基于改进粒子群算法的LED光源阵列优化

为了提高发光二极管（light emitting diode,LED）光源阵列的光照均匀度,提出一种改进粒子群算法和新型等差LED阵列排布方式。根据光照分布模型建立了照射面的光照均匀度评价函数,使用改进的粒子群算法对新型等差LED阵列、矩形及圆形阵列进行优化。将优化后的LED阵列数据导入光学软件TracePro中进行仿真验证,得到优化后等差、矩形及圆形LED阵列的光照均匀度分别为82.89%、73.31%及78.56%,比优化前LED阵列的光照均匀度分别提高了15.84%、10.65%及15.57%。研究结果表明,改进后的粒子群算法收敛速度更快、精度更高,且提出的新型等差LED阵列有着更好的光照均匀度。     

基于Taguchi方法的LED植物光源优化设计

为了提高LED植物光源的有效利用率,基于Taguchi的实验方法对LED植物红蓝光源阵列进行设计和优化。用MATLAB软件编程进行仿真模拟,通过ANOVA方法分析得出对植物光源照射距离为10 cm处的红蓝光的光子数比值(R/B)分布均匀度影响最大的因子,并对试验最优结果采用Trace Pro光学软件进行试验验证,从而获得本次试验最佳的参数组合。结果表明:曲率半径为50 mm的凹形曲面底板的圆心加点排布方式,圆心为LED蓝光芯片,圆环上为LED红光芯片,芯片数量分别为6个LED红光芯片和1个LED蓝光芯片,芯片距离为10 mm的最优化组合是本次试验的最优组合。通过ANOVA方法分析得出,LED红蓝芯片之间的间距对植物光源的R/B的均匀分布影响最大,占有35.17%的比例,LED红蓝芯片的排布方式也不可忽略,因为其占有了28.05%的影响比例。     

LED阵列光源应用于几何光学实验

设计并制作了单色LED、高功率白光LED阵列光源及配套电源,将其应用于普通物理几何光学实验中。在透镜焦距测量实验中,实现了光源和物屏的结合,成像效果好,光源稳定、可调,相比于卤钨灯光源,成本低,且环保、节能,散热小。     

基于近场均匀照明的LED阵列的优化设计

基于几何光学与辐射照度理论,对菱形、环形和蜂窝状等3种典型LED阵列光源在近场上的照度分布进行研究,推导了不同阵列光源照射到目标面上的总辐射照度表达式,并依据斯派罗法则确定了LED间的最优化距离。进而根据照度公式,对LED阵列进行了仿真和对比分析,得出了不同阵列的光照度分布特点。菱形阵列可以得到较大范围的平坦度,环形阵列的平坦范围较小,能量集中分布在一个圆形范围内,有良好的集光效果,蜂窝状阵列的照度比较集中且占用的面板空间较小,可在一定程度上降低设计成本。     

基于近场均匀照明的LED阵列的优化设计

基于几何光学与辐射照度理论,对菱形、环形和蜂窝状等3种典型LED阵列光源在近场上的照度分布进行研究,推导了不同阵列光源照射到目标面上的总辐射照度表达式,并依据斯派罗法则确定了LED间的最优化距离。进而根据照度公式,对LED阵列进行了仿真和对比分析,得出了不同阵列的光照度分布特点。菱形阵列可以得到较大范围的平坦度,环形阵列的平坦范围较小,能量集中分布在一个圆形范围内,有良好的集光效果,蜂窝状阵列的照度比较集中且占用的面板空间较小,可在一定程度上降低设计成本。     

基于LED阵列的彩色视觉检测光源色度特性研究

彩色视觉成像是基于色度学理论的三刺激值法, 而光源的色度学特性是彩色成像的关键因素, 因此本文以色度学理论为基础, 计算并分析了用于彩色视觉检测的LED阵列光源的色度学特性, 并通过于标准D65光源进行对比, 研究了LED阵列光源的相关色温调节原理、范围, 以及白场平衡时的色度坐标、相关色温等. LED阵列光源具有相当宽泛的相关色温调节范围, 可调制出的颜色丰富, 色彩的表现能力更强, 色彩饱和度更高, 白场平衡R:G:B=254:237:90时的色度坐标、相关色温甚至比人工D65光源更加接近于白场的标准色度, 其颜色复现能力达到视觉允许的较优颜色复现效果. 因此LED阵列光源的色度学特性更加适用于彩色视觉检测.     

LED阵列型植物光源的均匀性研究

基于现有的LED植物光源在植物培育中光照不均匀的问题,对目前的植物工厂中使用较为广泛的红、蓝LED阵列型光源进行优化设计。通过对比四种不同的LED阵列排布方式,采用9点法进行PPFD值的测量和光谱的测量,进一步观察平面上光量子通量密度的均匀性和光谱分布的均匀性,进而寻求效果较好的LED阵列排布方式。结果表明:红蓝LED芯片交差分布和阵列行列交错分布的排列方式有利于提高光源阵列光谱的均一性。     

LED阵列光源的舞台灯变焦透镜系统

 针对国内大功率LED阵列光源舞台灯具在光束角度不可变和光能利用效率低等问题,提出利用透镜组变焦原理来设计阵列光源变焦透镜系统。基于透镜组变焦原理设计了单颗LED光源的变焦透镜组,高级光学系统分析模拟软件ASAP的计算结果显示：调焦范围为0~10 mm时,出光角度（1/10峰值角）的变化范围为18.5°~38.7°,光能利用效率在调焦距离为10 mm时达到78%以上。在此基础上,将单颗LED光源的变焦透镜组扩展为Red、Green、Blue各12颗共36颗LED的变焦透镜系统,进一步分析36颗LED阵列光源在不同排布方式下的出光角度及混色效果。ASAP计算结果显示：在调焦范围与单颗LED相同的情况下,LED阵列光源变焦透镜系统的出光角度（1/10峰值角）的变化范围为21°~38.6°,且3种颜色LED交叉排列的混色效果较好。由LED阵列的计算结果可知,与国内现有的大功率LED舞台灯具相比,在出光角度的变化范围和光能利用效率方面都得到了提高。     

基于LED阵列与漫反射自由曲面的均匀照明光源设计

提出一种由平面LED阵列与高漫反射率自由曲面构成的间接照明方式。基于LED光源与理想漫反射表面的朗伯特性,构建照明系统的数学模型。根据目标平面预期的光强分布,建立一组微分方程,利用数值方法求解得到漫反射自由曲面的面形轮廓,通过光学软件对该漫反射光源系统实体模型进行非序列光线追迹仿真,模拟结果显示检测区域辐照均匀度达到90%以上,验证了该方案设计均匀照明光源的正确性与有效性。     

基于粒子群优化算法的光刻机光源优化方法

提出了一种基于粒子群优化算法的光刻机光源优化方法。将光源信息编码为粒子,利用图形误差作为评价函数,通过更新粒子的速度与位置信息不断迭代优化光源图形。对周期接触孔阵列和含有交叉门的复杂掩模图形的仿真验证表明,两者的图形误差分别降低了66.1%和27.3%,有效提高了光刻成像质量。与基于遗传算法的光源优化方法相比,该方法具有更快的收敛速度。另外,还研究了像差和离焦对本方法稳健性的影响。     

二分法优化计算LED光源相关色温

色温和相关色温是LED光源的重要参量.从原始光谱数据到色品坐标(u,v)再到色温和相关色温的计算过程相当复杂,需要一种优化算法来简化计算量.因此,从色温的色度学定义出发,简要分析了直接内插法、逐点法和甬数曲线拟合法三种色温计算的经典算法,并分别指出了它们的优缺点,在此基础上提出了二分法这种新的色温优化算法.详细介绍了二分法的基本思想、程序流程等.利用软件编程实现这几种算法,通过普朗克黑体辐射公式计算得到一系列色温的理论光谱和白光LED仪器实际测试光谱,对比二分法和各种经典算法的速度和结果,证明了二分法是一种适合于计算机程序化实现的高精度高速度的色温算法.     

运动式太阳模拟器LED阵列光源及其准直光学系统设计

运动式太阳模拟器是编码式太阳敏感器在装星阶段用于现场测试的一种重要设备,为敏感器测试提供模拟的太阳光信号和太阳光矢量信号。论述了运动式太阳模拟器的结构组成与工作原理,着重对其LED阵列光源和准直光学系统进行研究与设计。通过功率计算确定了LED数量,依据Sparrow判据分析了LED间距对辐照均匀性的影响,确定了阵列间距。基于边缘光线原理,建立了圆柱面镜的数学模型,设计了准直光学系统,借助LightTools软件进行仿真。实验结果表明:设计的运动式太阳模拟器在工作距离为50 mm处的辐照范围为10 mm×50 mm,最低辐照度为393 W·m~(-2),在-13°、0°、38°三种光线入射角下的辐照不均匀度均优于±7.3%,出射张角为0.78°,满足编码式太阳敏感器装星后现场测试的要求。     

基于多孔微热沉的大功率LED阵列散热实验及仿真优化设计

对用于大功率LED阵列的多孔微热沉的主动冷却方案展开了实验研究,实验结果表明在输入功率为45 W的情况下,不采用多孔微热沉换热时,LED芯片温度在两分钟时间内就升高到了70℃;在采用多孔微热沉后,在50s系统就到达稳定,而且温度仅为38.3℃,即使功率加大到75 W,温度也仅为42.5℃。对多孔微热沉结构进行数值分析,结果表明,优化后的结构能提高LED散热效果,并极大的改善了基板的温度均匀性,有利于LED寿命和性能的提高。     

新型LED光源气溶胶探测雷达系统优化设计与初步实验

为了实现近地面、多波长气溶胶时空探测,克服激光波长可选择性不足的问题,利用LED丰富的光谱特性,设计了一种新型发光二极管(LED)光源雷达。LED能量小且发散角大,其出光能量、发散角、接收视场角和几何重叠因子都会对LED光源雷达探测距离产生影响。针对共轴LED光源雷达系统的特点,分析了几何重叠因子的特征和计算方法,详细讨论了光源发散角和接收视场角对几何重叠因子的影响。结合LED光源的特点,利用美国标准大气模型对雷达系统的探测能力进行了仿真,优化了光源发散角和接收视场角,在LED能量一定的情况下获得了最大的探测距离。搭建了LED光源雷达系统并完成了初步实验观测,结果表明该雷达夜晚能够接收到240m远处的大气回波,验证了雷达探测低层大气气溶胶的能力。     

光量子体系下基于粒子群算法的LED植物照明光源设计

在现代农业生产中,常采用发光二极管(LED)作为植物照明光源对农业作物进行补光,为提高LED植物照明阵列光源的均匀度,本文在光量子体系下,提出一种新的基于粒子群算法的LED植物照明阵列光源设计方法。通过MATLAB对红蓝光LED植物光源阵列进行数学建模,运用粒子群算法寻找高均匀度条件下的红蓝光LED坐标,设计出二维情况下的红蓝光LED排布阵列;在三维情况下,为解决维度升高时可能会导致的求解陷入局部极小问题,采用改进的随机惯性权粒子群算法进行三维方案设计,并使用Tracepro对两种设计方案进行验证,与传统的红蓝光LED等间距逐行排列设计进行了对比。研究结果表明,与常见逐行排列LED阵列设计达到的光量子通量密度(PPFD)均匀度为79.6%相比,通过粒子群算法寻优的设计方法,二维设计方案的PPFD均匀度达到88.7%,较等间距逐行排列设计提高了9.1%;三维设计方案的PPFD均匀度达到92.6%,较二维设计方案提高了3.9%,较等间距逐行排列设计提高了13%。本实验证明了运用粒子群算法在二维和三维空间进行LED植物照明阵列光源设计的可行性,在简易设计流程的同时,提高了工作效率。     

基于离散阵列光源的空间光学系统对准

为了解决基于波前或星点图对准大口径空间光学系统时计算量大、面形误差影响大等问题,提出了一种基于离散阵列光源对准空间光学系统的方法.给出了离散阵列光源的设计、检测和标定方法,并以此为基础设计了对准检测光路.以某在研RC望远镜为对象,用离散阵列光源产生参考光,设计了一个用于快速对准主次镜的检测光路.在光学系统设计参数已知的情况下,根据像平面上的点列图,建立了主次镜位置信息和点列图分布信息的函数关系.利用光学设计软件和数学计算工具建立仿真平台,并进行了主次镜的仿真验证.仿真结果表明,使用离散阵列光源可以有效减少计算量,降低面形误差和杂散光的影响,提高对准效率,并且具有较高的计算准确度.     

基于LED光源痕量二氧化氮气体的检测

随着现代化工业的发展,大气污染越来越严重,吸收光谱法是检测大气污染的重要手段.NO2是大气污染的主要污染物之一,文章将发光二极管作为光源,选择发光光谱范围处于NO2强吸收峰位置的发光二极管,通过测虽含有NO2污染物的吸收光谱,利用最小二乘法,将实验得到的吸收光谱与标准谱作拟合运算,反演计算出污染物浓度.分析了检测的幕本原理,研究了光谱分析过程,包括实验光谱与标准光谱的拟合、浓度的反演计算等数据处理过程.具体利用NO2在300～500 nm光谱范围内有强吸收的特点,测量了样品中NO2的浓度.实验使用发光二极管作为光源,使检测变得方便快捷,实验装置便于携带,可以随时对待测场所实现高精度的实时在线检测.     

基于遗传模型改进蜂群算法的稀疏阵列优化

人工蜂群算法作为一种新兴的群体智能算法,在解决复杂连续问题时表现突出。但是由于算法本身内在运行机制的原因,算法在搜索上表现出优异的性能,却疏于开发。为了平衡搜索和开发二者之间的矛盾,提出了一种基于遗传模型改进的人工蜂群算法,并成功运用到了阵列综合领域。算法先将全局最优解引入邻域搜索过程,指导蜂群寻找最佳蜜源,加速算法收敛。为了避免人工蜂群算法陷入局部最优,需要提高其开发能力,通过借鉴遗传算法中的进化机制,建立了遗传模型,对采取最佳保留后的蜜源进行遗传操作,丰富蜜源的多样性。在一组广泛使用的数值函数上对改进人工蜂群算法进行了测试,实验数据表明,该算法相较于其他算法具有很强的竞争力。将该算法运用于线性阵列的稀疏优化,旨在降低阵列的峰值旁瓣电平,在同样的阵列约束下与其他算法进行了优化对比,仿真结果进一步证明了算法的有效性。     

基于动态核主元分析的大功率LED阵列动态光源在线状态观测与故障诊断

大功率LED阵列动态光源工作过程中光电热参数具有不确定性和时变时滞非线性特点,利用动态核主元分析方法(DKPCA)对大功率LED阵列动态光源进行在线状态观测与故障诊断能有效地捕捉观测数据的非线性和相关性特征,根据历史数据的主元特征计算出的统计量阈值和在线数据的统计特征实现故障检测,利用重构贡献图法实现故障的分离.仿真实...     

基于果蝇算法优化径向基神经网络模型的白光发光二极管可靠性

根据白光发光二极管失效物理机制选取理想因子、结温、色坐标漂移量等参数作为输入量,利用果蝇算法自学习优化标准径向基神经网络基函数宽度,提高输出精度.研究表明,径向基神经网络模型可以成功预测白光发光二极管可靠性衰变趋势,具有较高的稳定性和鲁棒性;利用果蝇算法优化后,预测平均误差成功减少为3.1%,对未来建立以神经网络为基础的发光二极管可靠性预测模型库提供有益帮助.