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2010-06-11 15:21 |
非成像光學(xué)系統(tǒng)設(shè)計(jì)及其在道路照明中的應(yīng)用
摘要：發(fā)光二極管(LED，LightEmittingDiode)被認(rèn)為是人類(lèi)歷史上繼火焰、白熾燈、熒光燈之后的第四代光源。與傳統(tǒng)光源相比，LED有著能量轉(zhuǎn)換效率高，壽命長(zhǎng)，體積小，無(wú)污染等多種優(yōu)點(diǎn)。也由于其節(jié)能環(huán)保的特點(diǎn)，各國(guó)都競(jìng)相將其作為重點(diǎn)產(chǎn)業(yè)大力發(fā)展。非成像光學(xué)困on一imagingOPtics)雖然誕生不久，但隨著太陽(yáng)能技術(shù)的發(fā)展，推動(dòng)了非成像光學(xué)理論的不斷提升，已廣泛應(yīng)用于太陽(yáng)能收集，照明設(shè)計(jì)甚至是成像光學(xué)中。在照明領(lǐng)域，主要關(guān)心的問(wèn)題是如何將光能高效地投射到目標(biāo)面上，并在照射目標(biāo)上實(shí)現(xiàn)特定方式的照明。目前較為常用的有三種方法:微分方程法，多參數(shù)優(yōu)化法以及多表面同時(shí)設(shè)計(jì)法又稱(chēng)sMs(simul加叮eousMultiplesurfaceDesi即Method)法。通過(guò)這些方法可以設(shè)計(jì)出高效的LED照明系統(tǒng)，從而讓LED走進(jìn)人們的生活成為可能。但僅有高效的光學(xué)設(shè)計(jì)是不夠的，由于LED發(fā)熱量大，并對(duì)熱較為敏感，將LED所產(chǎn)生的熱量有效地傳導(dǎo)出去，也是必須要解決的問(wèn)題。本論文就從LED照明系統(tǒng)光學(xué)和熱學(xué)兩方面進(jìn)行了相關(guān)的研究和探索。 " x"y3v'
F,NS:mE
以LED路燈設(shè)計(jì)為實(shí)例，我們采用區(qū)域分割的思想對(duì)LED路燈進(jìn)行光學(xué)設(shè)計(jì)，使用現(xiàn)有的聚光透鏡對(duì)光源發(fā)散角進(jìn)行調(diào)整，讓每顆LED分別照射特定的區(qū)域，通過(guò)這些照明區(qū)域的疊加實(shí)現(xiàn)道路的均勻照明。上述的LED路燈由多列LED組成，每列LED的旋轉(zhuǎn)角度和發(fā)散角大小各不相同，但如果直接將這些相關(guān)參數(shù)設(shè)為可變參數(shù)采用多參數(shù)優(yōu)化法進(jìn)行設(shè)計(jì)，由于所需優(yōu)化的變量過(guò)多，會(huì)降低優(yōu)化效率，甚至難以得到滿(mǎn)意的解。針對(duì)上述問(wèn)題，我們提出了光源逐級(jí)遞加采樣點(diǎn)動(dòng)態(tài)變化法來(lái)優(yōu)化設(shè)計(jì)LED路燈中的相關(guān)參數(shù)，根據(jù)LED光源的發(fā)光特性，逐列遞加LED，并根據(jù)照明要求動(dòng)態(tài)改變采樣點(diǎn)位置，更新評(píng)價(jià)函數(shù)，對(duì)其進(jìn)行優(yōu)化，經(jīng)過(guò)多次疊加、優(yōu)化之后將路面照明區(qū)域 gT=RJB
填滿(mǎn)，最終得到滿(mǎn)意的結(jié)果。設(shè)計(jì)結(jié)果經(jīng)過(guò)ASAP軟件仿真和實(shí)際測(cè)量均達(dá)到了道路照明標(biāo)準(zhǔn)中第一級(jí)別快速路的要求。光源逐級(jí)遞加采樣點(diǎn)動(dòng)態(tài)變化法減少了優(yōu)化過(guò)程中變量參數(shù)的個(gè)數(shù)，提高了評(píng)價(jià)函數(shù)的針對(duì)性，使優(yōu)化效率大幅提升。 q Uu vM
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在光學(xué)設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上，采用Qfin4軟件設(shè)計(jì)優(yōu)化了適用于單顆LED的散熱片，使散熱片在不超過(guò)最高熱阻的要求下質(zhì)量達(dá)到最小，從而減少了耗材。最后在上面研究的基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)并制作了一款一體化散熱結(jié)構(gòu)的LED路燈，并對(duì)其進(jìn)行了相關(guān)性能的測(cè)試。 l}aJRG6U
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關(guān)鍵詞:LED，自由曲面，非成像光學(xué)，道路照明，參數(shù)優(yōu)化，散熱設(shè)計(jì)
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