基于LED的设备设计与评估(自动保存的)

基于led设备的设计和评价摘要：内部空间,如会议室,需要多种形式的照明来满足不同的任务需求。线性一般荧光灯灯具生产一般的环境光,和反光装置产生的卤素灯定向照明。当前的照明实践使用多个光源技术和设备来实现的需要照明的各种任务。然而,许多灯具可以创建一个毫无吸引力的建筑设计,特别是在一个小空间,多种光源技术会导致维修困难。理想的场景将创建一个固定的单一类型的光源可以满足各种照明需求吗。至于大小,潜在的节省能源,减少维护白色发光二极管(led)的好处使他们有吸引力用于普通照明应用。因此,本研究的目的是调查是否一个灯具可以设计与白色发光二极管提供不同的光束分布。商用射线跟踪包是利用模型、分析和优化光灯具概念使用发光二极管和创建指南。夹具优化了光输出分布和效率。而简单的长方形的光波导扩散反射面提供了必要的cos光束分布,更复杂的表面处理光波导的光提取表面上需要创建蝙蝠翼梁分布。表面光洁度结构的形式micro-prism数组。通过LED阵列开关切换到不同的光引导,各种光水平和分布可以实现不同的场合。进一步分析表明,在使用时典型的会议室设置夹具表面产生可接受的一致性。尽管这个系统提供了必要的光束分布,系统效率很低,只有48%。大多数的光损失发生在创建蝙蝠翼战斗机分布。整个系统效率必须大80%为这种类型的夹具成为一个可行的解决方案。关键词:LED、导光管、烛光分布、效率、均匀,光线追踪1、介绍：照明在室内空间中起着重要的作用。商业建筑的某些领域需要灵活的照明。作为一个例子,会议室需要照明,可以变暗,容易从一般环境照明更多的定向照明,或两者的结合。此外,在这些空间执行的各种任务需要不同形式的照明。例如,写在白板需要一定量的光垂直的表面,而阅读讲义需要一个水平表面。照明工程社会手册提供了光级建议为这些不同的应用程序。线性荧光灯装置通常产生一般的环境光,卤素灯装置(MR16和PAR灯)产生定向照明在会议室。为各种任务实现适当的照明,多个光源和设备通常使用。然而,有许多小空间内的灯具不是一个优雅的建筑解决方案;通常,建筑师不喜欢打孔和挂太多的设备从天花板或墙壁。此外,多种光源技术意味着更多的维护困难理想的情况是只有一个夹具用单一光源技术,可以提供直接、间接、将军,和定向照明。除了这两个传统光源,白炽灯和荧光灯、发光二极管正迅速发展成为一个可行的光室内照明应用程序的源代码。因为他们的节约能源的优点,小包装,和更长的寿命比传统光源,led灯为夹具设计提供更多的选择。此外,业内专家预测固态照明将产生重大影响的照明行业在不久的将来。因此,的目标本研究旨在调查白色led是否可以用来设计一个灵活的灯具,可以提供不同的光束分布,满足照明需求的空间像会议室。目前,有几种使用白色led的挑战。通常,包装led方向更适合定向照明应用。因此,他们必须生产额外的光学相结合一般环境照明类似于荧光灯具。此外,单个led灯的流明包很小,10到150流明。因为会议室中的灯具需要产生成千上万的流明,多个led必须使用的夹具。此外,目前白色led有明显的颜色变化,2,因此他们不能被放置在一个固定的方式,允许的led阵列直接可见的。看到LED-to-LED颜色变化将减少灯具的视觉审美和点燃空间。光指南能提供这里提到的解决所有的问题。此外,光引导很容易制造成几乎任何形状。3因此,LED阵列的转换输出几束分布在一个典型的会议室可以导光管系统来完成。通过结合多个数组和LED光引导到一个夹具,我们可以实现不同的光分布如余弦和蝙蝠翼战斗机,向上或向下。光分布可以改变通过打开或关闭某些发光二极管阵列。因此,一个LED装置可以满足不同场合。选择蝙蝠翼战斗机和余弦分布的原因是前在表面能产生均匀的照明,如地板、墙壁和天花板,后者通常用于任务和重点照明。从制造商的角度来看,它提供一个夹具设计的关键是成本效益和容易制造和组装。因此,led的光应该尽可能有效地使用数量导光管的发光二极管和大小是最小化。此外,导光管的几何形状应尽可能简单可能的。因此,本研究的目的是研究光波导的解决方案创建一个灯具会议室,并分析其性能分布而言,效率和一致性。在这项研究中,一个商业射线追踪软件,LightTools用于光学建模。之前的研究表明,文中的结果与实际的实验结果相匹配。4因此,软件提供了一个非常有用的工具为开发和分析提出了导光管照明系统。LED的光源导游被这个软件生成的。使用射线追踪分析,输出的系统进行了分析和优化分布、效率和一致性。建模结果,如总输出通量和输出烛光分布,介绍和比较。2、照明系统几何第一个挑战是几个LED到导光管的光线与最低的光损失。更高的耦合效率可以通过匹配的数值孔径或接受光锥光指南LED的光发射锥。在这种情况下,耦合效率大于92%。8%的损失是由于菲涅耳在气隙反射。菲涅耳损失最小化的一种方法是找到信封内的led的导光管如图1所示,融合两种材料(环氧领导圆顶和导光管),或使用索引匹配的环氧树脂。在这项研究中使用的LED为LED发射更大锥角(80o半角)。因此,光发射角度大于30°将逃离导光管没有进行行动。3.建模3.1光源建模第一步是光源模型。LE的具体来源用于计算机仿真是一种商业美国丽讯产品,可用发射器(LXHL-PWO)。7大功率LED,1流明白色发射器提供流量高达18流明。成立于LightTools光源模型。图3显示了源分布模型及其传感器的烛光,匹配规范从制造商。3.2光导建模下一个步骤是模型指导。光指南应提供三个基本烛光分布:余弦向下,向下蝙蝠翼战斗机,蝙蝠翼战斗机上升。如前所述,余弦将产生定向的口音光放在桌子上的一间会议室里,蝙蝠翼战斗机将提供统一的照度在天花板上,墙上,和地板上。此外,固定的一个主要要求是最大化的光量的夹具。因此,光波导的光学效率被定义为:Φin发光二极管发出的通量,而Φout通量退出导光管和到达的远场吗接收器。光损失引起的吸收在光波导材料和被困在光波导。因此,目标是最大化的射线量达到了远场接收方。远场接收器记录通量和入射光线的方向。探测器的数据被用来优化系统设计。导光管建模始于一个缩小版,可以快速确定最优参数提供了理想的分布和更高的效率。最后,一个全尺寸的夹具是建模的基础上,进行了分析参数。注意到,分布在一个90度方向(沿着导光管的轴线)很不对称,更多射线源端附近是耦合的。解决了这个问题通过添加一个LED在另一端,从而使两个方向(0和90o)余弦分布(图5b)。目前,有几种使用白色led的挑战。通常,包装led方向更适合定向照明应用。因此,他们必须生产额外的光学相结合一般环境照明类似于荧光灯具。此外,单个led灯的流明包很小,10到150流明。因为会议室中的灯具需要产生成千上万的流明,多个led必须使用的夹具。此外,目前白色led有明显的颜色变化,2,因此他们不能被放置在一个固定的方式,允许的led阵列直接可见的。看到LED-to-LED颜色变化将减少灯具的视觉审美和点燃空间。光指南能提供这里提到的解决所有的问题。此外,光引导很容易制造成几乎任何形状。3因此,LED阵列的转换输出几束分布在一个典型的会议室可以导光管系统来完成。通过结合多个数组和LED.光引导到一个夹具,我们可以实现不同的光分布如余弦和蝙蝠翼战斗机,向上或向下。光分布可以改变通过打开或关闭某些发光二极管阵列。因此,一个LED装置可以满足不同场合。选择蝙蝠翼战斗机和余弦分布的原因是前在表面能产生均匀的照明,如地板、墙壁和天花板,后者通常用于任务和重点照明。从制造商的角度来看,它提供一个夹具设计的关键是成本效益和容易制造和组装。因此,led的光应该尽可能有效地使用数量导光管的发光二极管和大小是最小化。此外,导光管的几何形状应尽可能简单可能的。因此,本研究的目的是研究光波导的解决方案创建一个灯具会议室,并分析其性能分布而言,效率和一致性。在这项研究中,一个商业射线追踪软件,LightTools用于光学建模。之前的研究表明,文中的结果与实际的实验结果相匹配。4因此,软件提供了一个非常有用的工具为开发和分析提出了导光管照明系统。LED的光源导游被这个软件生成的。使用射线追踪分析,输出的系统进行了分析和优化分布、效率和一致性。建模结果,如总输出通量和输出烛光分布,介绍和比较。3.2.2蝙蝠翼分布在这项研究中,对称分布沿固定o方向(0)。因此,一个蝙蝠翼战斗机分布可以通过结合两个相同的光指南。都有一个最大强度的45o天顶/天底角,正如图7所示。棱镜的形状影响效率和输出光的传播方向。参数调整在这项研究中下面列出:•α:A型表面角,光退出向导。•β:B型表面角,光反映了内部的指南。•h:高度的棱镜。•H:光波导厚度,仅限于10毫米。•d:两个相邻棱镜之间的距离。(本研究没有考虑线性偏移距离。)•N:棱镜。•表面性质:行动型表面;B型表面热红外反射率100%;传感器的散射(反射93%)C型表面。所有这些参数确定的输出量射线。此外,类型表面的方向(α)是至关重要的输出光的方向,因此,烛光分布。因此,一个试点研究使用scaleddown版本的光波导进行了确定micro-prism阵列的优化设计光分布和效率。每个参数变化而保持其他不变。输出光束分析了分布和效率。3.2.2.1α值达到蝙蝠翼的分布分析始于变量α。其余的参数保持不变:β=45啊,h=2毫米,d=4毫米,N=8。表2显示了光的物理模型参数在LightTools指南。只有一个是坐落在每个L导光管,两个光引导处在镜子的位置,类似于横截面如图7所示。分离两个光之间的指导是10毫米。表3显示了射线追踪的结果分析。有趣的是,当α增加,效率增加因为更大的热红外地表允许更多的射线退出。然而,烛光分布变得更接近cos。因此,有一个效率和分布之间的权衡。因此,20o被选为最佳角型表面。3.2.2.2β,h和d组合增加导光管效率接下来的一系列射线追踪模拟确定最佳β的值。从前面获得的α值测试使用,20o。其余的参数,h,d和N,保持先前描述的一样条件。为模型参数在LightTools表2规定的各项条款相同。图8显示了改变效率η随着β的函数。同样,当β增加效率增加。然而,一个细微的变化观察光分布。再次,40o为β被确认为最优值,之间的权衡分布和效率。然后,在α=20o的条件,β=40od=4毫米,和N=8,棱镜和高度之间的关导光管的效率进行了分析。结果如图9所示。当h增加,效率增加了某一点。然而,效率取决于导光管的厚度下降。因此,考虑到领导的大小和导光管的厚度,棱镜的最佳高度决心是3.5毫米。最后一步是决定micro-prism的合适的密度,即两个邻国之间的距离d棱镜。对于这一分析,其他参数保持为:α=20o,β=40o,和h=3.5毫米。同时,导光管的长度保持在60毫米,而不是一个常数棱镜。如图10所示,效率下降,当两个相邻的棱镜之间的距离减少,但分布接近类似蝙蝠翼战斗机。通过使效率和分布之间的权衡,2毫米的距离之间的两个相邻棱镜被认为是最好的。光学射线跟踪分析表明,实现蝙蝠翼战斗机分布、光输出效率,最大化最优值参数α,β,h和d应该20o,40o,分别3.5毫米和2毫米。作者的这手稿想指出不同参数的值确定特定的夹具设计在这项研究中解决。3.3最终的系统设计最后的任务是扩大模型和集成不同的半成品形成一个灯具,可以提供必要的光分布和水平为目标应用程序。为了说明设计的概念,最常见的维度indirect-direct日光灯夹具选择:光的长度指南在1200毫米(4英尺),和总宽度为300毫米(1英尺)。系统的横截面视图所示图10。导光管向下提供了余弦分布。两个光指导B和两个指南C提供蝙蝠翼战斗机的分布和蝙蝠翼战斗机,分别。导光管B和C导光管连接形式单一的元素。光导游有相同的维度:1200毫米的长度,宽度80毫米,10毫米高。micro-prism数组的维度之后获得的结果在前面的分析。led是位于在光指南。只有光引导LED阵列位于双方沿长度方向)阿(0。光指导B和C都有一个LED阵列一侧光波导的长度。(见图11)的数量led用于导光管C是三分之二的导光管B因为上行光所需的光比向下的光。考虑到散