車輛性能試驗(yàn)用簡易太陽模擬器的研制

太陽輻射模擬設(shè)備可以用于試驗(yàn)各種材料，如有機(jī)合成材料的抗太陽輻射能力；用于試驗(yàn)太陽能集熱器的性能；用于照射植物生長的人工太陽房[1-2]。歐美國家已在環(huán)境模擬室、車輛性能試驗(yàn)和軍用產(chǎn)品試驗(yàn)領(lǐng)域大量應(yīng)用太陽輻射模擬器。太陽輻射模擬包括地面輻射模擬和空間輻射模擬?？臻g輻射的模擬在光線的平行度、譜能分布的允差、輻射強(qiáng)度的均勻性都有比較嚴(yán)格的要求；相對(duì)而言，地面輻射的模擬對(duì)光線的平行度沒有要求，其它兩項(xiàng)要求比較低。據(jù)調(diào)查，絕大部分國內(nèi)外的太陽輻射模擬設(shè)備都屬于后者。

具有平行度的太陽模擬器是進(jìn)行模型構(gòu)建和測(cè)量儀器性能檢驗(yàn)的重要工具，能為車輛性能試驗(yàn)實(shí)驗(yàn)研究提供固定、標(biāo)準(zhǔn)的環(huán)境參數(shù)，免于室外環(huán)境時(shí)空變化的影響。另一方面，隨著平行度要求提高，太陽模擬器的結(jié)構(gòu)復(fù)雜度和成本急劇上升。因此，本文基于光的透射理論制作一套簡易有效的太陽平行光模擬器。

1 太陽模擬器的組成

簡易太陽模擬器主要包括了平行光設(shè)備制作（保證平行度）和光源的選擇（保證譜能分布和輻射強(qiáng)度）。經(jīng)過比較，選擇凸透鏡制作平行光源方案，燈源為氙燈。構(gòu)建的太陽模擬器包括以下部分：光源及電路配件（變壓器、觸發(fā)器、高壓線、燈支架）；光學(xué)配件（透鏡及燈杯）；同步“U”形支撐架（同時(shí)聯(lián)接傳感器和太陽模擬器）。

1.1 光源的選擇

模擬太陽的各種光源比較，其中，氙氣燈和金屬鹵化物燈都比較適合選為仿真太陽光源。經(jīng)選購，本文采用玉宇XHA1000型球形氙氣燈作為人造太陽光源。

白熾燈

鹵鎢燈

氙氣燈

金屬鹵化物燈

優(yōu)點(diǎn)

價(jià)格低廉、使用簡便，可連續(xù)調(diào)節(jié)其光強(qiáng)度

體積較小，光通穩(wěn)定，價(jià)格一般

光譜接近于太陽光譜；色溫、亮度、發(fā)光效率較高，壽命較長

光譜接近于太陽光譜；高光效、高顯色性，長壽命；價(jià)格一般

缺點(diǎn)

發(fā)射光譜可見區(qū)域短波藍(lán)紫光較弱；光效、色溫較低；壽命較短

發(fā)射光譜可見區(qū)域短波藍(lán)紫光較弱；色溫較低，光效一般

大功率燈需要輔助冷卻裝置；隨使用時(shí)間延長，輻射強(qiáng)度逐漸下降；價(jià)格較高

在某些波長范圍內(nèi)相對(duì)能量不及太陽光譜

1.1.1 球形氙燈

球形氙燈又稱超高壓短弧氙燈，燈內(nèi)充有高氣壓氙氣，在高頻高壓激發(fā)下形成弧光放電。它是發(fā)光點(diǎn)很小的點(diǎn)光源，輻射出從紫外線到近紅外線的強(qiáng)烈連續(xù)光譜，可見光區(qū)光色極近似于日光，發(fā)光效率高，色溫好，顯色性高，是理想的仿真太陽光源。