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全光谱阳光模拟

2021-05-06

什么是全光谱太阳光模拟

      全光谱太阳模拟系统作为实验光源时,在某中程度上说,可以等同于太阳光源,可以模拟太阳光照射。
      由于模拟器本身体积紧凑科学,测试过程不受环境、气候、时间等因素影响,从而避免了室外测量的各种因素限制,有利于结果的重现,所以现在国内外广泛用室内模拟测试来代替室外测试。太阳光模拟器广泛应用于材料老化性能测试,汽车内外饰老化测试,整车热管理阳光模拟测试,汽车排放阳光模拟测试,环境风度阳光模拟测试,轨道交通阳光模拟测试,航空航天阳光模拟测试,太阳能电池特性测试,特殊照明,光电材料特性测试,环境研究等。
作为衡量产品的技术指标,光源与真实阳光的一致性从光谱分布、积分强度均匀性,和光辐射状态的稳定性三个方面考量。
1、光谱分布
      标准光谱定义:光对材料穿透和反射后的光谱和强度均会发生变化,太阳辐射到达地球外层空间后,光辐射强度和光谱分布相关于太阳辐射角度和测量高度,比如地球外空间、地球大气层和地球海平面的光辐射谱线分布和谱线积分获得的辐照强度截然不同。所以,在 ASTM G173-03 和 IEC 60904-3 中具体规范了一种全球通用的太阳入射角度和测量海平面高度的标准定义 AM1.5。依据稳态阳光模拟光源在几个光谱段与真实阳光的差异划分等级,±25%内 A 级;±40%内 B 级;-60%~100%C 级。


2、均匀度
      阳光模拟光源发出的射线也需要均匀,以能够很好的模拟真实阳光,它的均匀度通过测量按一定规则选取的一系列点上的光强评判,将辐射目标区域等分成 64 份或 400mm2的较小等份,在每等份中央的点测量光强值,依据这些点中最大值与最小值的差与和的商的百分数划分等级:2%以内 A 级;5%以内 B 级,10%以内 C 级;
3、稳定度
      通过测量稳态太阳光模拟器在一段时间内光强,依据最大值与最小值的差与和的商的百分数划分:2%以内 A 级;5%以内 B 级,10%以内 C 级。太阳光模拟测试必须遵从相关的国际准则,例如 ICE20、DIN75220、IEC61215、IEC61646 等。
全光谱太阳光模拟技术的发展
1976 年,欧洲开始进行太阳光的研发与相关产品的生产,在大面积全光谱阳光模拟方面技术方面,即更接近于太阳光真实光谱、均匀度和稳定度。


      在制灯技术方面,上一代产品均使用氙灯和荧光灯管,这样产品结构比较复杂,容易发生光谱漂移,光强弱,衰减快等原因严重影响了产品的使用,随着金属卤素灯技术的成功,全光谱模拟器技术得到了全面的提升,金属卤素灯紫外和可见光范围(295~780nm)的辐射效率接近 44%,红外波段的辐射小,散热要求较低,光谱范围较宽,更接近于真实太阳光,明显优于氙气灯,同时稳定性好,使用寿命内光衰小,试验结果再现性强,可以进行标准定量测试,是非常理想的光源。
      在国内全光谱太阳光模拟器方面,在小面积材料老化方面国内多使用氙灯技术模拟太阳光,但是热负荷较大,结构复杂,属于上一代技术;在汽车领域,较大面积产品老化例如:汽车零部件级、总成级、系统级及整车级多使用金属卤素灯为光源的全光谱阳光模拟老化系统。

LONGPRO朗普科技阳光模拟系统
      阳光模拟系统主要由灯箱组、机械支架、EPS电源和控制器等组成。光源采用通常采用卤素中长波红外线加热灯,原因是目前卤素红外线加热灯是最好的能用于模拟太阳光的光源,阳光模拟加热系统的原理是在汞和稀有金属的卤化物混合蒸气中产生电弧放电发光,其发出的是全光谱光,与自然光的光谱成分接近。
      单灯功率通常为4kW,在目标照射区域的辐射强度300W/m²到1200 W/m²可以无级调节,辐射均匀性在5~10%以内,最高的辐射强度可以模拟全球最极端的阳光条件,比如在重庆炎热的夏天,阳光辐射强度一般也不超过1200 W/m2。
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