同时实现路面照度与亮度均匀性的LED光源光学系统研究

对于道路照明,人眼观察到的是路面的亮度而并非路面照度。理想的路面照明应能达到照度和亮度的双重均匀性。从发光二极管(LED)道路照明中路面亮度与照度的关系出发,提出了一种基于路面反射特性同时实现路面照度与亮度均匀性的设计方法。首先根据国际照明委员会(CIE)标准给出的简化亮度系数表计算路面上所有点的亮度系数;然后利用最小二乘法对路面照度和亮度同时进行分析,得到路面最优照度分布;最后采用分离变量与最小能量块迭代结合的方法对光源以及接收面进行网格划分,根据目标照度分布进行三维自由曲面光学系统设计,得到实现路面照度均匀与亮度均匀的光学透镜。将此设计应用于双车道的C1路面,实现了路面93.47%的照度均匀度,各车道观察到的路面总亮度均匀度为86.94%和89.26%。     

远程照明系统眩光效应分析

眩光效应是影响照明系统使用效果的重要因素。首先建立了眩光效应的评估模型,对某远程照明系统进行实际建模仿真及定量分析,计算了其眩光效应的理论值。分析了人眼视觉仿真模式并使用逆向追迹算法对系统的人眼视觉效果进行仿真,最后对不同视角、不同昼夜背景环境、不同观察距离仿真了人眼观察照明系统的实际眩光效果。对某实际远程照明系统的仿真结果表明其眩光值G_R小于30,眩光效应较为严重,并使用软件仿真验证了理论分析的结果。提出的分析方法对照明系统眩光效应评价及判断给出了可视化的评判方法。在照明系统的设计领域有应用前景。     

白光LED不舒适眩光模型的验证和优化

为了验证小尺寸光源的不舒适眩光评估模型对LED的适用性,使用两种色温的白光LED产生不舒适眩光,在4种眩光源亮度和4种观察角度下进行实验,并在每种条件下进行deBoer评分。实验结果表明,白光LED的偏心角增大,会增加亮度对比度;白光LED的亮度越大,偏心角越小,则deBoer评分越高,即产生更多的不舒适眩光。对小尺寸光源模型UGRsmall以及位置系数修正模型UGRS1和UGRS2进行实验验证,结果表明模型计算值与主观实验不舒适眩光评分的相关性较高。将UGRS2模型增加优化系数并进行优化得到模型UGRSa,将偏心角加入模型UGRsmall并修正后得到UGRSk,UGRSa和UGRSk均具有更好的性能。     

高均匀低眩光LED台灯配光设计及仿真分析

市场上的节能台灯普遍存在光效低、亮度不均匀、眩光较严重的缺点,以改善这些缺点作为出发点,设计了一款高均匀低眩光的LED护眼台灯.设计加入非球面反光杯灯罩来收集LED光源发出的大角度光线,提高了光能的利用率并改善了眩光.加入配光透镜消除接受平面存在的中心亮斑,解决了均匀照明问题.通过ProE三维设计软件进行实体建模,导入TracePro进行光线模拟和仿真分析,结果表明这一LED台灯配光设计可在工作距离为450 mm、直径为700 mm的接收面内实现低眩光高均匀照明,平均照度可达497.1 lx,平均度达到0.9左右.这一高均匀低眩光LED护眼台灯的设计方案有着广阔的实际应用前景.     

基于视觉功效法的公路照明光源性能分析

中间视觉条件下人眼光谱效率函数表现为一系列的曲线,其峰值波长和强度受光源光谱、背景亮度等多方面的影响,光源对照明视认性的影响无法通过单一的光学参量进行表征。试验以视认反应时间作为评价指标,应用视觉功效法测试了不同速度条件下,人眼在不同照明环境中的视认性能,所选择光源包括高压钠灯、无极荧光灯和三种色温的白光LED,光源色温范围1 958~5 537 K,背景亮度取值针对公路隧道基本段照明和一般室外道路照明,范围为1~5 cd·m-2,均在人眼中间视觉亮度范围内。统计试验结果显示：在相同速度、亮度条件下,高色温光源对应的视认反应时间小于低色温光源;相同亮度条件下高速视标对应的反应时间小于低速视标,但测试截止时刻,低速视标在观察者视场内的张角较高速视标更大。应用MOVE模型计算得到测试光源所形成不同发射光谱、不同背景亮度条件下的人眼中间视觉等效亮度,与明视觉亮度测试结果比较,中间视觉等效亮度对应的反应时间曲线标准差系数CV更小,显示中间视觉条件下不同光源等效亮度与明视觉亮度的差异是造成视认性差异的原因之一,由于白光LED光源的GaN芯片发射光谱峰值与中间视觉光谱效率函数的峰值波长较为接近,高色温白光LED的照明视认效果优于低色温白光LED和无极荧光灯,峰值位于Na+特征谱线附近的高压钠灯照明视认效果较差。     

蝴蝶效应

 “蝴蝶效应”也可称“台球效应”,它是“混沌性系统”对初值极为敏感的形象化术语,也是非线性系统在一定条件(可称为“临界性条件”或“阈值条件”)出现混沌现象的直接原因。     

绿色植被可见-近红外反射光谱模拟材料研究进展

成像光谱技术能够同时获取目标的图像特征和光谱特征,很容易识别与背景环境光谱特征区别较大的传统伪装材料。近年来,成像光谱得到了迅速发展,经历了多光谱技术到高光谱技术的跨越,传感器的探测波段数、光谱分辨率、空间分辨率的显著提高。得益于各国ISR无人机技术的应用,高光谱传感器由星载拓展到机载,可以在更近距离对军事伪装目标进行识别,对具有重要价值的军事目标的生存能力构成巨大挑战。目前,应对高光谱的伪装材料主要设计思路是,选择材料或材料体系具有与环境背景相似的颜色和光谱反射特征（传感器探测范围内）进行复合,目的是与环境背景达到“同色同谱”来躲避高光谱侦察。绿色植被是最常见的伪装背景,也是本领域绝大部分研究的光谱模拟对象,其反射光谱曲线在可见近红外波段具有：“绿峰”、“红边”、“近红外高原”和“水吸收带”四个主要特征,分别由叶片的组织结构以及叶绿素和水分产生。离体叶绿素光热稳定性较差,不能直接用作伪装材料,所以寻找和合成稳定性好、具有类叶绿素结构及光谱特征的分子是当前的研究热点之一。此外,铬绿和钴绿是常用的伪装颜料,具有类似绿色植被“绿峰”、“红边”和“近红外高原”光谱反射特性,研究者将其与高吸水填料复合来引入“水吸收峰”,大致模拟出绿色植被反射光谱,但是想要实现精确模拟,仍存在一些难以解决的问题。从绿色植被光谱特征出发,分别阐述了模拟绿色植被可见光区和近红外光区光谱特征的材料选择依据及体系;同时介绍了它们在精确模拟植被光谱时存在的问题,以及通过改性和复合来提升光谱相似度和耐候性的相关研究工作,总结并展望了绿色植被光谱模拟材料要解决的重难点问题和发展方向。     

基于叶绿素荧光光谱和反射光谱的甜瓜种子品种鉴别

甜瓜的品种多样,富含多种营养成分,甜瓜种子品种不纯将对甜瓜生产造成一定危害,研究采用种子的叶绿素荧光光谱结合反射光谱的分析方法鉴别甜瓜种子品种,以甜瓜品种“一特白”、“一特金”、“京蜜7号”、“京蜜11号”、“伊丽莎白”为研究对象。构建了甜瓜种子品种鉴别光谱系统,包括激发光源单元、光谱数据采集单元和数据处理单元,使用该系统获取不同品种甜瓜种子的光谱数据。对光谱数据分别进行一阶导数(first derivative, FD),Savitzky-Golay(SG) 平滑,FD结合SG平滑预处理。采用主成分分析(principal component analysis, PCA)方法降低光谱数据的维数,提取主成分。使用两种不同分组方法将样品按照3∶1的比例分为训练集和验证集,并分别采用Fisher判别和Bayes判别分析方法建立甜瓜种子品种的判别模型。本文比较了仅使用叶绿素荧光光谱与使用叶绿素荧光光谱结合反射光谱建立判别模型的判别结果,结果显示,使用叶绿素荧光光谱结合反射光谱建模的判别结果优于仅使用叶绿素荧光光谱建模的判别结果,Fisher判别分析和Bayes判别分析的验证集样品品种的判别正确率均达到98.0%。研究结果表明,采用叶绿素荧光光谱结合反射光谱鉴别甜瓜种子品种具有可行性。     

面向半导体照明的光学

以发光二极管(LED)为核心的半导体照明光源成为世界公认的第三代照明光源.通常基于蓝光LED抽运黄色荧光粉产生白光的方案,因荧光粉的斯托克斯位移和宽光谱,其具有产业化价值的发光效率上升范围受到极大限制.另外,传统封装LED因其朗伯型发光分布和超高亮度会造成严重的眩光以及光分布难以满足照明应用要求从而导致光污染、光浪费,...     

电子闪光灯光路变换的研究

本文主要论述了直接利用电子闪光灯为光源，产生垂直反射偏振光的原理、方法及在刑事摄影中的应用。通过理论研究和试验，设计出了电子闪光灯光路变换系统，解决了直接利用电子闪光灯为光源的拍摄案件现场某些光滑非金属物体时，物体表面产生强烈反射光线或反射光带和对人犯摄影、物证摄影时的强烈阴影干扰，以及无法直接用以电子闪光灯为光源，对遗留在案件现场上的痕迹进行垂直反射摄影的困难。     

杨发文.未来新能源——可燃冰

 天然气水合物是水和天然气(主要成份为甲烷)在中高压和低温条件下混合时产生的晶体物质,外貌极似冰雪,点火即可燃烧,故称为“可燃冰”,又叫“气冰”或“固体瓦斯”。它在自然界分布非常广泛,海底以下0-1500m深的大陆架或北极等地的永久冻土带都有可能存在,世界上有79个国家和地区都发现了天然气水合物气藏。从能源的角度看,“可燃冰”可视为被高度压缩的天然气资源,每立方米能分解释放出160～180标准立方米的天然气。迄今为止,在世界各地的海洋及大陆地层中,已探明的“可燃冰”储量已相当于全球传统化石能源(煤、石油、天然气、油页岩等)储量的两倍以上。     

导光板底面熔合微棱镜出射亮度规律研究

基于导光板底面直接熔合微棱镜取代目前背光系统平面反射膜和网点两层结构,推导了棱镜底角和出射亮度方向角之间的关系,提出导光板出射亮度方向角与棱镜远近光源底角的解析公式.用LightTools软件对导光板进行建模仿真,通过改变棱镜两个底角,得到出射亮度峰值方向和底角之间的变化规律.理论值与模拟仿真值基本符合,为背光模组一体化的研究提供理论和实验依据.依据上述规律,设计出一体化导光板结构,其中,微棱镜近光源角为86°,远光源角为37°,亮度达到现行3M背光系统指标.     

高生长速度条件下的“层片↔棒状”共晶转变机理研究

低速生长条件下, 共晶“层片↔棒状”转变只由两相的体积分数控制. 高速情况下, 这种转变有时亦发生, 其转变机理不清楚. 本文应用竞争生长准则, 结合高速生长条件下层片共晶和棒状共晶生长模型研究了生长速度引起的“层片↔棒状”转变机理. 结果显示: 体积分数在临界值附近很小的范围内, 生长速度和溶质配分系数的增大可引起“棒状→ 层片”共晶转变; 而当体积分数远离临界值时, 转变不发生. 生长速度名义上引起“层片↔棒状”共晶转变实际上是由生长速度变化引起的体积分数的变化导致的. 关键词： “层片↔棒状”共晶转变 竞争生长 生长速度 体积分数     

中国古灯具中的物理学原理

 我国古代灯具,从考古发现的实物看,至少有几千年历史。当人类开始用火时,就发现火能发出光和热,可以用于照明。早期人们用篝火照明,后来才发明火炬。最初的“烛”字,指的就是火炬。因火炬不易控制,人们便开始探索新的照明方法。经过实践,发现油和蜡是性能较好的照明燃料,后来又发明了灯具。通常,人们把以油为燃料的灯具叫做灯盏,把以蜡为燃料的灯具叫做烛台。灯在古代也称“登”或“镫”。《雅尔·释器》说:“瓦豆谓之登”,《楚辞·招魂》说:“兰膏明烛,华镫错些”。由此可见,灯的形制可能是从生活器皿“豆”演变过来的。最初人们或许借用瓦豆作为灯具照明,渐渐瓦豆也就演变成灯具了。     

中间视觉条件下光源光谱对人眼视亮度的影响

基于MOVE模型和对多种光源发射光谱的测量,计算得到不同环境亮度条件下人眼光谱效率函数的明视觉函数权重x和中间视觉等效亮度。结果表明,在中间视觉范围内,随着亮度水平的降低,人眼视觉函数曲线峰值强度逐渐加强,且向短波方向发生移动,变化幅度与光源s/p指标成反比,在环境亮度为0.5 cd·m-2的情况下,峰值强度较明视觉函数均提高30%以上。与传统的测试结果相比,荧光灯、不同色温的白光LED中间视觉等效亮度呈正增益,增益幅度达40%,而高压钠灯则呈现负增益效果;随着环境亮度的提高,增益幅度均呈减小的趋势;当达到完全由视锥细胞作用的亮度水平,等效亮度将等于明视觉亮度。该方法及结论有利于更为科学、准确的评价光源及发光材料的光谱和视亮度特性。     

时钟与计算机网络中的时钟同步

 计算机中的时钟几乎所有的计算机中都会有专用线路用于计时,人们也常用“时钟”(clock)来称呼它;其实,应该称为“计时器”(timer)。计算机中的计时器是一个经过精密加工的石英晶体,这种石英晶体在有电压的作用时,会以非常良好的固定频率发生振荡,相应地对每一个石英晶体赋予两个记录器:一个称为计数器,另一个称为复位计数器。晶体每发生一次振荡计数器就会减少一个单位,当计数器上的数值变为零时,系统就会相应地产生一个中断,并通过复位计数器将计数器的值恢复到初始值,这样就可以设计出每秒产生60次中断(或想要的次数的中断)的频率的“计时器”.     

一种变形标准加入法及其在等离子体发射光谱分析中的应用

在小体积(< 50 μL)液体取样时,容易产生较大的取样误差,为了降低分析结果的不确定度,常常用质量定量法代替体积定量法。传统标准加入法以样品体积定量,不能用于以样品质量定量的场合。为此,我们提出了一种变形标准加入法,以便用于以样品质量定量的场合。以ICP-OES法测定复杂溶液体系中低含量及微量元素Hg,Mo和Rh为例,对变形标准加入法进行了介绍。标准加入法的目的是为了校正溶液基体效应,而溶液基体效应包括两种不同类型的干扰：“恒定干扰”和“比例干扰”。变形标准加入法只能校正溶液基体效应中的“比例干扰”,“比例干扰”的大小可以用一个定量指标k表示：当k=1时,表示不存在“比例干扰”的影响;k偏离1越远,则“比例干扰”的影响越大。至于“恒定干扰”的影响,则可以利用仪器自身的背景校正方法予以降低或消除。变形标准加入法测定结果不确定度主要来自于背景校正,与所选分析线的信背比密切相关。信背比越低,背景校正的不确定度越高,因此实际分析中应尽可能选择具有较高信背比的分析线,否则,即使事先经过了背景校正,最终的分析结果也可能包含很大的误差。     

隐形技术及其军事应用

 所谓隐形,就是利用多种不同的技术手段来降低武器装备不被探测系统发现,让其“看不见”,“摸不着”。隐形技术是传统伪装技术的一种应用与延伸,它的出现,使伪装技术由防御性走向了进攻性,由消极被动变为积极主动,不仅使自己由于隐身而获取主动权,而且还可以示假而迷惑对方,从而增强部队的生存能力,提高对敌人的威胁力。 隐形技术就是改变己方武器装备等目标的各种可探测信息特征,从而降低目标被对方探测系统发现概率的各种技术的统称。隐形技术又可分为有源隐形和无源隐形。目前人们所说的隐形技术,主要是指无源隐形。无源隐形,从物理学角度来讲,就是根据波的反射和吸收规律,在目标上采用吸收或透波材料.     

基于光子计数的合作目标“量子”成像

在实验上研究了赝热光照明下, 基于光子计数模式的合作目标“量子”成像, 并给出理论模型和解释. 研究表明, 利用光子计数的单光子探测器代替以往光强度线性探测器作为桶探测器在“量子”成像中同样适用. 实验发现, 合 作目标的反射信号可穿透弱散射介质实现成像, 该技术在减小光学成像透镜孔径方面具有潜在的应用价值. 对比了基于强度关联成像和压缩感知算法的“量子”成像结果, 并得出实用性结论. 本文的方案为“量子”成像的实际应用提供了新方法.     

一种光源的蓝光危害与节律效应可视化评估方法

为了使基层质检人员经济快速的评估光源蓝光危害与节律效应,测量了六种常见人工照明和三种显示器的光谱分布,结合QB5型钴蓝玻璃片的透射率,对九种光源透过QB5型钴蓝玻璃片的光谱分布进行计算分析,研究了光源蓝光危害因子和节律因子与1931 CIE-XYZ色坐标Z值、透过钴蓝玻璃片的主波长及明视觉光通量的关系;以人眼对波长及亮度变化的分辨力为依据,验证了以烛光为参照,根据人眼透过QB5型钴蓝玻璃片观察到的光源亮度,对光源蓝光危害与节律效应进行可视化评估的可行性。结果表明：九种光源的蓝光危害因子和节律因子均随色坐标Z值、透过钴蓝玻璃片的主波长及明视觉光通量的增大而增加;该可视化评估方法可行。研究方法与结果可为光生物安全评估与相关仪器设备开发提供参考。