CC BY
101
частоты [1], и может быть реализован в традиционном интегральном исполнении с быстродействием и стабильностью, не уступающими известным аналогам. Важным преимуществом
данного генератора является возможность формирования пикосекундных оптических им-
11 12
пульсов с частотой следования, равной 10 —10 Гц.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Соколов С. В., Бугаян И. Р. Схемотехника оптических компьютеров. Ростов-на-Дону: РГЭУ, 2009. 218 с.
2. Пат. 2050017 РФ, МПК G06E 3/00. Оптический мультивибратор / С. В. Соколов. Заявл. 14.08.1992; опубл. 10.12.1995.
3. Клэр Ж.-Ж. Введение в интегральную оптику / Пер. с франц.; Под ред. В. К. Соколова. М.: Сов.радио, 1980. 104 с.
4. Носов Ю. Р. Оптоэлектроника. М.: Радио и связь, 1989. 360 с.
5. Семенов А. С., Смирнов В. Л., Шмалько А. В. Интегральная оптика для систем передачи и обработки информации. М.: Радио и связь, 1990. 224 с.
6. Розеншер Э., Винтерн Б. Оптоэлектроника. М.: Техносфера, 2004. 592 с.
Сведения об авторах
Михаил Александрович Аллес — канд. техн. наук; НПП „Югпромавтоматизация", Ростов-на-Дону; ведущий инженер-технолог; E-mail: alles@nextmail.ru Сергей Викторович Соколов — д-р техн. наук, профессор; Ростовский государственный университет путей сообщения, кафедра автоматики и телемеханики на железнодорожном транспорте, Ростов-на-Дону; E-mail: s.v.s.888@yandex.ru
Рекомендована кафедрой Поступила в редакцию
автоматики и телемеханики на 06.03.14 г.
железнодорожном транспорте РГУПС
УДК 628.984
А. Ю. Голубева, А. И. Иванов, В. Т. Прокопенко
КОМПЬЮТЕРНОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ СВЕТОДИОДНЫХ СВЕТИЛЬНИКОВ
Представлена компьютерная модель светодиодного светильника, созданная на основе технических параметров отдельного светодиода, а также конструктивных особенностей и энергетических характеристик светового прибора. Приведены результаты сравнительного анализа светотехнических параметров компьютерной модели и соответствующих величин, полученных экспериментально.
Ключевые слова: компьютерное моделирование, сила света, световой поток, площадь равномерной освещенности.
Компьютерное проектирование светильников является одним из основных инструментов современной светотехники. Преимущества компьютерного метода моделирования, обеспечивающие эффективную экономию временных и финансовых затрат, бесспорны. Поэтому при разработке и создании осветительных приборов доминирующую роль играет достоверность результатов расчета и степень точности показателей освещенности.
Для обеспечения максимального соответствия компьютерной модели светильника и реальной необходимо правильно выбрать технические параметры отдельных источников света.
Компьютерное моделирование светодиодных светильников
67
Светодиодный светильник — это световой прибор, перераспределяющий свет источников излучения (светодиодов) внутри больших телесных углов и обеспечивающий концентрацию светового потока [1, 2].
В настоящей статье представлена компьютерная модель светодиодного светильника, созданная на основе технических параметров отдельного светодиода, а также конструктивных особенностей и энергетических характеристик светового прибора, получены расчетные светотехнические характеристики готового изделия и приведены результаты сравнительного анализа светотехнических параметров, полученных с помощью компьютерного моделирования и лабораторных измерений.
В качестве источников света в светильнике были выбраны светодиоды белого свечения марки XP-G фирмы CREE (США) с характерными значениями светоотдачи и светового потока при заданных рабочих токах и напряжениях. В рассматриваемой модели светодиодной платы рабочий ток I = 0,35 А, напряжение U = 2,99 В. Оптимальное значение рабочего тока выбрано в зависимости от оптической эффективности K (рис. 1). Как видно из графика, участок, соответствующий I = 0,3...0,4 А, является более стабильным, чем участок при I = 0,1.0,3 А, при этом сохраняется достаточно высокий уровень светоотдачи. При таком рабочем токе (0,35 А) значения светового потока и потребляемой одним светодиодом мощности при температуре 25 °C равны 139 лм и 1,05 Вт соответственно.
К, лм/Втг
140 120 100 80 60 40 20 0
"—'------
0,1
0,3
0,9
1,1
1,3 I, A
0,5 0,7 Рис. 1
В соответствии с конструкцией светильника (рис. 2) и с учетом технических характеристик светодиода при заданных значениях тока и начальной температуре 25 °С был произведен компьютерный расчет температуры светодиода в месте пайки при непрерывной работе светильника в течение 1 ч: значение данной температуры составило 95 °С. Соответственно при данном тепловом режиме значение светового потока одного светодиода, с учетом заявленных фирмой-производителем технических характеристик, составляет 108 лм.
На основе полученных расчетных характеристик было произведено компьютерное моделирование светотехнических параметров светильника в программном пакете 2ЕМЛХ, а именно, произведен расчет суммарного светопотока и сформирована диаграмма направленности суммарного светового потока светильника.
Для оценки достоверности компьютерной модели был произведен сравнительный анализ ее светотехнических характеристик и значений, полученных экспериментально.
На рис. 3 приведены угловые диаграммы силы света и светового потока светодиодного светильника, полученные экспериментально (а) и посредством компьютерного моделирования (б).
Рис. 2
Анализ диаграмм показывает, что суммарный световой поток компьютерной модели (637,59 лм) превышает значения, полученные при его измерении на фотогониометре (621 лм), на 2,5 %. Различие полученных кривых сил света обусловлено точностью каждого из методов. Так, например, при измерениях на фотогониометре шаг сканирования во взаимно-перпендикулярных плоскостях составил 5°, а при компьютерном моделировании — 1,5°.
Рис. 3
На рис. 4 представлены результаты расчета освещенности одной и той же сцены в программном пакете Б1а1их при использовании электронной модели светильника, созданного экспериментально (а) и при компьютерном моделировании (б).
Рис. 4
Главное назначение осветительного устройства — создание равномерной освещенности на рабочей плоскости. В представленном компьютерном расчете различие площадей равной освещенности, определяемых изолиниями от 50 до 10 лк (см. рис. 4), составило 0,1—1,8 %. Различие площадей равной освещенности, полученных с использованием программы Б1а1их, и равномерно освещенной площади, измеренной с помощью люксметра (Ю-116) в лабораторных условиях, составило 1—5 %.
Таким образом, по результатам оценки светотехнических характеристик компьютерной модели и реального светильника можно утверждать, что эффективность компьютерного моделирования при разработке осветительного устройства довольно высока, а точность компьютерных расчетов зависит от точности определения исходных данных.
Стабилизация космической платформы
69
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Справочная книга по светотехнике / Под ред. Ю. Б. Айзенберга. М.: Знак, 2006. 972 с.
2. Мешков З. В. Основы светотехники: Учеб. пособие. М.: Энергия, 1979. Ч. 1. 368 с.
Сведения об авторах
Алёна Юрьевна Голубева — аспирант; Университет ИТМО, кафедра твердотельной оптоэлектро-
ники, Санкт-Петербург; E-mail: golubevaay@gmail.com Александр Игоревич Иванов — аспирант; Университет ИТМО, кафедра твердотельной оптоэлектро-
ники, Санкт-Петербург; E-mail: ale4103@gmail.com Виктор Трофимович Прокопенко — д-р техн. наук, профессор; Университет ИТМО, кафедра твердотельной оптоэлектроники, Санкт-Петербург; E-mail: prokopenko@mail.ifmo.ru
Рекомендована кафедрой Поступила в редакцию
твердотельной оптоэлектроники 21.02.14 г.
УДК 629.78
А. П. Смирнов, Т. Л. Романова
СТАБИЛИЗАЦИЯ КОСМИЧЕСКОЙ ПЛАТФОРМЫ С ПОМОЩЬЮ ТРЕХ АВТОКОЛЛИМАТОРОВ
Представлены результаты математического анализа возможности трехмерного позиционирования двух твердых тел по отношению к третьему и рассмотрены варианты технических решений.
Ключевые слова: автоколлиматор, призма, система координат, матрица.
Техническая задача трехмерного позиционирования твердых тел относительно базового элемента возникает, например, при стабилизации космической платформы [1]. При этом твердые тела представляют собой контрольные элементы в виде призм с двумя зеркальными гранями, а базовый элемент, также в виде призмы, удерживается в пространстве заданным образом по отношению к внешнему источнику света. Одним из технических решений данной задачи является замкнутая система из трех автоколлиматоров К1—КЗ [2], сопряженных с твердыми телами — контрольными элементами КЭ1, КЭ2 и базовым элементом БЭ (рис. 1). Автоколлиматоры состоят из направленных друг на друга пар плоских зеркал, при этом коллиматоры К1 и К2 расположены между плоскими зеркальными гранями призменных элементов и базового элемента, а коллиматор КЗ — между призменными элементами (рис. 1, а).
Оптическую схему автоколлиматора рассмотрим на примере коллиматора КЗ (рис. 1, б). Автоколлиматор КЗ содержит оптический блок, состоящий из объектива с вынесенной передней главной плоскостью Н, в исходном состоянии во внешней системе координат 0ХУ2 оптическая ось объектива совпадает с осью У. Точка О — главная точка объектива, совпадающая с его узловой точкой. Измерительная марка А совмещается с точкой О. Марка А с увеличением +1 изображается в заднюю главную точку О'. На расстоянии 0,5/', где /' — заднее фокусное расстояние объектива, устанавливается зеркальная грань КЭ1. Параллельный пучок лучей, вышедших из объектива, отражается от зеркальной грани КЭ2 и в обратном ходе образует в плоскости Н автоколлимационное изображение марки А'. Если зеркальная грань КЭ1 наклонена относительно оси у на угол в, то из объектива выходит параллельный пучок лучей также под углом в относительно оси у. Если автоколлимационная зеркальная грань
