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激光与光电子学进展 2024年第13期61卷 358-367页

作者：李谱林吴玲玲陈靖占春连余欢西安工业大学光电工程学院陕西西安710021

为了实现飞机座舱人机工效实验验证平台中的环境光模拟系统在大面积目标面上高均匀的照度分布,采用模拟退火算法结合照度叠加理论模型,主要从光源发光角度和排布方式两个方面阐述大面积高均匀照明的led阵列设计方法,并且通过实验验证了... 详细信息

为了实现飞机座舱人机工效实验验证平台中的环境光模拟系统在大面积目标面上高均匀的照度分布,采用模拟退火算法结合照度叠加理论模型,主要从光源发光角度和排布方式两个方面阐述大面积高均匀照明的led阵列设计方法,并且通过实验验证了其准确性。结果表明,采用363个led光源按照模块化排布的光源阵列在距离1.5 m处的4 m×4 m目标面范围内,光照度均可达到5×10^(4) lx,且光照度均匀性达98.17%。该结果满足高空环境光模拟系统大面积高强度高均匀性的设计要求,可以为在大面积目标面实现照度高均匀性分布的照明系统设计提供参考。

关键词：光学设计与制造照明设计环境光模拟系统模拟退火算法大面积led阵列

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基于大面积拼接优化的大功率led照明阵列分布研究

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激光杂志 2024年第4期45卷 46-54页

作者：宋艳龙吴玲玲李谱林陈靖张丹妮西安工业大学光电工程学院西安710021

为了实现在(4 m×6 m)目标面积内模拟适合座舱人机训练的光照均匀环境,提出一种面积拼接的大功率led阵列设计方法。针对传统矩形和圆形阵列的照度分布不均匀问题,采用一种改进型的阵列分布,结合改进的粒子群算法进行优化排布。经仿真分... 详细信息

为了实现在(4 m×6 m)目标面积内模拟适合座舱人机训练的光照均匀环境,提出一种面积拼接的大功率led阵列设计方法。针对传统矩形和圆形阵列的照度分布不均匀问题,采用一种改进型的阵列分布,结合改进的粒子群算法进行优化排布。经仿真分析,改进型单模块阵列的照度均匀性为91.17%。由于安装误差的影响,实际测试光照均匀性为89%。单模块阵列拼接优化多模块led阵列,仿真结果为照度均匀性85.83%,光能量利用率87.40%。研究结果显示,使用面积拼接方法设计的改进型多模块阵列更适合模拟大面积光照环境,具有高照度均匀性和高光能量利用率的特点,对实际应用具有重要的参考价值。

关键词：大面积led阵列照度均匀性光能量利用率粒子群算法

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大面积环境光模拟系统的关键技术研究

大面积环境光模拟系统的关键技术研究

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作者：李谱林西安工业大学

学位级别：硕士

为了解决飞行视觉工效优化平台中的环境光模拟系统在大面积目标面上实现高照度高均匀性的照度分布问题,本文采用模拟退火算法结合照度叠加理论模型,主要从环境光模拟单元设计、光源阵列排布方式和光源散热三个方面阐述了大面积led光源... 详细信息

为了解决飞行视觉工效优化平台中的环境光模拟系统在大面积目标面上实现高照度高均匀性的照度分布问题,本文采用模拟退火算法结合照度叠加理论模型,主要从环境光模拟单元设计、光源阵列排布方式和光源散热三个方面阐述了大面积led光源阵列方案的设计方法,并且通过光源阵列模块实验验证了算法和结论的准确性。为了构建大面积环境光模拟系统,本文针对基于led阵列的大面积照明系统的关键技术展开研究,主要研究内容和结果如下:(1)基于边缘光线理论和斯涅尔定律推导计算了针对led扩展光源的准直光学系统的初始结构,并且利用Light Tools光学设计软件进行了优化设计和仿真验证。作为环境光模拟系统的核心部件,大发光角度的光源会导致光源阵列在目标面的照度值低,所以需要设计准直光学系统压缩led光源输出光线的发散角度。为此,推导设计了折反式和TIR透镜两种结构形式的准直光学系统,设计结果表明:利用折反式准直光学系统可以将发光口径为30mm的led光源的半光强角压缩至14.2°;利用TIR透镜形式的准直光学系统可以将发光口径为30mm的led光源的半光强角压缩至10°。(2)采用模拟退火算法结合照度叠加理论模型对比分析了圆环形、方形和交错排布三种排布方式以及均匀阵列、等差阵列和模块化阵列这三种阵列方式形成的led光源阵列在目标面的光照分布特性,并且确定了大面积光源阵列的最佳布局方案。仿真计算结果表明:按照交错排布方式且均匀阵列排布成大面积光源阵列是最合理的排布方式,其至少需要468个led光源才可以满足4m×6m目标面的照度值要求,对应地,目标面最小值为5.431×10～4lux,照度最大值为5.661×10～4lux,目标照度分布均匀度为97.93%。(3)采用强制风冷散热的方式对100W功率的led光源进行散热,并针对散热系统进行了参数计算和选型,最后利用流体分析软件分别对单个光源和光源阵列进行散热仿真验证。仿真结果表明:采用尺寸为80mm×80mm×102mm,风扇转速为2200RPM的散热器可以对功率为100W的led光源进行有效地散热,且采用交错排布可以满足光源工作温度最高不超过60℃的温度要求。(4)搭建了光源阵列模块实验,分别验证了利用模拟退火算法求解光源阵列布局方案的可行性和准确性、光源阵列不同排布方式的辐照特性、光源阵列的色温分布特性以及采用风冷散热的散热效果。采用交错排布方式且均匀阵列形成的大面积led光源阵列满足环境光模拟系统大面积高照度高均匀性的设计指标要求,可以为在大面积目标面实现照度高均匀分布的照明系统设计提供参考。

关键词：环境光模拟系统设计准直光学系统设计大面积led阵列强制风冷散热模拟退火算法

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