无极灯光效测量方法的实验研究--测控技术与仪器本科毕业设计.doc
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1、本科毕业设计(论文)题目:无极灯光效测量方法的实验研究院(系): 光电工程学院 专 业: 测控技术与仪器 班 级: 110102 学 生: xx 学 号: xx 指导教师: xx 2015年 6月本科毕业设计(论文)题目:无极灯光效测量方法的实验研究院(系): 光电工程学院 专 业: 测控技术与仪器 班 级: 110102 学 生: xx 学 号: xx 指导教师: xx 2015年 6月xx工业大学毕业设计(论文)任务书院(系) 光电学院 专业 测控技术与仪器 班级xx 姓名 xx 学号 1xxxx 1.毕业设计(论文)题目: 无极灯光效测量方法的实验研究 2.题目背景和意义:工程应用能力是
2、在今后工作中最重要的工作能力之一。本课题结合实际工程应用,通过一系列的实践训练内容涉及机械、电子、光学及单片机等多项基础知识,获得基本的工程应用能力训练。 光效指标是无极灯最基本的参数。随着对绿色、环保产品的要求不断提高,无极灯光效指标变得非常重要,本课题采取无极灯照度测量方法,间接获得无极灯的光通量值,并由此换算得出光效指标。 3.设计(论文)的主要内容(理工科含技术指标): 掌握无极灯基本工作原理,掌握无极灯光效测量方法。了解影响无极灯光效指标的相关工艺;在此基础上设计无极灯光效测量装置,完成相关的特性测量。 4.设计的基本要求及进度安排(含起始时间、设计地点): 第1-3周:查阅资料,完
3、成开题报告及开题答辩工作 第4-6周:探测器的选型 第7-10周:放大器的设计及无极灯光效测量方法 第11-14周:无极灯单片机方面的设计 第15-16周:完成毕业论文及最终答辩 5.毕业设计(论文)的工作量要求 实验(时数)*或实习(天数): 图纸(幅面和张数)*: 其他要求: 指导教师签名: 年 月 日 学生签名: 年 月 日 系(教研室)主任审批: 年 月 日无极灯光效测量方法的实验研究摘要光效作为衡量无极灯节能性能的关键参数,反映了无极灯将电能转化为光能的效率高低,在绿色照明、工业生产与合同能源管理方面都有重要的意义。因此无极灯光效的测量显得尤为重要。本课题以光效的测量为目的,研究光效
4、测量系统。通过实验分析硅光电池、光敏二极管、光敏三极管的线性度、稳定性、灵敏度,实验结果证明硅光电池要更适合于光效测量,因此本课题选择设计一个以硅光电池为探测器的光效测量系统。通过对无极灯照度分布特性的分析,选择最好的位置进行无极灯光效测量。最后通过光度学知识对无极灯光效进行计算并标定。经过测试,光效测量系统运行状态良好,所测得的无极灯光效在误差允许范围内,符合设计要求。关键字:无极灯;光效;测量IExperimental Study of Electrodeless Lamp Luminous Efficiency Measurement MethodAbstractLuminous eff
5、iciency as the key parameters to evaluate energy-saving performance of electrodeless lamp, reflects the electrodeless lamps efficiency to convert electric energy into light energy, In the green lighting, industrial production and contract energy management has important significance, so the measurem
6、ent of the luminous efficiency of electrodeless lamp is very important.This topic based on the purpose of luminous efficiency measurement,research luminous efficiency measurement system. According to experiments,we analyse some features of silicon photocell ,photodiode and phototransistor, which inv
7、olve linearity, stability and sensitivity. Experimental study has found that the silicon photocell is more suitable for measurement in luminous efficiency,so this topic choose to build a luminous efficiency measurement system based on silicon photocell as detector. Through the analysis of the charac
8、teristics of the electrodeless lamp illumination distribution,choose the best position to measure luminous efficiency of electrodeless lamp.Finally according to the photometric knowledge,calculate and demarcate luminous efficiency of electrodeless lamp.After testing, the luminous efficiency measurin
9、g system is running in good condition, the measured luminous efficiency of electrodeless lamp is in the range of allowable error, meet the design requirements.Keywords:electrodeless lamp; luminous efficiency; measurement1目 录摘要IAbstractII1 绪论11.1研究背景及意义11.2国内外光效测量系统发展现状21.2.1国外光效测量系统发展现状21.2.2国内光效测量系
10、统发展现状31.3本课题研究的主要内容42 无极灯的原理及应用5 2.1无极灯的基本工作原理5 2.2无极灯的特点6 2.3无极灯高光效应用实例6 2.4小结 83 无极灯光效测量9 3.1 光度学的基本知识9 3.2 光效测量方法10 3.2.1积分球法测量光效103.2.2照度计或光效测量系统直接测量光效113.2.3 CCD点阵测量系统测量光效12 3.3 小结124 光效测量系统的设计13 4.1光效测量系统的总体设计13 4.2光电探测器件的选型144.2.1硅光电池14 4.2.2光敏二极管16 4.2.3光敏三极管19 4.3信号调理电路22 4.4 A/D转换电路的设计264.
11、5单片机的设计27 4.6液晶显示屏28 4.7小结295 无极灯光效计算30 5.1无极灯光照度测量分析30 5.2无极灯光效的计算及标定35 5.3影响无极灯光效测量准确性因素的分析35 5.4小结366 结论376.1总结376.2展望37参考文献38致 谢39毕业设计(论文)知识产权声明40毕业设计(论文)独创性声明41附录42附录A单片机连接图42附录B单片机主程序设计43附录C外文翻译44ii西安工业大学毕业设计(论文)1 绪论1.1 研究背景及意义在日常的生产生活中,光效有着非常广泛的应用。随着我国经济的发展,人民生活水平的提高,对日常生产和生活中照明设备质量的要求也越来越高。各
12、种照明灯具的光效的测量,体育场照明情况的测量,各种车辆的前照灯光效的测量,教室照明关系到学生的视力,隧道和道路照明关系到行车安全等等,都离不开光效测量仪器,可以说,光效测量与人们的生活密切联系着。1为保障人们在适宜的光照下生活,国家也对各种照明工程中不同灯具的光效都规定有相应的国家标准。近些年来,我国经济获得飞速发展,然而能源危机和环境污染成为制约我国经济进一步飞速发展的突出性问题。我国经济建设取得巨大成就的同时,也付出了资源浪费和环境污染的巨大代价。经济发展的速度与资源短缺、环境污染严重的矛盾日趋尖锐,人民群众对资源需求问题、环境污染问题反应强烈。得益于化石能源,如石油、天然气、煤炭与核裂变
13、能的广泛的投入应用,世界经济快速发展, 然而这一经济的资源载体将在21世纪上半叶迅速地接近枯竭。化石能源与原料链条的中断,必将导致世界经济危机和冲突的加剧,中东及海湾地区与非洲的战争都是由化石能源的重新配置与分配而引发,这种军事冲突,今后还将更猛烈、更频繁;环境污染给生态系统造成了直接的破坏和影响,如沙漠化、森林破坏等,也给生态系统和人类社会造成了间接的危害,如温室效应、酸雨、和臭氧层破坏就是由大气污染衍生出的环境效应。同时,温室气体排放引起全球气候变暖问题,备受国际社会广泛关注。因此国家越来越重视节能环保的科学技术研究。2009年11月国务院常务会首次量化温室气体减排目标,到2020年我国单
14、位国内生产总值二氧化碳排放量要比2005年下降40%45%,作为约束性指标纳入国民经济和社会发展中长期规划,并制定相应的国内监测、统计、考核办法。在能源紧张、炭排放过度、环境问题严峻的当今世界,人们急切的期盼低炭节能的照明产品在照明市场占据很大份额,据统计发达国家和中国的照明用电在整个电力消费中约占12一14%,近年来由于大力推广节能光源,这一份额虽有所下降,但仍然于分巨大。2因此,照明节电已成为节能工作的重要课题。在人们日常用电中,照明用电占有较大比例,照明领域的节能技术对于节约电能以及减少因火力发电带来的污染问题具有重要的意义。自70年代世界性能源危机以来,对于节能照明起了有力的推动作用,
15、许多国家的照明组织先后提出了节能照明的建议和规定。各国的研究机构和照明厂商在开发新节能光源、高效率灯具及照明控制设备方面都不断有新产品大量投入市场,而一些发达国家还相继按节能要求修订了照明标准并对照明的方式作了有益的改革与创新。3发展绿色照明,对于我国当前节能低碳发展具有重要意义。因此,绿色照明工程自“九五”期间以来连续被列为我国节能领域的重大示范工程,受到政府的高度重视和大力支持,其中,高效光源是照明节能的首要因素。4光效是电光源发展需要考虑的重要因素。人造电光源发展至今,大致可以分为三个时代:第一代为白炽灯,第二代为传统有电极的荧光灯,第三代为高强度气体放电灯(HID)54包括高压汞灯,金
16、卤灯,高压钠灯等,无极气体放电灯(无极灯)及大功率发光二极管(LED)。白炽灯由于发光效率低、寿命短,耗能大,不利于节能等缺点,逐渐被新的光源所取代,欧盟计划2010年全面禁售白炽灯。传统的有电极荧光灯目前应用比较广泛,但存在着需要热启动电路、灯管容易发黑、寿命短、输出功率小、光效低等缺点,主要应用在小亮度照明领域。HID灯寿命相对较长,其中相对较好的金卤灯光学综合性能较好,如光效较高,亮度大等,广泛应用于广场、舞厅、娱乐场所等大亮度照明场合,但是也有HID等普遍存在的问题,如发热量特别大等。无极灯与其相比,具有高显色性、色温范围宽,寿命长、无频闪、瞬时启动等优点。LED是目前比较热门的光源,
17、他和无极灯有许多相似的特性,如寿命长、节能等,但应用领域上各有偏重,LED单位功率小,目前主要应用于景观、装饰、显示等领域照明;而无极灯单位功率大,主要应用于工矿和户外公共场合等大范围照明领域。表1.1为各类光电源的特性比较。表1.1 各类电光源特性比较指标无极灯白炽灯普通荧光灯金卤灯LED寿命(H)60000-1000001000左右3500-120006000-200005000-100000节能性能优越耗能大耗电较低耗电较高优越光效(lmW)70-80157075-9580光衰(%)5%20%30%40%1%显色性频闪无有有有无色温(K)2700-65002500-29002700-65
18、003000-56004000-9000从表1.1中可以看出,不同的电光源的能耗都有所不同,就算是同一种电光源由于技术水平,材料的选取,加工工艺的不同都会引起能耗的差别,光效测量在这里就显得十分重要了。1.2 国内外光效测量系统发展现状1.2.1国外光效测量系统发展现状光是人类生活中不可或缺的一部分。在一些发达国家,对光度的测量早就有了专用的测量仪器。1727年法国人鲍吉尔P.首次提出了光度量的有关概念。1760年兰伯特 J.H.创立了光度学体制,确定了不同概念之间的数学关系,并且选用特别的光焰灯作为光的基准。1879年采用凝固的铂表面作为光强基准,这就是铂点黑体的原型。1920年以前的光度学
19、,把光照度视为待测最容易比较的特性,在这一时期通过目视法比较光源的发光强度,人眼在感受光的刺激时,虽然不能定量地判断其强度,但在评定两个光刺激的强度是否相等时则相当准确。利用这个特性,制出了目视光度计用以测定光源的光强度。从1920年到1962年间,光度学从目视法向光电法过渡。520世纪初期,照明工程师关心光源发出的总光通量胜过关心光照度,加之物理探测器技术的进展和国际照明委员会推荐的光谱光效率函数得到了国际公认,使测量方法由单纯目视法逐渐转到物理光度法,并开始用硒光电池和真空光电管制成光电光度计称为客观光度计。1933年国际计量委员会成立了电学和光度学咨询委员会,负责光度基准的定义工作。6随
20、之确定铂点黑体为光度基准,并以真空和充气的钨丝灯作为光度的传递标准,相继进行了多次国际比对,如曝光表、照度计、球形光度计等已在工业实验室里广泛应用。随着光度检测技术的快速发展,光效检验标准也愈来愈严格,被检测的对象也愈来愈细化。随着计算机技术的发展,出现了数据采集的自动化,相应的光效测量系统也逐渐发展,并慢慢开始向标准化和自动化的方向发展,实现了模拟技术向数字技术的转变。目前美国、德国、日本三个国家生产的光效测量仪器在国内市场占有率是相当大的。在2002年,日本也制定了一项振兴高精密科学仪器的计划,并且从2004年起在研发世界尖端的分析计算测量系统方面投入了巨大资金。正是发达国家对创新型技术的
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