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以LED 光源制作太阳模拟器有哪些优缺点?

发布时间:2021-06-15      点击次数:1008
太阳模拟器利用人工光源模拟太阳光辐照,能提供与太阳光谱分布相匹配的、均匀的、准直稳定的光辐照,在航空航天、气象、民用等领域应用广泛。目前,国内外使用的大部分太阳模拟器的光学系统仍是针对氙灯光源设计的,虽然氙灯的光谱线较接近自然太阳光照,但采用氙灯光源,仍具有寿命短、产热高、体积大、能量利用率低等缺陷。发光二极管(LED)是继白炽灯、荧光灯之后的第3次光源革命。相比传统光源,具有寿命长、发光效率高、光强稳定、可控制、近似点光源等优势。因此,研制以LED为光源的太阳模拟器具有低碳环保、性能稳定、价格低廉等优点,并逐渐成为众多科研单位或生产企业竞相研究的热点。
 
LED 全称是发光二极管,是一种能够发光的半导体器件,LED 的主要发光部件是由 PN 结组成的,PN 结由电子(带负电)多的 N 型半导体和空穴(带正电)多的 P 型半导体结合而成,当向 PN 结施加正向电压时,电子就会移动并在结合部再次结合,在结合的过程中产生的能量,而这些能量以光的形式释放出来。LED 的发光是自发辐射的过程,其发光的波长仅仅与 PN 的材料有关,而与电流的大小无关。对于白光LED,通常是由蓝光 LED 激发黄色荧光粉从而形成白光。
 
利用 LED 作为太阳光模拟器的光源具有如下优点:
光谱范围广,目前市场上已有多种波长的 LED 成熟产品,通过不同波长的 LED 组合,可覆盖太阳光的整个光谱范围;
安全稳定可控,LED 工作的电压很低,使用低压恒流源驱动,相对于氙灯采用高压脉冲启动,更加安全稳定可控;
使用寿命长,LED 光源的寿命约为几万小时,远比卤钨灯氙灯等光源寿命长;
亮度调节范围广,LED 的亮度可以通过电流来控制,电流的大小仅仅影响 LED 发光的亮度,不会影响 LED 发光的波长,因此LED 太阳光模拟器的总辐照度调节范围很大。
 
利用 LED 光源制作太阳光模拟器也有一些缺点:
单个 LED 的发光光谱范围十分有限,为了与太阳光光谱匹配,需要用很多 LED 进行组合,因此需要对各种 LED 进行独立的驱动,终组合成太阳光,因此采用 LED 光源制作的太阳光模拟器的驱动电源会比较复杂。另外,多种不同 LED 光线之间的混光,以及 LED 的散热等问题也是需要考虑到的缺陷。
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