公路隧道太阳光直接增强照明系统的设计

为了利用绿色能源有效解决公路隧道进出口区段的黑洞效应和白洞效应,在阳光输送机研究的基础上,研制一种利用平行太阳光直接实现公路隧道进出口区段增强照明功能的新系统。该系统通过光路变换和反射等措施实现了在无光纤等传输介质条件下高效率、远距离的太阳光输送功能,利用太阳光本身时有时无的性能缺陷改善了隧道增强照明系统亮度自适应隧道外光强的技术要求,针对受光体位置固定不变的系统专门设计了极轴式自动跟踪系统,保证了对太阳光的实时跟踪。实验结果证明,该增强照明系统不但无须光导纤维或者导光管,而且使得传输效率提高40%左右,为隧道等白天也需要增强照明的地下工程直接利用太阳能开辟了一条新路。     

可诱导人眼自动调焦的眼底相机光学系统设计

基于自适应光学设计了一款可诱导人眼自动调焦的眼底相机,包括视度调节系统、照明系统和自适应成像系统。在视度调节系统中,通过设置视标诱导人眼自动调焦,校正人眼初级像差,将人眼残余像差控制在自适应成像系统的校正范围内。在照明系统中,采用轴锥镜组产生环形光照明人眼,消除人眼角膜的强反射光,通过调节轴锥镜之间的距离使环形光束内径连续变化以适应不同的人眼。在自适应成像系统中,使用哈特曼-夏克波前传感器作为波前探测器,使用变形镜作为波前校正器,校正人眼的高阶像差。仿真结果表明,眼底照明均匀度可达95%,自适应成像系统在截止频率76lp/mm处,各视场调制传递函数(MTF)值均大于0.36。系统畸变小于1%,能够对在-6 D~+8 D(D表示屈光度数)之间的人眼眼底清晰成像。     

激光主动照明光学系统设计

为提高跟踪测量系统对暗弱目标的探测能力,设计一套自动化激光主动照明光学系统,对跟踪测量视场范围进行主动辅助照明。该系统在0.2~5 km距离处的照明直径均为10 m,计算出其在-20℃及+45℃的温度调焦量,照明仿真结果表明系统照明不均匀性15%。通过研究系统像差对照明均匀性的影响,以及对设计的调光组进行分析,得到调光组移动量与照明距离之间的理论关系,表明自动调节调光组位置即可实现不同照明距离处的均匀照明。设计和分析结果表明,该主动照明系统能够自动调节调光组位置,实现跟踪测量视场内的均匀照明,有利于跟踪测量系统对于暗弱目标的探测。     

分光型太阳光光纤传输照明系统

针对太阳光光纤照明技术中的光污染、光纤老化、聚光区温度过高等问题,设计了一种分光型太阳光光纤传输系统。介绍了利用光的色散性进行光谱分光、变径光纤低温聚光、传输可见光及各项参数的确定方法。分析了影响系统光传导效率的各种因素及后续解决方法。实现了紫外光及红外光与可见光的分离,滤除了光污染,消除了塑料光纤在太阳光长期照射下容易老化的问题,有效地降低了聚光区温度,实现了低温聚光和波长范围在400~700nm的可见光绿色照明。     

聚光型粗细调互补阳光信号采集器的研制

高准确度自动跟踪系统是太阳能聚光器必不可少的组成部分,而信号采集器能否精确可靠地采集到阳光照射方向的信号又是自动跟踪准确度的关键.本文提出了一种粗细调互补信号采集器的设计方案,在正常工作期间通过软件能够根据需要不断地自动调整选择二组光电传感器中其中一组输出的差模信号作为有效信号,从而有效地解决了大范围寻找太阳和高准确度跟踪之间的矛盾|而在此基础上改进为对聚光后的阳光信号进行采集的新结构,又彻底解决了光电传感器本身在光照强度很大时进入饱和区与光照强度很弱时输出的差模信号太小的问题,有效延长了聚光器在早晚时段的正常工作时间.据此原理制作的聚光型粗细调互补信号采集器应用于某公司的CPV型1200W砷化镓发电系统中,取得了很好的跟踪效果,其实际跟踪误差≤0.1°（立体角）.     

基于扩展DALI总线的智能照明系统设计

针对大型商业照明场合存在的如组网不便、照明效果单一,能源利用率底的问题,设计了一套基于扩展DALI总线的商业智能照明系统,以实现系统的大面积组网和集中控制,获得丰富的照明效果,实现系统的绿色环保运行。测试系统搭建完成后,实现了管理人员对系统的集中管理和远程监控;系统可按照工作日程表、时间表自动运行;具有分区、分组、单灯、场景等多种控制方式,控制灵活,能达到较好的照明效果和节能要求,可满足多种商业照明需求。     

低透过率下隧道照明亮度对能见度的影响

为了研究低透过率下隧道照明亮度对能见度的影响,为低透过率条件下隧道照明亮度的调节提供依据,分别以两种不同光谱特性的摄像机作为观测装置获得了透过率、照明亮度、目标/背景对比度三者之间的变化关系.实验结果表明:目标/背景对比度随照明亮度的增加而增加,两者呈非线性关系;透过率限定了目标/背景对比度所能达到的最大值;在一定的亮度范围内,提高亮度增加目标/背景对比度可以有效改善能见度.当照明亮度较高时,提高照明亮度对能见度影响不大;当照明亮度较低时,提高照明亮度对能见度提高的效果明显.因此,根据透过率按比例调节照明亮度能保证能见度和行车安全.     

聚光型粗细调互补阳光信号采集器的研制

高准确度自动跟踪系统是太阳能聚光器必不可少的组成部分,而信号采集器能否精确可靠地采集到阳光照射方向的信号又是自动跟踪准确度的关键.本文提出了一种粗细调互补信号采集器的设计方案,在正常工作期间通过软件能够根据需要不断地自动调整选择二组光电传感器中其中一组输出的差模信号作为有效信号,从而有效地解决了大范围寻找太阳和高准确度...     

星载光电成像系统探测能力分析与研究

星载光电成像系统可实现远距离空间目标的探测与识别,而探测距离是系统的主要性能参数。以空间目标反射太阳光为基础,建立了系统极限探测距离的数学物理模型,分析了影响探测距离的因素,对极限探测距离与太阳光入射方向、光学系统的有效通光口径、探测器的信噪比阈值以及曝光时间的定量关系进行了数值模拟研究。研究结果表明:增大光学系统的有效通光口径可实现系统探测能力的显著提升;当信噪比阈值和太阳光入射角同时变化时,降低信噪比阈值可有效提高系统的探测能力,并且此时太阳光入射角的变化对系统极限探测距离的影响较小。     

LED光源光谱对隧道出口段明适应的影响

随着我国经济的不断发展,高速公路隧道建设的发展也非常迅猛。前期在隧道的实际工程设计中,为完全保证隧道车辆通行安全,隧道内部全线灯具的输出功率和安装布置全部取决于一年四季中最大的洞外亮度值和车辆速度值。这样的设计尽管充分考虑了安全性,但盲目的增加隧道照明亮度,不能够缓解视觉适应的问题。随着LED在隧道照明中的应用, LED光源光谱的影响逐渐引起人们的关注。调查研究发现高速公路隧道在出口段交通事故发生率比较高,主要原因是隧道出口段内外亮度差较大,驾驶员在驶离时明适应时间较长。LED光源的光谱呈现双峰结构,在长波长范围内,光谱含量差异明显。明适应的能力主要与两个因素有关,一是瞳孔面积的变化;二是感光色素的光化学反应。不同色温的LED具有不同的光谱特性,进而通过影响感光色素的合成,来影响明适应的时间长短。现在市场上可用的隧道照明LED光源的色温可选范围比较广,所以实验选取了市场上可用的不同色温的大功率的LED光源作为研究对象,其色温分别是3 000, 3 500, 4 000, 4 500, 5 000, 5 700和6 500 K等7种。邀请了30名视觉功能正常,矫正视力1.0以上,且无色盲、色弱等其他眼疾的观察者参加了本次实验。地点选择在长9 m,高2.8 m,宽5 m的模拟隧道内。实验参数选取3组亮度值,分别为4, 8和12 cd·m^-2;2个灯具安装高度分别是2.0和2.4 m;3个安装角度分别是15°, 20°和25°。共评估了126种照明条件。实验结果表明:隧道出口段亮度越大,明适应时间越小;当亮度相同时,随着色温的增大,明适应时间减小;灯具安装角度和安装高度对光谱的影响很小,改变安装高度和安装角度并不能有效的减小明适应时间。从明适应的角度出发,通过分析不同色温LED灯的光谱,为隧道照明设计与应用中出口段LED光源的选择提供数据和理论支撑。