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LED光源太阳光模拟器

发布时间:2024-08-20 来源:科迎法

LED光源太阳光模拟器以 LED 阵列替代传统气体放电灯泡,用多个波段的 LED 组合拼接出接近日光的光谱,等级仍按 IEC 60904-9 的三项指标判定。科迎法可采用 LED 阵列光源,按被测对象的光谱需求分配各波段的辐射功率;全系通用规格下辐照强度 700–1300W/m² 连续可调,辐照面积自 100mm×100mm 起按需扩展。LED 发热量低、运行安全,点亮与熄灭响应快,适合需要长时间连续光照的实验教学、基础科研、植物生长与光电器件常规光照测试,光谱与面积可按需配置。

LED光源太阳光模拟器产品实拍

产品定位

LED光源太阳光模拟器要回答的核心问题是,光谱能不能按需拼出来。LED 阵列把若干条窄波段光路并在一起,每路配独立驱动通道,各波段的功率占比可以单独设定,光谱形状于是跟着被测对象走。植物生长实验可把能量往红光与蓝光段集中,光电器件测试可把能量压在其响应波段,需要向标准日光靠拢时就把波段划得更细、逐路定标。LED 无需高压触发器,启停冲击小、开关响应快,适合长时间连续点亮与程序化光照周期。科迎法在 LED 阵列光源方向持续探索,可按需提供 LED 阵列方案,与氙灯连续光谱方案并行供选。氙灯与 LED 两条路线的机型分布,太阳光模拟器总览可看全貌。

技术参数

项目参数
光源类型LED 阵列光源,多波段组合,按需配置
波段组成按目标光谱选定主波长与通道数,可按需扩展
辐照强度700–1300W/m² 连续可调
辐照面积100mm×100mm – 2600mm×2800mm 范围内可选
出光方向垂直向下 / 垂直向上 / 水平向左 / 水平向右
光谱匹配度按 IEC 60904-9 分级,等级按波段组合与逐路定标确定
辐照不均匀度按 IEC 60904-9 分级,等级按配置选定
时间不稳定性按 IEC 60904-9 分级,等级按配置选定
准直角度≤2.5° 半角
均场技术双复眼透镜组合
快门控制时间0.1S – 9990 小时
控制方式微电脑 / 触摸屏,按需选配
供电按现场电力条件按需定制
安全保护灯源箱外盖打开自动关闭灯源,温度传感器 + 自锁系统

三大核心指标与光谱等级

判定一台模拟器优劣的仍是三项指标,依据 IEC 60904-9,校准时可参照 JJF1615-2017《太阳模拟器校准规范》。对 LED 阵列来说,三项指标背后压着同一个变量,波段划得够不够细、每一路有没有单独定标。

光谱匹配度(AM1.5G)

LED 的光谱由若干窄带峰叠加而成,峰与峰之间留有能量较低的区间,这与氙灯 200–2000nm 的连续能量分布有本质差别。判据不变,各波段辐照度占比的比值落在 0.75–1.25 之间为 A级。要让多峰包络贴近 AM1.5G,靠增加波段数量、把峰值排布在标准光谱的关键区间,并逐路校准。AM1.5G 对应太阳天顶角 48.2°、日光照度约 109,870 lux,约 1000.4W/m²。

辐照不均匀性

多条 LED 光路并束之后,各路之间的指向偏差与能量差异会直接落到光斑上。LED 方案在这一项上多一个抓手,每一路都有独立驱动通道,可以按点位实测结果回头修正单路输出,把照度一致性往目标区间收。约定方式与常规机型一致,仍按有效工作区内的辐照度相对偏差分档,档位越靠前,允许的偏差越小,对并束设计的要求也越高。均场仍靠双复眼透镜组合把多路光束叠匀,光斑越大、并束路数越多,这一项越需要留出设计余量。

时间不稳定性

LED 由恒流驱动,输出不依赖气体放电的弧光建立过程,通断响应快,短周期重复性有先天优势。A级要求规定时间间隔内辐照度的最大相对波动 ≤±2%。对需要连续数小时乃至数天取数的植物生长观察与光稳定性考察,这一项比峰值亮度更值得盯。

本页机型为 LED 阵列光源方案,三项指标的等级取决于波段划分的粗细与逐路定标的能力,按目标场景选配。严格对标 AM1.5G 的光伏效率测量仍以氙灯连续光谱方案为主,LED 阵列适用于光谱宽容度较高或需要特定波段强化的场合。

光源与光学系统

LED 阵列的波段可调性,落地成四步。第一步选波段,按目标光谱在蓝、绿、红与近红外等区间挑起主波长,通道数量由光谱曲线的陡峭程度决定。第二步定占比,把标准光谱各波段的辐照度占比翻译成每一路的功率目标。第三步逐路定标,用光谱辐照度测量设备核对各通道的实际输出,把偏差逐路压回去。第四步在线调节,运行中改变某一通道的驱动电流,光谱形状随之改变,实验途中也能换条件。

光学部分由专业光学设计软件仿真完成,可实现小面积准直、聚焦形式与大面积准直,出光方向覆盖上下左右。与氙灯相比,LED 阵列的光学难点从单灯配光变成了多路合束,既要让各路光束在空间上叠合,又要避免叠加后出现局部热点,双复眼透镜组合在这里承担主要工作。

电气控制与安全保护

LED 方案的电气特征来自光源本身,控制与保护围绕恒流与多通道展开。

  1. 每一路 LED 由独立恒流通道驱动,通道之间互不牵连,单路异常不会拖累整组光谱。
  2. 不设高压触发器,启停过程平缓,电网冲击与电磁干扰相应减小。
  3. 供电回路由开关电源、继电器、空气开关与浪涌保护器组成,异常时先替回路挡下冲击。
  4. 灯源箱外盖打开即触发安全锁并关闭灯源,柜内温度传感器与自锁系统一并守住操作者。
  5. 风扇断电延时,关机后散热系统延后断电,无人值守时段不必人工留守。
  6. 快门控制时间 0.1S–9990 小时,可按光照周期设定点亮与熄灭,适合程序化的长周期实验。

可选配置

  • 波段组合方案,按目标光谱定制主波长与通道数,交由光学设计一并仿真
  • 各路独立调光模块,运行中单独改变某一波段的输出,用于光谱对比实验
  • 光谱辐照度监测与记录模块,为逐路定标与日常核查提供依据
  • 双复眼透镜组合均场元件,按光斑尺寸选配
  • 通道数扩展,按目标波段的实际数量增加独立驱动通道
  • 逐路定标工装,用于各通道辐照度的逐点核查与一致性比对

应用场景

LED光源太阳光模拟器的主场在农业科学。植物生长的光照实验关心三件事,光谱配比、光照周期与样品温升,LED 阵列恰好在这三处占优。按需强化叶绿素吸收较强的红光与蓝光波段,把配比调成实验需要的形状;快门控制时间覆盖 0.1S 至 9990 小时,可把昼夜节律编进程序自动运行;发热量低,光斑处的红外冗余少,叶片与培养体不容易被烤热,长时间照射下箱内温度更易控。育苗补光对比、光合速率研究、不同光谱配比对株型与产量的影响实验,都可以在这套光照下做成可对照的批次。小面积光照测试箱的实际配置,可参见小面积太阳光模拟器测试箱。

次场景是生物科技。医疗药品与化妆药品的开发检测需要长期、可重复、强度可控的光照条件,用来考察样品在光照下的稳定性;LED 通断快、无高压触发,频繁启停的实验流程更好编排。

配套系统

配套围绕光的量测与实验环境两处展开,按被测对象取舍。

  • 光谱辐照度测量,LED 方案的必要配套;逐路定标、波段切换后的复核查验,以及日常的辐照度比对,都依赖这一环节的数据。光斑面积较大时,还需在有效辐照区内按点位取数,确认各位置的辐照度落在约定范围内。
  • 环境配套,需要恒温恒湿条件的实验可与相应设备配合,把光斑处的样品温度维持在设定区间,植物生长观察与药品稳定性考察尤其需要。
  • 其他配套,需要读取电学参数、或需要在无水无氧气氛下取数的实验,可在被测器件确定之后按需另行配套。

选型参数怎么看

LED 方案比常规机型多出两个维度,一共看五处。通用四维分别是光斑或有效辐射面积,按样品最大边长加 10–20mm 余量定;等级,把光谱匹配度、辐照不均匀度、时间不稳定性三项分别定档再组合;辐照强度,本方案 700–1300W/m² 连续可调;准直角,需要平行光时看 ≤2.5° 半角这一项。LED 专有两维,一是波段组成,即选哪几个主波长、分几路;二是调节能力,即各路功率占比能否在线单独改变,以及是否配逐路定标与辐照度监测。把这五处写进需求单,方案基本不会跑偏。方案定下来后要横比各系列机型,可参考太阳光模拟器产品中心。

选型须知与常见问题

Q1:LED 和氙灯,光谱上到底差在哪?

A:氙灯是 200–2000nm 的连续能量分布,可见光区与太阳光谱很接近;LED 由若干窄带峰叠加而成,峰与峰之间有能量低谷。前者适合严格对标标准光谱,后者适合需要特定波段强化的实验。

Q2:是不是可以只配 LED、不配氙灯?

A:取决于要做什么。若实验以植物生长、光生物或光电器件常规光照为主,只要波段配比与辐照度满足要求,单配 LED 阵列可行;若要做严格对标 AM1.5G 的效率测量,仍建议以氙灯连续光谱为主。常规通用实验可对照标准款太阳光模拟器。

Q3:LED 的波段能调吗,怎么调?

A:能。各波段配独立驱动通道,运行中改变某一路的电流即可改变该波段的输出,光谱形状随之变化。前提是选型时就把需要的波段与调节范围写清楚。

Q4:长时间没人值守,LED 机型撑得住吗?

A:支撑点有三个。发热量低,机内热负荷小;风扇断电延时,关机后散热系统延后断电;安全锁与温度传感器加自锁系统在异常时切断灯源。设备可长时间连续点亮。

Q5:样品会不会被光烤热?

A:LED 的红外冗余比气体放电灯少,光斑处的热辐射相应减少,样品温升更容易控制。对温度特别敏感的样品,还可配合恒温恒湿设备或加装光强调节装置。

Q6:植物生长实验要不要按红蓝光配比定制?

A:建议定制。植物对红光与蓝光的响应与对绿光不同,把这两个波段的占比调成实验需要的形状,批次之间才可对照;波段与配比在选型时一并确定。

Q7:LED 的等级能定到哪一档?

A:等级由三项指标各自定档后组合,取决于波段划分的粗细与逐路定标的能力。以标准光源对标为主的应用,建议把目标等级明确写进需求;标定类用途仍建议走氙灯方案。

Q8:光斑要多大,能不能放进生长箱?

A:按样品或栽培区的最大边长加 10–20mm 余量确定,辐照面积在 100mm×100mm 至 2600mm×2800mm 范围内可选;箱体尺寸受限时,把安装空间与散热通道一并纳入核实。

LED 方案的选型口径,可延伸阅读太阳光模拟器技术原理科普。

交付、安装与售后

设备按固定流程分阶段产出,从设计、检验到装配、校正与老化,每一环留有记录,生产环节执行 ISO9001:2015 质量管理体系。性能校正一步在出厂前完成,含第三方校准并出具校准报告,各波段的逐路定标结果一并记录,到货后可直接用于复核。安装阶段按选定的出光方向与工作距离就位,复核光斑均匀度与各路输出。售后提供 24 小时技术支持与 12 小时响应,质保期内完整售后,质保期外提供有偿全流程上门,设备全生命周期内可享保养与维护。出厂检测由第三方计量机构完成,报告随设备交付。

LED 阵列方案的波段与通道配置,可联系科迎法进一步确认。

相关案例与推荐

LED 阵列光源的同类应用可参考植物生长光照实验、药品与化妆药品光稳定性考察等项目类型。需要严格对标标准光谱时,看稳态太阳光模拟器与光伏测试太阳光模拟器;需要超高能流密度的点聚焦条件时,看聚光型太阳光模拟器;想先弄清叫法与全系规格的分工,可回到太阳模拟器一览六大系列。各系列整机规格的横向比较,见太阳光模拟器整机参数对比。

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