車(chē)輛性能試驗用簡(jiǎn)易太陽(yáng)模擬器的研制

太陽(yáng)輻射模擬設備可以用于試驗各種材料，如有機合成材料的抗太陽(yáng)輻射能力；用于試驗太陽(yáng)能集熱器的性能；用于照射植物生長(cháng)的人工太陽(yáng)房[1-2]。歐美國家已在環(huán)境模擬室、車(chē)輛性能試驗和軍用產(chǎn)品試驗領(lǐng)域大量應用太陽(yáng)輻射模擬器。太陽(yáng)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(xiàn)的平行度、譜能分布的允差、輻射強度的均勻性都有比較嚴格的要求；相對而言，地面輻射的模擬對光線(xiàn)的平行度沒(méi)有要求，其它兩項要求比較低。據調查，絕大部分國內外的太陽(yáng)輻射模擬設備都屬于后者。

具有平行度的太陽(yáng)模擬器是進(jìn)行模型構建和測量?jì)x器性能檢驗的重要工具，能為車(chē)輛性能試驗實(shí)驗研究提供固定、標準的環(huán)境參數，免于室外環(huán)境時(shí)空變化的影響。另一方面，隨著(zhù)平行度要求提高，太陽(yáng)模擬器的結構復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(jiǎn)易有效的太陽(yáng)平行光模擬器。

1 太陽(yáng)模擬器的組成

簡(jiǎn)易太陽(yáng)模擬器主要包括了平行光設備制作（保證平行度）和光源的選擇（保證譜能分布和輻射強度）。經(jīng)過(guò)比較，選擇凸透鏡制作平行光源方案，燈源為氙燈。構建的太陽(yáng)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(xiàn)、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(yáng)模擬器）。

1.1 光源的選擇

模擬太陽(yáng)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(yáng)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(yáng)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(jiǎn)便，可連續調節其光強度

體積較小，光通穩定，價(jià)格一般

光譜接近于太陽(yáng)光譜；色溫、亮度、發(fā)光效率較高，壽命較長(cháng)

光譜接近于太陽(yáng)光譜；高光效、高顯色性，長(cháng)壽命；價(jià)格一般

缺點(diǎn)

發(fā)射光譜可見(jiàn)區域短波藍紫光較弱；光效、色溫較低；壽命較短

發(fā)射光譜可見(jiàn)區域短波藍紫光較弱；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(cháng)，輻射強度逐漸下降；價(jià)格較高

在某些波長(cháng)范圍內相對能量不及太陽(yáng)光譜

1.1.1 球形氙燈

球形氙燈又稱(chēng)超高壓短弧氙燈，燈內充有高氣壓氙氣，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(xiàn)到近紅外線(xiàn)的強烈連續光譜，可見(jiàn)光區光色極近似于日光，發(fā)光效率高，色溫好，顯色性高，是理想的仿真太陽(yáng)光源。