车辆性能试验用简易太阳模拟器的研制

太阳辐射模拟设备可以用于试验各种材料，如有机合成材料的抗太阳辐射能力；用于试验太阳能集热器的性能；用于照射植物生长的人工太阳房[1-2]。欧美国家已在环境模拟室、车辆性能试验和军用产品试验领域大量应用太阳辐射模拟器。太阳辐射模拟包括地面辐射模拟和空间辐射模拟。空间辐射的模拟在光线的平行度、谱能分布的允差、辐射强度的均匀性都有比较严格的要求；相对而言，地面辐射的模拟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拟设备都属于后者。

具有平行度的太阳模拟器是进行模型构建和测量仪器性能检验的重要工具，能为车辆性能试验实验研究提供固定、标准的环境参数，免于室外环境时空变化的影响。另一方面，随着平行度要求提高，太阳模拟器的结构复杂度和成本急剧上升。因此，本文基于光的透射理论制作一套简易有效的太阳平行光模拟器。

1 太阳模拟器的组成

简易太阳模拟器主要包括了平行光设备制作（保证平行度）和光源的选择（保证谱能分布和辐射强度）。经过比较，选择凸透镜制作平行光源方案，灯源为氙灯。构建的太阳模拟器包括以下部分：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（同时联接传感器和太阳模拟器）。

1.1 光源的选择

模拟太阳的各种光源比较，其中，氙气灯和金属卤化物灯都比较适合选为仿真太阳光源。经选购，本文采用玉宇XHA1000型球形氙气灯作为人造太阳光源。

白炽灯

卤钨灯

氙气灯

金属卤化物灯

优点

价格低廉、使用简便，可连续调节其光强度

体积较小，光通稳定，价格一般

光谱接近于太阳光谱；色温、亮度、发光效率较高，寿命较长

光谱接近于太阳光谱；高光效、高显色性，长寿命；价格一般

缺点

发射光谱可见区域短波蓝紫光较弱；光效、色温较低；寿命较短

发射光谱可见区域短波蓝紫光较弱；色温较低，光效一般

大功率灯需要辅助冷却装置；随使用时间延长，辐射强度逐渐下降；价格较高

在某些波长范围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，在高频高压激发下形成弧光放电。它是发光点很小的点光源，辐射出从紫外线到近红外线的强烈连续光谱，可见光区光色极近似于日光，发光效率高，色温好，显色性高，是理想的仿真太阳光源。