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照明光学设结课论文
天津工业大学
2011-2012学年第一学期
照明系统光学设计
结课论文
题目:
led路灯
班级:
学号:
姓名:
成绩:
2011/12/2
(1):
设计名称LED路灯设计
(2):
设计目标要求
LED是固体发光光源,能量除了发光,同时产生很多热量,LED结温是影响LED光源的寿命和发光光通量,也就影响了灯具的寿命。
必须研究LED的工作特性和结温与发光光通量之间的关系。
设计LED路灯壳体结构时,首先要考虑灯具散热,其次要考虑灯具的检修维护,再次是要考虑灯具的美观,主要从下列因素研究和考虑。
1灯具的工作环境
主要考虑工作环境的温度、湿度。
灯具工作温升不能太大,散热速度要高,LED芯片长期工作温度是在40℃、湿度在85%。
2灯具壳体的材料热传导系数
LED芯片与灯具壳体固定,无论是模组式螺栓固定,还是铝基板阵列式螺丝固定,两者之间必然会有间隙,芯片与壳体之间就有其他材质填充,如空气、导热胶等。
热量传导需经过不同的材质,因此灯具的热传导系数是一个综合系数,它由壳体材料的传导系数、空气传导系数、导热胶的传导系数和铝基板的传导系数综合组成,不同材质的传导系数的乘积就是灯具综合热传导系数。
设计灯具壳体时,要选择热传导系数高的材质,不同材质的热传导系数不宜相差太大。
同时灯具的材料还要考虑各种材料的寿命应与LED光源匹配。
在热量传导计算方面,目前还没有一个统一的计算公式,应采用实验的方法,进行测算,总结出一个合理的热量传导计算公式。
3灯具检修维护
用电设备是要定期维护维修的,灯具也不例外,设计怎么样的结构,在使用中维护方便,目前LED路灯主要有两大类,一是LED阵列式,有多颗1WLED光珠焊接在铝基板上,铝基板阵列排布在灯具腔内;二是大功率封装LED,如30W、50W等,在这定义其为模组式。
壳体是螺栓固定式,这就给维护造成了很大麻烦,如第一种灯具有单颗LED光珠烧坏,或部分烧坏,要更换光珠时,将部分没有烧坏,还能继续使用的光珠也应更换,造成维护成本高,同时壳体也很难打开。
另外LED灯具重量是传统高压钠灯的3~5倍,一人难以维修,维修一套LED路灯要花费很长时间。
路灯安装在城市道路上,车流穿梭不息,进行路灯维护会造成交通堵塞,甚至交通事故。
因此在设计灯具壳体时,要充分考虑灯具维护的便利性。
LED光源和驱动电源应模块化、通用化设计;电器连接宜设计徒手可以插拔的连接方式式;灯具玻璃罩设计可开启式。
4灯具造型美观
灯具除了照明的基本功能外,它还是城市,或道路的一道风景线,在设计时要保证灯具造型的美观。
灯具的线条造型应能与社会主流审美观趋于一致,能与城市环境相协调。
(3):
设计方案
LED与传统的照明灯不同,它具有点光源、高亮度、窄光束输出等特点。
因此对LED新型灯具的设计人员将提出更高的要求。
做LED路灯首先要考虑把有限的光通量充分的利用到有效的照射范围。
路灯要求是路面照明效果,超出路面的空地不是路灯照明的方式。
因此,有效的控制光线的分布范围,使发光管发出的光成为一个长条形光带沿路面方向铺展,同时也要兼顾眩光的产生,在驾驶员观看灯具的方位角上,灯具在80°和90°高度角方向上的光强分别不得超过30cd/1000lm和10cd/1000lm,且不管光源光通量的大小,其在90°角方向上的光强最大值不得超1000cd。
因此,如果对出光角不加严格的控制就会产生强烈的眩光,某些高亮度LED产品甚至会对人体造成一定的光辐射危害。
(4):
设计结果
aLed等照度曲线
bLED光线追迹
cLED配光曲线
d更改反射杯的LED-2D
e更改反射杯的LED-3D
f路灯2D模型
g路灯3D模型
k路灯等照度曲线
l路灯点亮模型
m路灯光线追迹
n路灯配光曲线
O追迹后的LED光迹3D模型
源程序
2乘2路灯代码
N_POLES=2
N_RAYS=250000
NPIXELS=31
EPS=0.3
EPS2=1.0
LOT_COLOR=15
POLE_COLOR=10
POLE_SPACING=(50*12)
FOUND_BOT=0
FOUND_HW=9
FOUND_TOP=24
POLE_BOTTOM=(FOUND_TOP)
POLE_HGT=(20.0*12.0)
POLE_TOP=(POLE_HGT+POLE_BOTTOM)
POLE_TOP_HW=2.0
POLE_BOT_HW=3.0
BASE_HGT=3
BASE_TOP=(FOUND_TOP+BASE_HGT)
BASE_HW=6
TOP_CAP_HGT=8
TOP_CAP_HW=2.5
TOP_CAP_BOTTOM=(POLE_TOP-TOP_CAP_HGT)
SUPP_HW=3
SUPP_LEN=6
LIGHT_HW=10
LIGHT_HGT=10
LIGHT_OFFSET=(TOP_CAP_HW+SUPP_LEN+LIGHT_HW)
ARC_TUBE_HW=0.5
ARC_TUBE_LEN=2.0
ARC_TUBE_OFFSET=4
ARC_TUBE_Y=(POLE_TOP-LIGHT_HGT+ARC_TUBE_OFFSET)
!
!
==============================Initialization====================================
XMEMORYMIN
BEAMSINCOHERENTGEOMETRIC
SYSTEMNEW;RESET
UNITSINCHES
COATINGPROPERTIES
0.00.0'ABSORB'
0.01.0'TRANSMIT'
1.00.0'REFLECT'
!
!
==========================CreateLightPolemacro===============================
CREATE_LIGHT_POLE{1
SURFACE
TUBEY(POLE_BOTTOM)(POLE_BOT_HW)(POLE_BOT_HW)(POLE_TOP)(POLE_TOP_HW)(POLE_TOP_HW)00
OBJECT;.1'POLE#1.POLE'
INTERFACECOATING"ABSORB""AIR""AIR"
FACETS83
REDEFINECOLOR(POLE_COLOR)
EDGE
RECTANGLEY(POLE_BOTTOM)(BASE_HW)(BASE_HW)40360
EDGE
RECTANGLEY(BASE_TOP)(BASE_HW)(BASE_HW)40360
OBJECT;.1.2'POLE#1.BASE.SIDES'
INTERFACECOATING"ABSORB""AIR""AIR"
FACETS22
REDEFINECOLOR(POLE_COLOR)
SURFACE
PLANEY(BASE_TOP)
LOCAL-(BASE_HW)(BASE_HW)-0.010.01-(BASE_HW)(BASE_HW)
OBJECT;.1'POLE#1.BASE.TOP'
INTERFACECOATING"ABSORB""AIR""AIR"
FACETS11
REDEFINECOLOR(POLE_COLOR)
SURFACE
TUBEY(FOUND_BOT)(FOUND_HW)(FOUND_HW)(FOUND_TOP)(FOUND_HW)(FOUND_HW)00
OBJECT;.1'POLE#1.FOUNDATION.SIDES'
INTERFACECOATING"ABSORB""AIR""AIR"
FACETS83
REDEFINECOLOR1
SURFACE
PLANEY(FOUND_TOP)
LOCAL-(FOUND_HW)(FOUND_HW)-0.010.01-(FOUND_HW)(FOUND_HW)Y0
OBJECT;.1'POLE#1.FOUNDATION.TOP'
INTERFACECOATING"ABSORB""AIR""AIR"
FACETS83
REDEFINECOLOR1
EDGE
RECTANGLEY(TOP_CAP_BOTTOM)(TOP_CAP_HW)(TOP_CAP_HW)40360
EDGE
RECTANGLEY(POLE_TOP)(TOP_CAP_HW)(TOP_CAP_HW)40360
OBJECT;.1.2'POLE#1.TOP.CAP.SIDES'
INTERFACECOATING"ABSORB""AIR""AIR"
FACETS22
REDEFINECOLOR(POLE_COLOR)
SURFACE
PLANEY(TOP_CAP_BOTTOM)
LOCAL-(TOP_CAP_HW)(TOP_CAP_HW)-0.010.01-(TOP_CAP_HW)(TOP_CAP_HW)
OBJECT;.1'POLE#1.TOP.CAP.BOTTOM'
INTERFACECOATING"ABSORB""AIR""AIR"
FACETS11
REDEFINECOLOR(POLE_COLOR)
SURFACE
PLANEY(POLE_TOP)
LOCAL-(TOP_CAP_HW)(TOP_CAP_HW)-0.010.01-(TOP_CAP_HW)(TOP_CAP_HW)
OBJECT;.1'POLE#1.TOP.CAP.TOP'
INTERFACECOATING"ABSORB""AIR""AIR"
FACETS11
REDEFINECOLOR(POLE_COLOR)
EDGE
RECTANGLEX(TOP_CAP_HW)(SUPP_HW)(SUPP_HW)40360
EDGE
RECTANGLEX(SUPP_LEN+TOP_CAP_HW)(SUPP_HW)(SUPP_HW)40360
OBJECT;.1.2'POLE#1.TOP.SUPPORT'
INTERFACECOATING"ABSORB""AIR""AIR"
SHIFTY(POLE_TOP-0.5*TOP_CAP_HGT)
FACETS22
REDEFINECOLOR(POLE_COLOR)
EDGE
RECTANGLEY(POLE_TOP)(LIGHT_HW)(LIGHT_HW)40360
EDGE
RECTANGLEY(POLE_TOP-LIGHT_HGT)(LIGHT_HW)(LIGHT_HW)40360
OBJECT;.1.2'POLE#1.LIGHT.BOX.SIDE'
INTERFACECOATING"ABSORB""AIR""AIR"
SHIFTX(LIGHT_HW+TOP_CAP_HW+SUPP_LEN)
FACETS22
REDEFINECOLOR(POLE_COLOR)
SURFACE
PLANEY(POLE_TOP)
LOCAL-(LIGHT_HW)(LIGHT_HW)-0.010.01-(LIGHT_HW)(LIGHT_HW)
SHIFTX(TOP_CAP_HW+SUPP_LEN+LIGHT_HW)
OBJECT;.1'POLE#1.LIGHT.BOX.TOP'
INTERFACECOATING"ABSORB""AIR""AIR"
FACETS11
REDEFINECOLOR(POLE_COLOR)
SURFACE
ELLIPSOID(LIGHT_HW-EPS)(LIGHT_HGT-EPS)(LIGHT_HW-EPS)000
LOCAL-(LIGHT_HW)(LIGHT_HW)0(LIGHT_HGT)-(LIGHT_HW)(LIGHT_HW)Y0
SHIFT(LIGHT_OFFSET)(POLE_TOP-LIGHT_HGT)0
PARAMETERIZE+Y
OBJECT;.1'POLE#1.LIGHT.REFLECTOR'
INTERFACECOATING"REFLECT""AIR""AIR"
FACETS83
REDEFINECOLOR5
!
!
Thisobjectwillbeusedasthesource...
SURFACE
ELLIPSOID(ARC_TUBE_HW)(ARC_TUBE_LEN)(ARC_TUBE_HW)(LIGHT_OFFSET)(ARC_TUBE_Y)0
OBJECT;.1'POLE#1.LIGHT.ARC_TUBE'
INTERFACECOATING"TRANSMIT""AIR""AIR"
FACETS83
REDEFINECOLOR4
EMITTINGOBJECTPOLE#1.LIGHT.ARC_TUBE-(N_RAYS)
GROUP-13SOURCE-1!
!
-groupallobjectsandthesourceforthispolesothatit
!
!
canbeshiftedasasingleunitbythecallerofthismacro.
}
PoleNumber
!
!
========================Actualcodebeginshere=================================
$DO1(N_POLES)
{
CREATE_LIGHT_POLE?
SHIFTZ((?
-1)*POLE_SPACING)
CREATE_LIGHT_POLE?
.PART
SHIFTX(POLE_SPACING)
SHIFTZ((?
-1)*POLE_SPACING)
}
!
!
Createtheparkinglotsurface(whichservesasourdetector)...
SURFACE
PLANEY(FOUND_BOT)
LOCAL-(0.75*POLE_HGT)(3.5*POLE_HGT)-0.010.01-(0.5*POLE_SPACING)((N_POLES-0.5)*POLE_SPACING)
OBJECT;.1'PARKING_LOT'
INTERFACECOATING"ABSORB""AIR""AIR"
FACETS11
REDEFINECOLOR(LOT_COLOR)
!
!
Tracetheraysanddosomeanalysis
TRACE
CONSIDERONLYPARKING_LOT
PIXELS(NPIXELS)
WINDOWXZ
SPOTSPOSITIONATTRIBUTE0
DISPLAY
WRITEOUTPUT.DIS
RETURN
!
!
Generateafacetedplotofthesystemgeometry...
CONSIDEREXCEPTPARKING_LOT
WINDOWYZ
PLOTFACETS
!
!
Launchthe3Dviewerwindowwithfacetedviewofgeometry...
$VIEW
!
!
Add'.dis'filegeneratedabovetothe3dviewer
&VIEWOUTPUT.DIS
LED代码
SYSTEMNEW
RESET
NRAYS=10000
UNITSMM
FRESNELAVE
SPLIT1
MEDIA
1.45'EPOXY'
SURFACE
PLANEZ-2ELL2
OBJ'LED.BOTTOM'
INTERFACE00AIREPOXY
EDGES
POINTSY0
-2,2,1
4,2,-2
4,0,90
6,0,0
SWEEPAXIS3600,0,1
OBJ'LED.OUTSIDE'
INTERFACECOATINGBAREAIREPOXY
EDGES
POINTSY0
0,0,1
0,1,-2
1,0,60
1,1.5,0
SWEEPAXIS3600,0,1
OBJ'LED.CUP'
INTERFACE0.90EPOXYEPOXY
IMMERSEEPOXY
EMITTINGRECT+Z.5.5.52*(NRAYS)
SHIFTZ0
EMITTINGRECT+X.5.5.25(NRAYS)
SHIFTZ.25
EMITTINGRECT-X-.5.5.25(NRAYS)
SHIFTZ.25
EMITTINGRECT+Y.5.25.5(NRAYS)
SHIFTZ.25
EMITTINGRECT-Y-.5.25.5(NRAYS)
SHIFTZ.25
FLUXTOTAL10/6*2SOU1
FLUXTOTAL10/6SOU2
FLUXTOTAL10/6SOU3
FLUXTOTAL10/6SOU4
FLUXTOTAL10/6SOU5
PLOTFACETS55OVERLAY
PLOTRAYS.1
$IO
!
!
PLOTRAYS.1
TRACE
CONSIDERONLYLED.OUTSIDE
WINDOWYX
PIXELS39
SPOTSDIRATT0
DIS
ISOMETRIC
RETURN
DUMPLED
$VIEWLED.DIS
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