本發(fā)明涉及太陽(yáng)光模擬器裝置，屬于太陽(yáng)光模擬技術(shù)領(lǐng)域

背景技術(shù)：

太陽(yáng)光模擬器在有關(guān)太陽(yáng)能利用、太陽(yáng)電池研究等方面著很大的需求。由于各種因素的影響，室外的太陽(yáng)光不是隨時(shí)隨地都能夠得到想要的光照強(qiáng)度，就算大白天能夠獲得太陽(yáng)能也沒(méi)法保證太陽(yáng)能準(zhǔn)確的達(dá)到所需要的強(qiáng)度值。高精度太陽(yáng)光模擬器就能很好的模擬穩(wěn)定情況下太陽(yáng)光照強(qiáng)度、光譜。衡量太陽(yáng)光模擬器的指標(biāo)是：光源與真實(shí)的太陽(yáng)光的相似程度。主要從三個(gè)方面來(lái)體現(xiàn)這一指標(biāo)：光譜匹配度、積分強(qiáng)度的均勻性、光輻射的穩(wěn)定性。

目前的太陽(yáng)光模擬器主要采用氙燈作為模擬器的光源。氙燈的發(fā)光譜與太陽(yáng)光譜比較接近，通過(guò)太陽(yáng)光模擬器濾光片可以實(shí)現(xiàn)高精度的氙燈光源的太陽(yáng)光模擬器與太陽(yáng)光譜的光譜匹配度在2％以內(nèi)。但氙燈光源的太陽(yáng)光模擬器存在著一些問(wèn)題。氙燈最大的不足是衰減較快的問(wèn)題，通常一個(gè)氙燈在使用幾百到上千小時(shí)，其發(fā)輻照度度就有顯著的衰減。此外，氙燈是由高壓擊穿惰性氣體氙氣來(lái)點(diǎn)亮氙燈的，通過(guò)調(diào)節(jié)電流實(shí)現(xiàn)輻照度的調(diào)節(jié)，無(wú)法通過(guò)微調(diào)電壓以及脈寬調(diào)制來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)氙燈輻照度的控制。此外，氙燈的紅外波段的發(fā)輻照度度相對(duì)高于太陽(yáng)光譜。還有部分太陽(yáng)光模擬器使用金屬鹵素?zé)糇鳛楣庠?。金屬鹵素?zé)艏t外線波段的輻射小，散熱明顯的優(yōu)于氙燈，但金屬鹵素?zé)舫杀靖哂陔療?，其發(fā)輻照度度、光譜匹配度也弱于氙燈。鑒于氙燈光源自身具有的與太陽(yáng)光譜匹配的優(yōu)勢(shì)，目前太陽(yáng)光模擬器主要采用氙燈作為光源。但由于氙燈的衰減問(wèn)題，目前一般是在使用幾百到2000小時(shí)之后，更換氙燈，以保證太陽(yáng)光模擬器的精度。

因此，以高精度、經(jīng)濟(jì)性、穩(wěn)定性為原則，開(kāi)發(fā)一種能夠消除氙燈衰減引起的精度下降問(wèn)題的太陽(yáng)光模擬器，具有一定的經(jīng)濟(jì)價(jià)值。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是：提供一種能夠消除氙燈衰減引起的精度下降問(wèn)題的太陽(yáng)光模擬器。

本發(fā)明解決該技術(shù)問(wèn)題所采用的技術(shù)方案是：提供一種太陽(yáng)光模擬器，包括主光源及濾光裝置、輔助光源及濾光裝置、電源、溫度檢測(cè)模塊、輻照度檢測(cè)模塊、光譜檢測(cè)模塊、時(shí)控電路，連接以上功能部件的主控系統(tǒng)。

本發(fā)明的太陽(yáng)光模擬器利用氙燈作為主要光源，以可調(diào)節(jié)光照強(qiáng)度的LED燈為輔助 光源，來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)不同光照強(qiáng)度的精準(zhǔn)實(shí)現(xiàn)。其中氙燈輸出的光占總額定輻照度的80％～99.9％。LED輸出的光占總額定輻照度的0.1％～20％。通過(guò)對(duì)LED驅(qū)動(dòng)電源的脈寬調(diào)制來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)LED輸出光的精確輸出。本發(fā)明的太陽(yáng)光模擬器系統(tǒng)理論上具有在氙燈光源老化(即光源發(fā)出的光的幅照度下降、光譜偏移)的情況，通過(guò)自動(dòng)調(diào)節(jié)LED燈輔助光源使得系統(tǒng)輸出到測(cè)量位置上的幅照度基本不變、光譜匹配度基本不變。

本發(fā)明的太陽(yáng)光模擬器通過(guò)光敏探頭采集輻照度和光譜數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)太陽(yáng)光模擬器輸出光的光照強(qiáng)度和光譜匹配度進(jìn)行檢測(cè)，反饋到主控系統(tǒng)，再由主控系統(tǒng)調(diào)節(jié)LED燈輔助光源的發(fā)輻照度度，最終實(shí)現(xiàn)高精度的模擬太陽(yáng)光輸出。

本發(fā)明的太陽(yáng)光模擬器通過(guò)溫度探頭采集光敏探頭的環(huán)境溫度數(shù)據(jù)，反饋到主控系統(tǒng)，再由主控系統(tǒng)調(diào)節(jié)修正光敏探頭測(cè)量得到的輻照度和光譜數(shù)據(jù)，系統(tǒng)理論上可以消除溫度對(duì)輸出光幅照度精度的影響。

本發(fā)明的太陽(yáng)光模擬器系統(tǒng)在光源的驅(qū)動(dòng)電源發(fā)生波動(dòng)的情況下，由于通過(guò)光敏探頭實(shí)現(xiàn)的輸出光檢測(cè)和閉環(huán)反饋和主控系統(tǒng)的程度自動(dòng)調(diào)節(jié)，理論上具有電源輸入電壓小范圍波動(dòng)情況下，系統(tǒng)輸出到測(cè)量位置上的光斑的幅照度和光譜匹配度保持不變。

本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于：具有在氙燈光源老化(即光源發(fā)出的光的幅照度下降、光譜偏移)的情況，通過(guò)自動(dòng)調(diào)節(jié)LED燈輔助光源使得系統(tǒng)輸出到測(cè)量位置上的幅照度基本不變、光譜匹配度基本不變的優(yōu)點(diǎn)，保持了測(cè)量精度的穩(wěn)定；LED光源壽命長(zhǎng)，可控性好，通過(guò)調(diào)節(jié)LED達(dá)到額定輸出光，避免了經(jīng)常更換氙燈帶來(lái)的較高費(fèi)用；本發(fā)明可以消除溫度對(duì)輸出光幅照度精度的影響；具有電源輸入電壓小范圍波動(dòng)情況下，系統(tǒng)輸出到測(cè)量位置上的光斑的幅照度和光譜匹配度保持不變。

附圖說(shuō)明：

圖1為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖框。圖2為本發(fā)明的系統(tǒng)工作流程圖。

具體實(shí)施方式：下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步的說(shuō)明

如圖1所示，本發(fā)明的太陽(yáng)光模擬器，包括主光源及濾光裝置、主光源電源、輔助光源及濾光裝置、輔助光源電源、溫度檢測(cè)模塊、輻照度檢測(cè)模塊、光譜檢測(cè)模塊、光路調(diào)節(jié)模塊、時(shí)控電路，連接以上功能部件的主控系統(tǒng)。

在本實(shí)例中，主光源及濾光裝置采用500瓦氙燈作為太陽(yáng)光模擬器的主光源，500瓦氙燈產(chǎn)生的光線光譜相對(duì)更為接近太陽(yáng)光的光譜，這就使得模擬器更具有顯示意義。氙燈通過(guò)電源與主控系統(tǒng)相連。濾光裝置包括反光板、濾光片。由可自動(dòng)調(diào)節(jié)距離的反光板可以改變光照均勻度，通過(guò)濾光片可以用來(lái)改變氙燈輸出到光路中的光譜，實(shí)現(xiàn)輸出光譜與太陽(yáng)光譜基本匹配。

在本實(shí)例中，輔助光源及濾光裝置包括LED燈4組，其中亮度1100流明的白光LED燈10個(gè)，組成1組；亮度300流明的紅光LED燈10個(gè)，組成1組；亮度300流明的綠光LED燈10個(gè)，組成1組；亮度300流明的藍(lán)光LED燈10個(gè)。四組LED燈通過(guò)電源與主控系統(tǒng)相連。濾光裝置包括反光板、濾光片。由可自動(dòng)調(diào)節(jié)距離的反光板可以改變光 照均勻度，通過(guò)濾光片可以用來(lái)改變LED燈輸出到光路中的光譜。通過(guò)對(duì)LED驅(qū)動(dòng)電源的脈寬調(diào)制來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)LED輸出光的精確輸出。

在本實(shí)例中，顯示模塊采用LCD1602液晶顯示。該模塊通過(guò)控制線與主控系統(tǒng)相連。通過(guò)LCD1602液晶顯示能夠清楚的顯示時(shí)間、溫度和光強(qiáng)，這就可以了解到模擬器的工作狀態(tài)。

在本實(shí)例中，輻照度檢測(cè)模塊由1個(gè)光敏電阻和電流傳感器構(gòu)成。電流傳感器通過(guò)控制線與主控系統(tǒng)相連。通過(guò)檢測(cè)光敏電阻中的電流大小，由電流傳感器來(lái)采集數(shù)據(jù)，反饋到主控制系統(tǒng)。

在本實(shí)例中，光譜檢測(cè)模塊由3個(gè)不同波長(zhǎng)相應(yīng)范圍的光敏電阻和電流傳感器構(gòu)成。電流傳感器通過(guò)控制線與主控系統(tǒng)相連。通過(guò)檢測(cè)3個(gè)光敏電阻中的電流大小，由電流傳感器來(lái)采集數(shù)據(jù)，反饋到主控制系統(tǒng)。

在本實(shí)例中，溫度檢測(cè)模塊采用DS1820芯片實(shí)現(xiàn)功能。該模塊通過(guò)控制線與主控系統(tǒng)相連。DS1820是一款可組數(shù)字式溫度傳感器。DS1820測(cè)試出溫度值后，反饋到主控制系統(tǒng)。

在本實(shí)例中，主控系統(tǒng)采用單片機(jī)AT89C51為主控芯片。AT89C51是采用CMOS工藝和AT89C51內(nèi)部帶有4KB Flash程序存儲(chǔ)器(可寫入/擦除1000次)和128字節(jié)內(nèi)部RAM，采用三級(jí)程序存儲(chǔ)器加密，可以在0～24MHz全靜態(tài)工作，包括2個(gè)定時(shí)/計(jì)數(shù)(16位)、6個(gè)中斷源、32條I/O線和可編程UART串行口/通道，芯片內(nèi)部含有時(shí)鐘振蕩電路。AT89C51是一種功能強(qiáng)，靈活性高并且價(jià)格合理的單片機(jī)，可為很多嵌入式控制系統(tǒng)提供靈活且價(jià)廉的方案，在各種控制領(lǐng)域可以方便地應(yīng)用。主控系統(tǒng)通過(guò)I/O線與以上各模塊相連。

如圖2所示，本實(shí)例中，本發(fā)明的太陽(yáng)光模擬器的工作流程為：步驟一，打開(kāi)電源，主控系統(tǒng)初始化，主光源、輔助光源輸出光，顯示模塊顯示系統(tǒng)處于開(kāi)機(jī)初始化及熱機(jī)狀態(tài)；步驟二，在穩(wěn)定5分鐘后，溫度檢測(cè)模塊、輻照度檢測(cè)模塊、光譜匹配度檢測(cè)模塊上報(bào)溫度、輻照度、光譜匹配度數(shù)據(jù)到主控系統(tǒng)；步驟三、主控系統(tǒng)根據(jù)溫度、輻照度、光譜匹配度數(shù)據(jù)計(jì)算當(dāng)前總的輸出光與額定的太陽(yáng)光譜的輻照度匹配度、光譜匹配度；步驟四，主控系統(tǒng)根據(jù)當(dāng)前總的輸出光與額定的太陽(yáng)光譜的輻照度匹配度、光譜匹配度，調(diào)節(jié)四組LED輔助光源的輸出，當(dāng)全光譜范圍內(nèi)輻照度不匹配時(shí)，以改變白光LED的強(qiáng)度為主，當(dāng)部分波長(zhǎng)不匹配時(shí)，以改變與該波長(zhǎng)最接近的一組LED的強(qiáng)度為主，使得當(dāng)前總的輸出光與額定的太陽(yáng)光譜的輻照度匹配度、光譜匹配度最??；主控系統(tǒng)循環(huán)執(zhí)行步驟二、三、四。