太阳辐射模仿
设备能够用于实验各种资料，如有机组成资料的抗太阳辐射才能；用于实验太阳能集热器的功能；用于照耀植物成长的人工太阳房[1-2]。欧美国家已在环境模仿室、车辆功能实验和军用产品实验范畴很多运用太阳辐射模仿器。太阳辐射模仿包含地上辐射模仿和空间辐射模仿。空间辐射的模仿在光线的平行度、谱能散布的允差、辐射强度的均匀性都有比较严厉的要求；相对而言，地上辐射的模仿对光线的平行度没有要求，其它两项要求比较低。据调查，绝大部分国内外的太阳辐射模仿设备都归于后者。
具有平行度的太阳模仿器是进行模型构建和丈量仪器功能查验的重要东西，能为车辆功能实验实验研讨供给固定、规范的环境参数，免于室外环境时空改变的影响。另一方面，跟着平行度要求进步，太阳模仿器的结构复杂度和本钱急剧上升。因而，本文根据光的透射理论制造一套简易有用的太阳平行光模仿器。
1 太阳模仿器的组成
简易太阳模仿器首要包含了平行光设备制造（确保平行度）和光源的挑选（确保谱能散布和辐射强度）。通过比较，挑选凸透镜制造平行光源计划，灯源为氙灯。构建的太阳模仿器包含以下部分：光源及电路配件（变压器、触发器、高压线、灯支架）；光学配件（透镜及灯杯）；同步“U”形支撑架（一起联接传感器和太阳模仿器）。
1.1 光源的挑选
模仿太阳的各种光源比较，其间，氙气灯和金属卤化物灯都比较合适选为仿真太阳光源。经选购，本文选用玉宇XHA1000型球形氙气灯作为人工太阳光源。
白炽灯
卤钨灯
氙气灯
金属卤化物灯
长处
价格低廉、运用简洁，可接连调理其光强度
体积较小，光通安稳，价格一般
光谱接近于太阳光谱；色温、亮度、发光功率较高，寿数较长
光谱接近于太阳光谱；高光效、高显色性，长寿数；价格一般
缺陷
发射光谱可见区域短波蓝紫光较弱；光效、色温较低；寿数较短
发射光谱可见区域短波蓝紫光较弱；色温较低，光效一般
大功率灯需求辅佐冷却设备；随运用时间延伸，辐射强度逐步下降；价格较高
在某些波长规模内相对能量不及太阳光谱
1.1.1 球形氙灯
球形氙灯又称超高压短弧氙灯，灯内充有高气压氙气，在高频高压激发下构成弧光放电。它是发光点很小的点光源，辐射出从紫外线到近红外线的激烈接连光谱，可见光区光色极近似于日光，发光功率高，色温好，显色性高，是抱负的仿真太阳光源。
关于XHA1000氙灯，如图1所示。全长L=200mm，装置长L0=175mm，光中心高度H=78mm，极间间隔d=5.0mm。
1.1.2 电路配件（变压器、触发器和高压线）
氙灯电路安装图如图2所示。氙灯灯管内充有5～8 个大气压的氙气， 阴阳电极间有5mm的间隔。因而简略地把电源接在南北极上不能使氙灯点着。为了使氙灯点着，有必要运用能发生高频高压的触发器。
氙灯的正负极别离通过导电铁片接出，其正极应与电源的正极相连。把氙灯两头固定于灯具内支架的两头的导电铁片，铁片通过陶瓷与内支架绝缘。
作业时线路最大电流达40～50A，且有必要接受高压（氙灯起辉电压达20～30kV），因而本实验线路选用单枝多股高压线（7股铜线，横截面积10mm2）衔接。实验氙灯运用风冷办法进行冷却，经实验运用风速到达7～9 m/s以上的CPU电扇即可满意冷却要求。
图2 氙灯安装示意图
1.2 平行光设备挑选
1.2.1 计划挑选
计划一：根据光的透射理论，使用凸透镜制造平行光源，如图3（a）所示；计划二：根据光的球面镜反射理论，使用凸形球面镜制造平行光源，如图3（b）所示。两者的优缺陷比较：前者简易，可是透镜直径受限；后者发射镜工艺要求较高。终究挑选计划一。
1.2.2 光学配件
如图4所示，包含直径φ10mm透镜，上下可调透镜支架（调焦距），铝质可弹性灯杯。
图4 氙灯体系光学部分
1.3 支架
光学配件都固定在空心铝材上，为了完成太阳模仿器与传感器同步运转，制造了“U”形支撑架，固定在导轨上（一起联接传感器和太阳模仿器）。支撑架要求重心低，简便但又能接受光学配件，有必定惯性确保运动的时分，模仿器不会晃动得太凶猛。
2 实验与剖析
太阳模仿器平行度和能量实验实验意图和含义：验证简易太阳模仿器静态的功能，查验输出的光的平行性和均匀性。
图5 氙灯实验示意图
实验办法和过程：如图5所示，在焦距h必定的状况下，在不同高度下，5个方位下（均匀散布如图6所示），散布规范黑体模仿挡片（巨细为9cm2的正方形砂纸），其间，h1为透镜与挡片地点面的间隔，h2为挡片地点面与传感器之间的间隔，透镜到传感器之间的间隔H=h1+h2。一方面，丈量挡片的投影面积；另一方面丈量同一高度、方位下，有挡片和没挡片两种状况的能量改变。
2.1 挡片暗影面积D丈量
1）H不变（97.5cm），h2改变（h 2=10～90cm，高度每10cm递加，共9个方位，5个方位下（均匀散布规范挡片）的丈量。
使用SPSS进行双要素（方位、高度）方差剖析，评论两要素（方位5个水平，高度9个水平）对面积的影响是否显着。成果标明：要素A方位的显着值sig.=0.122>0.05，故能够以为不同方位之间的面积没有显着差异；要素B高度的显着值sig.= 0.635>0.05，故能够以为不同高度之间的面积没有显着差异。
SPSS剖析中挑选Student-Newman-Keuls法（简称S-N-K法，进行一切各组均值间的配对比较），要素A方位的不同水平间的多重平均数比较的成果为显着值sig.=0.079>0.05，能够以为5个水平之间的面积均数无差异，面积4-2-1- 3-5添加（最大与最小面积差0.2mm2）。要素B高度的不同水平间的多重平均数比较的成果为显着值sig.=0.498>0.05，能够以为9个高度水平上的面积均数之间无显着差异，面积跟着高度添加而削减（最大与最小面积差0.3mm2）。
综上实验成果标明不同高度、不同方位下，挡片的投影面积巨细没有显着差异，证明体系输出的光在透镜面积巨细输出规模里边，具有必定平行性的。
2）h2不变（28.5cm），H改变（H=45～95cm，高度每10cm递加，共6个方位），5个方位下（均匀散布规范挡片）的丈量。
使用SPSS进行双要素（方位、高度）方差剖析，评论两要素（方位5个水平，高度6个水平）对面积的影响是否显着。成果为要素A方位的显着值sig.=0.803>0.05，故能够以为不同方位之间的面积没有显着差异；要素B高度的显着值sig.= 0.661>0.05，故能够以为不同高度之间的面积没有显着差异。
通过S-N-K法剖析，要素A方位的不同水平间的多重平均数比较的成果为显着值sig.=0.711 >0.05，能够以为5个水平之间的面积均数无差异，面积4-5-1-2-3添加（最大与最小面积差0.2mm2）。要素B高度的不同水平间的多重平均数比较的成果为显着值sig.=0.721>0.05，能够以为6个高度水平之间的面积均数无差异，面积跟着高度添加而削减（最大与最小面积差0.1mm2）。
综上实验成果标明不同方位下、不同高度，挡片的投影面积巨细没有显着差异，证明体系输出的光在透镜面积巨细输出规模里边，具有必定平行性的。
2.2 直射能量P的差异
1）H不变，h2改变
无挡片的状况：H＝97.5mm不变，能量P平均值为2.22，根本为恒值，规范偏差STDEV=0.103。
有挡片的状况：直射光现已被黑体挡片挡住，传感器丈量的成果是散射光的巨细。
使用SPSS进行双要素（方位、高度）方差剖析，评论两要素（方位5个水平，高度9个水平）对能量的影响是否显着。成果为要素A方位的显着值sig.=0.0000.01，故能够以为方位之间有极显着差异；要素B高度的显着值sig.=0.000 0.01，故能够以为高度之间有极显着差异。
通过S-N-K法剖析，要素A方位的不同水平间的多重平均数比较的成果，能够以为12-534添加（最大与最小能量差0.05mm2）方位水平之间的均数有差异。标明不同方位下，散射能量有显着差异，证明体系输出的光不均匀，或许与光源灯杯形状（反射光）有关，或许挡片面与传感器面不平行，或许光源面与挡片面不平行，或许光源与透镜不聚集，或许光源不是点光源。要素B高度的不同水平间的多重平均数比较的成果，能够以为9个高度水平相互之间的均数有差异12-234-345-67-78-89，且能量P与高度成正比（最大与最小能量差0.12mV），标明不同高度的挡片的散射的特性：同一黑体平面遮挡下，高度越大，散射值越小。
2）h2不变，H改变
无挡片的状况：反映总辐射的改变（能量改变）。P跟着高度的添加而减小，5个方位的H―P的对数模型回归的是Y＝-lnX+b，反映空间介质的遮挡效果。
有挡片的状况：反映不同高度太阳下的散射能量改变。
从上表看出：要素A方位的显着值sig.=0.0000.01，故能够以为方位之间有极显着差异；要素B高度的显着值sig.=0.065>0.05，故能够以为不同高度之间没有显着差异。
通过S-N-K法剖析，要素A方位的不同水平间的多重平均数比较的成果，能够以为2513-5134添加（最大与最小能量差0.16mV）方位水平之间的均数有差异。标明不同方位下，散射能量有显着差异。要素B高度的不同水平间的多重平均数比较的成果，能够以为6 个高度水平相互之间的均数有差异85.95.75.65-55-45，且能量P与高度成正比（最大与最小能量差0.16mV），标明高度太阳下的散射能量改变：太阳高度越大，散射越大。
3）有挡片与无挡片的差异
使用SPSS进行配对样本T查验（paired-sample T test），评论两样品在相同条件下，两种不同处理是否有显着差异。有挡片－无挡片的能量比较的T查验成果，规范差＝0.11，显着值sig.= 0.000.01，能够以为两者之间的均数有极显着的差异。其间，有挡片的能量悉数在0.4mV以内，而无挡片的能量全在2mV。在直射的实验，能够设置阀值，低于0.5mV为0，高于2mV为1。
3 结 论
平行光源平行度和能量实验实验成果标明不同高度、不同方位下，挡片的投影面积巨细没有显着差异，证明体系输出的光是比较均匀和具有必定平行性的。别的，有挡片与无挡片之间的能量存在显着差异，证明直射能量远远大于实验环境中散射的能量。
本文作者立异点：规划出一套简易有用的太阳平行光模仿器，到达车辆实验对光线的平行度的要求，节省本钱。项目经济效益20万元。
