LED芯片的准直器件为菲涅耳透镜。
    所述M的个数为不少于49个,N的个数为不少于10个。
    所述1m×1m大小的平行光光照单元??橛?4×14个LED光照单元组成。
    本发明与现有技术相比的有益效果是:本发明利用LED芯片具有光效高、发热量小、响应快、寿命长等特点,使用单个LED器件为光源,每个LED采用非球面聚光透镜作为LED的聚光器件,菲涅耳透镜作为LED的准直器件,三者的组合就可以完成聚光,然后在修正成平行光的功能,由不同谱段的单个LED组成LED光照单元,进而组成整个大面积平行光模拟器,相比氙灯或卤素灯光源,使用LED芯片大大降低了功耗、散热的要求,从而降低了结构重量,使得大面积平行光模拟成为可能,解决了传统太阳模拟器在大面积平行光模拟时遇到的功率、结构、光学设计等方面的问题,应用该技术,可以为具体物理仿真试验量身定做大面积平行光模拟设备,满足有大面积平行光模拟的物理仿真试验。
    附图说明
    图1为非球面透镜的外形结构图;
    图2为菲涅耳透镜的外形结构图;
    图3为单个LED平行辐射示意图;
    图4为每个光照单元??榈淖槌山峁雇?;
    图5为大面积平行光模拟器的结构图;
    图6为本发明的外形结构示意图;
    图7为大面积平行光模拟系统的实际辐照效果图。
    具体实施方式
    本发明的实现思路是:
    (1)选择合适的LED芯片。LED是窄光谱的光源,LED芯片所直接发出的光的波长大部分在几十nm的范围内变化。根据这一属性,根据航天器物理仿真试验的需求,确定目标光谱的谱段,选择出合适光谱范围和功率的LED芯片进行组合,就可以得到响应光谱范围内的光照。同时,根据所要求的光照强度来确定所选LED的功率。
    (2)设计单个LED光照单元的聚光器件、准直器件。LED光源是一种近似的朗伯光源,即光分布是以垂直于发光面的轴线为零度角的余弦分布,如果直接将LED应用于照明,会在被照射面上形成一个不均匀的圆形光斑,中心处最亮,并且会随着半径的增大亮度会衰减,为了克服这种缺点,需要进行二次光学设计,需要对每个LED芯片发出的光线进行充分收集并准直,使得整个LED光源出射光线的发散角尽量小。本发明设计了非球面聚光透镜为聚光器件,设计了菲涅耳透镜为准直器件,三者的组合就可以完成聚光,然后再修正成平行光。
    (3)试制光照单元???,并对光照单元??榈钠叫卸?、光照强度、均匀度、稳定度进行测试。要采用??榛峁狗绞?,就必须先制造出满足要求的光照单元,首先把一定数目的LED光照单元集成在一个光照单元??樯?,再对这一个光照单元??榈钠叫卸?、光照强度、均匀度、稳定度等进行测试。如果LEDx芯片选择的合适,并且聚光器件和准直器件的制造也达到设计要求,那么测量结果也应该满足设计要求;
    (4)形成光照模拟器。把多个光照单元??榧善鹄?,就能构成大面积平行光的光源。
    最后对整体平行光模拟器进行测试。对整体光照系统进行测试,包括整体光照的平行度、光照强度、均匀度、稳定度等,以验证光照单元集成起来的效果。把大面积平行光源放置在可转动的运动机构上,就可以模拟太阳高 度角,光照单元的平行度是靠精密机械加工完成的,要保证整体系统的平行度,必须把设计要点放在集成结构的平面度和刚度上;使用桁架式结构保证集成结构的刚度,使用弹性碟簧作为调解平面度的垫片,通过调整螺栓压紧力实现光照单元在同一平面上的调解。
    下面就结合附图,以制作一个10m×10m的大面积平行光模拟系统,对本发明做进一步介绍。本例中的大面积平行光模拟系统,要在10m×10m面积上实现600nm~700nm波段辐射功率1800W,959nm~989nm波段辐射功率280W,目前尚无单体辐射源能达到如此高的功率。因此采用低功率辐射源LED阵列以达到辐射功率要求,在满足辐照面积10m×10m的同时,也压缩了辐射矩阵的厚度。
    本例中的大面积平行光模拟系统,要在600nm~700nm红光和959nm~989nm红外光两个波段内模拟平行光,因此选择两种相应光谱范围内的LED芯片即可。
    设计非球面透镜作为单个LED芯片的聚光器件,如图1所示。
    单个LED芯片的聚光器件采用非球面透镜,非球面方程为:
    z=cr21+1-(1+k)c2r2+r2+r4+r6+r8]]>
    r=11.4,c=-1,r2=-2.144529e-10,r4=-0.000482,r6=-1.2e-5,r8=-7.967429e-8
    z代表光轴方向高度;r代表垂直光轴方向高度;k代表非球面系数;c代表顶点曲率。
    设计菲涅耳透镜作为单个LED芯片的准直器件,如图2所示。
    非球面聚光透镜和菲涅耳透镜组合在一起就可以完成对单个LED芯片所发出光线的收集和平行化,如图3所示。
    设计1m×1m大小的平行光光照单元???,每个单元??樯嫌?4×14个LED光照单元组成,600nm~700nm红光的和959nm~989nm红外光的间隔排列,如图4所示。
    把多个光照单元??榧善鹄?,就能构成大面积平行光模拟器,如图5 所示。外形结构实物如图6所示。图7是大面积平行光模拟系统的实际灰度效果图。从图7可以看出,该系统的平行度效果非常好。
    实际物理试验结果表明,本发明一种大面积平行光模拟技术用于实际制作的平行光模拟系统,仿真度极高,在要求的光谱范围内能逼真再现月球表面光照环境。本发明的主要技术内容可推广应用于月球、火星等深空就位探测物理仿真试验中的大面积平行光模拟器的研制。
    本发明未详细说明部分属本领域技术人员公知常识?!  ∧谌堇醋宰ɡ鴚ww.www.4mum.com.cn转载请标明出处

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