車輛性能試驗用簡易太陽模擬器的研制

太陽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輻射能力；用于試驗太陽能集熱器的性能；用于照射植物生長的人工太陽房[1-2]。歐美國家已在環境模擬室、車輛性能試驗和軍用產品試驗領域大量應用太陽輻射模擬器。太陽輻射模擬包括地面輻射模擬和空間輻射模擬。空間輻射的模擬在光線的平行度、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的平行度沒有要求，其它兩項要求比較低。據調查，絕大部分國內外的太陽輻射模擬設備都屬于后者。

具有平行度的太陽模擬器是進行模型構建和測量儀器性能檢驗的重要工具，能為車輛性能試驗實驗研究提供固定、標準的環境參數，免于室外環境時空變化的影響。另一方面，隨著平行度要求提高，太陽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易有效的太陽平行光模擬器。

1 太陽模擬器的組成

簡易太陽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）。經過比較，選擇凸透鏡制作平行光源方案，燈源為氙燈。構建的太陽模擬器包括以下部分：光源及電路配件（變壓器、觸發器、高壓線、燈支架）；光學配件（透鏡及燈杯）；同步“U”形支撐架（同時聯接傳感器和太陽模擬器）。

1.1 光源的選擇

模擬太陽的各種光源比較，其中，氙氣燈和金屬鹵化物燈都比較適合選為仿真太陽光源。經選購，本文采用玉宇XHA1000型球形氙氣燈作為人造太陽光源。

白熾燈

鹵鎢燈

氙氣燈

金屬鹵化物燈

優點

價格低廉、使用簡便，可連續調節其光強度

體積較小，光通穩定，價格一般

光譜接近于太陽光譜；色溫、亮度、發光效率較高，壽命較長

光譜接近于太陽光譜；高光效、高顯色性，長壽命；價格一般

缺點

發射光譜可見區域短波藍紫光較弱；光效、色溫較低；壽命較短

發射光譜可見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；隨使用時間延長，輻射強度逐漸下降；價格較高

在某些波長范圍內相對能量不及太陽光譜

1.1.1 球形氙燈

球形氙燈又稱超高壓短弧氙燈，燈內充有高氣壓氙氣，在高頻高壓激發下形成弧光放電。它是發光點很小的點光源，輻射出從紫外線到近紅外線的強烈連續光譜，可見光區光色極近似于日光，發光效率高，色溫好，顯色性高，是理想的仿真太陽光源。