服務(wù)熱線(xiàn)
010-6202 9100
簡(jiǎn)要描述:Sciencetech為認可的消費電子量身定制了穩態(tài)太陽(yáng)模擬器。該太陽(yáng)模擬器將在其研發(fā)中心用于測試電子硬件和半導體。
該太陽(yáng)光模擬器可提供具有高空間均勻性和景深的紅外波長(cháng)光譜
Custom Large Area IR solar simulator
This solar simulator provides illumination in the Infrared
wavelengths with high spatial uniformity and depth of field
客戶(hù)需求
Sciencetech為認可的消費電子量身定制了該太陽(yáng)模擬器。該太陽(yáng)模擬器將在其研發(fā)中心用于測試電子硬件和半導體。
該系統發(fā)射的紅外波長(cháng)在700-1100nm范圍內,并在1個(gè)太陽(yáng)強度下照射1.0 x 1.0 m2和1.5 x 1.5 m2的目標區域。下表總結了客戶(hù)的要求:
目標區域:照明1.5 x 1.5m2
頻譜:*(ASTM E927)
波長(cháng)范圍:700nm至1100nm
強度:相當于700 nm至1100 nm范圍內的1個(gè)太陽(yáng)輻照度
均勻度:1 x 1 m2:±10%(ASTM E927)
1.5 x 1.5m2:±30%(ASTM E927)
景深:±15cm,變化≤±5%(ASTM E927)
衰減:10級,從0.1太陽(yáng)到1.0太陽(yáng)
時(shí)間不穩定性:*(ASTM E927)
啟動(dòng):≤15秒
復雜的技術(shù)要求
●需要使用太陽(yáng)模擬器將太陽(yáng)光譜與700 nm至1100 nm的近紅外區域中的A類(lèi)光譜匹配進(jìn)行匹配。
●需要光學(xué)系統在相對較大的3維體積(1.5×1.5 x 0.5 m3)上產(chǎn)生均勻的光場(chǎng)。
●實(shí)驗室空間的限制是對系統設計的額外限制。
●客戶(hù)要求光線(xiàn)從偏軸角度照亮垂直目標平面。這是由于其內部設置需要在目標平面正前方的自由空間。使光線(xiàn)傾斜是直觀(guān)的解決方案。
●需要科學(xué)技術(shù)的工程團隊進(jìn)行廣泛的研究和開(kāi)發(fā),以從請求的離軸角度照亮目標平面,同時(shí)仍保持三維體積均勻性。
●必須配置和確定實(shí)現所需光譜形狀的適當光源,光學(xué)設置和濾波方案。
●考慮到要放置的房間的限制,還需要太陽(yáng)能模擬器系統來(lái)維持整體溫度。
●另外,客戶(hù)要求限制聲級,這需要進(jìn)行額外的測試和重新設計工作,其中涉及太陽(yáng)模擬器系統的內部工作。
●必需的輸出輻照度必須逐步降低至大功率輸出的10%。需要進(jìn)一步的重新設計和研究以實(shí)現光源的衰減同時(shí)保持均勻性。
●穩態(tài)太陽(yáng)模擬器用于測試電子硬件和半導體
構思和設計系統
當光源的光軸垂直于目標平面時(shí),目標平面的所有邊緣都具有對稱(chēng)性。此屬性用于所有標準太陽(yáng)模擬器的設計中,以生成空間均勻的光場(chǎng)。
標準的太陽(yáng)模擬器產(chǎn)生垂直于光源光軸的空間均勻的目標平面。當光源的光軸垂直于目標平面時(shí),目標平面的所有邊緣都具有對稱(chēng)性。當可以使用這種對稱(chēng)性時(shí),更容易實(shí)現空間均勻性。根據客戶(hù)要求,需要將太陽(yáng)模擬器放置在與目標平面光軸大約30°的位置。因此,需要通過(guò)研究和開(kāi)發(fā)新的光學(xué)均質(zhì)系統來(lái)實(shí)現空間均勻性。
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光線(xiàn)追蹤模型
預計將要制造的投影儀單元的模擬模型
i)光學(xué)建模
科學(xué)技術(shù)工程團隊使用了廣泛的光學(xué)建模來(lái)模擬單個(gè)投影儀和均質(zhì)化系統,該系統可以在所需體積上實(shí)現空間均勻的光線(xiàn)。后來(lái),排列了一個(gè)包含多個(gè)投影儀系統的太陽(yáng)模擬器,并使用光學(xué)建模軟件優(yōu)化了投影儀的位置,以實(shí)現均勻的光量。
當組合了不同的光學(xué)材料和光源時(shí),制作了一個(gè)特殊的軟件來(lái)模擬終的光譜輪廓。選擇并評估了許多濾光片和光源,以確定是否可以找到光源,光學(xué)器件(如透鏡和反射鏡)以及濾光片的理想組合。選擇理想的光學(xué)組合時(shí),對項目的預算給予了特別關(guān)注??紤]到石英鎢鹵素燈(QTH)的平滑IR發(fā)射,它被確定為模擬光的*佳光源。
對單個(gè)投影機進(jìn)行測試以評估均勻性和穩定性。
為了進(jìn)一步測試,開(kāi)發(fā)了用于測量三維空間均勻性的模擬光柵。
ii)測試系統的耐用性
進(jìn)行了耐溫測試,以確定所選的光學(xué)材料和濾光片是否可以在燈的高光功率輸出下幸免。還進(jìn)行了測試,以確定所需的空氣流量,用于系統冷卻目的的風(fēng)扇的類(lèi)型和位置。
iii)輻射衰減
進(jìn)行光學(xué)建模以確定衰減器的*佳尺寸和位置,使其能夠滿(mǎn)足項目的衰減要求。
原型設計實(shí)施
八個(gè)投影儀單元用于所需目標區域的設計和照明。每個(gè)光學(xué)投影儀單元都由一個(gè)2 kW QTH燈組成,該燈帶有一個(gè)固定在橢圓形反射鏡中的石英外殼。每個(gè)單元還包含一個(gè)均質(zhì)組件,以實(shí)現所需的均勻性要求。在精心設計和微調系統后,成功實(shí)現了空間均勻性規范。
此外,QTH燈系統還集成了物鏡和投影透鏡,以及用于消除不想要的波長(cháng)范圍的長(cháng)通濾光鏡。
在整個(gè)三維體積上,光功率足以在700-1100nm區域中達到所需的功率水平。當測量700nm-1100nm光譜輸出時(shí),系統在目標平面上提供了所需的輻照度(ASTM E927)。光譜輸出的形狀與700-1100nm波長(cháng)的ASTM AM1.5G曲線(xiàn)匹配。工作距離也被設置為可調的,以適應兩種不同的焦距。
設計并生產(chǎn)了一種廉價(jià)的光學(xué)系統,以實(shí)現預期的空間均勻性,光譜和光功率。使用風(fēng)扇將光學(xué)元件和濾光片充分冷卻。該系統能夠以10%的增量衰減輸出輻照度,同時(shí)保持輸出光的空間均勻性。
測試與安裝
該系統已成功完成,并且由科學(xué)技術(shù)工程師在客戶(hù)實(shí)驗室所在地進(jìn)行了安裝和培訓。
終的太陽(yáng)模擬器系統可照亮1.5m x 1.5m的目標區域
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