【正文】 與原料鏈條的中斷，必將導致世界經濟危機和沖突的加劇，中東及海灣地區(qū)與非洲的戰(zhàn)爭都是由化石能源的重新配置與分配而引發(fā)，這種軍事沖突，今后還將更猛烈、更頻繁；環(huán)境污染給生態(tài)系統(tǒng)造成了直接的破壞和影響，如沙漠化、森林破壞等，也給生態(tài)系統(tǒng)和人類社會造成了間接的危害，如溫室效應、酸雨、和臭氧層破壞就是由大氣污染衍生出的環(huán)境效應。經濟發(fā)展的速度與資源短缺、環(huán)境污染嚴重的矛盾日趨尖銳，人民群眾對資源需求問題、環(huán)境污染問題反應強烈。近些年來，我國經濟獲得飛速發(fā)展，然而能源危機和環(huán)境污染成為制約我國經濟進一步飛速發(fā)展的突出性問題。各種照明燈具的光效的測量，體育場照明情況的測量，各種車輛的前照燈光效的測量，教室照明關系到學生的視力，隧道和道路照明關系到行車安全等等，都離不開光效測量儀器，可以說，光效測量與人們的生活密切聯系著。無極燈光效測量方法的實驗研究畢業(yè)設計目 錄摘要 IAbstract II1 緒論 1 1 2 2 3 42 無極燈的原理及應用 5 5 6 6 83 無極燈光效測量 9 光度學的基本知識 9 光效測量方法 10 10 11 CCD點陣測量系統(tǒng)測量光效 12 小結 124 光效測量系統(tǒng)的設計 13 13 14 14 16 19 22 A/D轉換電路的設計 26 27 28 295 無極燈光效計算 30 30 35 35 366 結論 37 37 37參考文獻 38致 謝 39畢業(yè)設計（論文）知識產權聲明 40畢業(yè)設計（論文）獨創(chuàng)性聲明 41附錄 42附錄A單片機連接圖 42附錄B單片機主程序設計 43附錄C外文翻譯 44i西安工業(yè)大學畢業(yè)設計（論文）1 緒論 研究背景及意義在日常的生產生活中，光效有著非常廣泛的應用。隨著我國經濟的發(fā)展，人民生活水平的提高，對日常生產和生活中照明設備質量的要求也越來越高。[1]為保障人們在適宜的光照下生活，國家也對各種照明工程中不同燈具的光效都規(guī)定有相應的國家標準。我國經濟建設取得巨大成就的同時，也付出了資源浪費和環(huán)境污染的巨大代價。得益于化石能源，如石油、天然氣、煤炭與核裂變能的廣泛的投入應用，世界經濟快速發(fā)展， 然而這一經濟的資源載體將在21世紀上半葉迅速地接近枯竭。同時，溫室氣體排放引起全球氣候變暖問題，備受國際社會廣泛關注。2009年11月國務院常務會首次量化溫室氣體減排目標，到2020年我國單位國內生產總值二氧化碳排放量要比2005年下降40%～45%，作為約束性指標納入國民經濟和社會發(fā)展中長期規(guī)劃，并制定相應的國內監(jiān)測、統(tǒng)計、考核辦法。[2]因此,照明節(jié)電已成為節(jié)能工作的重要課題。自70年代世界性能源危機以來，對于節(jié)能照明起了有力的推動作用，許多國家的照明組織先后提出了節(jié)能照明的建議和規(guī)定。[3]發(fā)展綠色照明，對于我國當前節(jié)能低碳發(fā)展具有重要意義。[4]光效是電光源發(fā)展需要考慮的重要因素。白熾燈由于發(fā)光效率低、壽命短，耗能大，不利于節(jié)能等缺點，逐漸被新的光源所取代，歐盟計劃2010年全面禁售白熾燈。HID燈壽命相對較長，其中相對較好的金鹵燈光學綜合性能較好，如光效較高，亮度大等，廣泛應用于廣場、舞廳、娛樂場所等大亮度照明場合，但是也有HID等普遍存在的問題，如發(fā)熱量特別大等。LED是目前比較熱門的光源，他和無極燈有許多相似的特性，如壽命長、節(jié)能等，但應用領域上各有偏重，LED單位功率小，目前主要應用于景觀、裝飾、顯示等領域照明；而無極燈單位功率大，主要應用于工礦和戶外公共場合等大范圍照明領域。 國內外光效測量系統(tǒng)發(fā)展現狀光是人類生活中不可或缺的一部分。1760年蘭伯特 ，確定了不同概念之間的數學關系，并且選用特別的光焰燈作為光的基準。1920年以前的光度學，把光照度視為待測最容易比較的特性，在這一時期通過目視法比較光源的發(fā)光強度，人眼在感受光的刺激時，雖然不能定量地判斷其強度，但在評定兩個光刺激的強度是否相等時則相當準確。從1920年到1962年間，光度學從目視法向光電法過渡。1933年國際計量委員會成立了電學和光度學咨詢委員會，負責光度基準的定義工作。隨著光度檢測技術的快速發(fā)展,光效檢驗標準也愈來愈嚴格，被檢測的對象也愈來愈細化。目前美國、德國、日本三個國家生產的光效測量儀器在國內市場占有率是相當大的。正是發(fā)達國家對創(chuàng)新型技術的極力支持，推動了科學儀器技術的迅速發(fā)展,在光效測量系統(tǒng)領域做出了巨大貢獻。但近幾十年以來，隨著國內工業(yè)的發(fā)展和技術水平的提高，光效測量技術也經歷了從無到有，從低到高，從早期的技術引進，到自主研究、開發(fā)、推廣以及應用取得了很大的進步。隨著電子器件高度集成化，特別是微處理器的應用使光效測量系統(tǒng)進一步改進和提高。[9]遠方公司基于多年對反光鏡式分布光度計的研制和創(chuàng)新，創(chuàng)造性地提出了GOR3000 2M2D雙鏡雙探分布光度計。其測量幾何、轉角精度、最小角度取樣步長和探測器精度均符合關于照度分布法測量光效的規(guī)定，能夠實現各種光源或燈具光效的測量。此外，整個系統(tǒng)使雜散光的影響降到極低，擁有極高的測量精度。1%。（2）合理選擇光電探測器，并根據對不同強弱的光照度產生相對應的光電流過程有準確的掌握。 （3）根據光效測量系統(tǒng)的原理圖，選擇合適的元器件，在實驗室搭建出硬件模型，進行相關的實驗并檢測和驗證設計的合理性。 （4）設計光效測量系統(tǒng)的軟件部分。2 無極燈的原理及應用 無極燈的基本工作原理本次研究選擇以無極燈作為實驗光源，因為其具有十分優(yōu)秀的特性并且有著十分大的發(fā)展空間。無極熒光燈系統(tǒng)并不是利用電極將外部的電能轉化為燈內工作所需的能量，而是利用一對鐵芯在燈內形成感應電流。在普通熒光燈中，隨著燈的燃點，燈絲上的電子發(fā)射材料會不斷消耗，電極的電子發(fā)射能力會因此逐漸下降；同時，一些電極材料也會濺射到燈管的內壁上。而反觀無極熒光燈，由于消除了電極因素的影響，燈的壽命可以有極大的提高；燈的光通維持性也比傳統(tǒng)熒光燈好很多；無電極能量損耗可提高燈的效率；不用考慮發(fā)光管中所填充氣體對電極腐蝕或相互作用問題，使填充管中材料有更寬選擇范圍，從而可獲得色光好、高效光的新光源；沒有電極，發(fā)光管可以做得更緊湊，有利于提高發(fā)光效率。高頻無級燈在輸入一定范圍的電源電壓后，高頻發(fā)生器產生高頻恒電壓送給功率藕合器,由功率藕合器在玻殼的放電空間內建立靜電強磁場，對放電空間內的大氣進行電離，并產生強紫外光玻璃泡殼內壁的三基色熒粉受強紫外光激勵發(fā)光。在電源設計上，無極燈采用APFC電源控制技術和采用1C技術，另一方面使得高頻發(fā)生器始終以高頻恒電壓點燈。 無極燈的特點 無極燈存在以下特點：（1）燈泡內無燈絲、無電極，產品使用壽命達60000小時以上。（3）顯色指數達80以上，采用優(yōu)質三基色熒光粉，顏色不失真。（5），低頻工作頻率為230Hz，安全沒有頻閃效應。（7）。（9）。 無極燈高光效應用實例高光效的電光源能夠在保證照明要求的同時，降低電光源的耗電功率，在近年來越來越受人們的關注。由此，節(jié)能服務公司的合同能源管理也應運而生。其在美國、加拿大和歐洲，ESCO已發(fā)展成為一種新興的節(jié)能產業(yè)。節(jié)能服務公司與用戶簽訂能源管理合同、約定節(jié)能目標，為用戶提供節(jié)能診斷、融資、改造等服務，并以節(jié)能效益分享方式回收投資和獲得合理利潤，可以顯著降低用能單位節(jié)能改造的資金和技術風險，充分調動用能單位節(jié)能改造的積極性，是行之有效的節(jié)能措施。這種節(jié)能投資方式允許用戶使用未來的節(jié)能收益為用能單位和能耗設備升級，以及降低的運行成本。實例一：某車間過去用100盞400w低光效汞燈進行生產照明，每年需要用電35萬度。 改造100盞生產照明燈節(jié)能減排效果指標汞燈無極燈節(jié)能量功率（瓦）400160240耗電量（萬度/年）351421電費（萬元/年）21 實例二：2004年以來，襄陽市就對市區(qū)道路照明實行了以“電費包干”、“管理節(jié)電”、“技術節(jié)電”等一系列改革措施，取得了良好的效果。 襄陽道路照明節(jié)能改造工程由于無極燈的高光效特點，(%)，年節(jié)約2293噸標煤，年減排二氧化碳5732噸，社會各階層和媒體對此反映良好，在市區(qū)不斷擴大無極燈應用范圍，截止目前為止，節(jié)能改造數量已達到12500盞，每年為該市節(jié)約1046多萬度電，節(jié)約電費941萬元，如4萬盞全面改造，每年將節(jié)約3347多萬度電，節(jié)約電費3012萬元()，年節(jié)約13388噸標煤，年減排二氧化碳33470噸，不僅為該市帶來了良好的經濟效益和社會效益，更為國家提倡“節(jié)能減排，節(jié)約型社會”作出應有的貢獻。因此，我們有理由期待，在某些領域里，無極熒光燈將會替代傳統(tǒng)熒光燈，成為照明光源的首選。 小結 本章節(jié)主要介紹了無極燈的基本工作原理、無極燈的特點和無極燈作為高光效電光源在生產生活中的應用。在平面上定義圓心角為一段弧微分與其矢量半徑的比值，如圖所示，一段圓弧的長度為a，半徑為r，則這段弧所對應的平面角為： （31）所以可知整個圓周所對應的圓心角是: （32） 立體角 由此可推出在空間上定義立體角為曲面上面積微元與其矢量半徑平方的比值，立體角所對應的曲面面積為A，半徑為r，則: （33）所以可知整個閉合球面所對應的立體角是： （34） 光通量：光通量由以下式子定義的,它表示光輻射通量對人眼所引起的視覺強度,光通量的單位為流明(Im)。光強的單位為坎德拉(cd),對于空間的任意方向,有dΩ=,故： (36)光源向整個空間發(fā)射的全部光通量為: (37)如果光源是各向同性光源,即光源在各個方向的光強均相等,即為常數，上式變?yōu)? (38)照度：照射到表面一點處面元上的光通量與該面元的面積之比，稱為表面該點的照度，照度的單位勒克斯(lx): (39)為了描述照明的效果,在照明工程等工程領域,引入空間照度這一概念。 光效測量方法無極燈的光效可以采用積分球測量。在球壁上任意一點B上的照度E應由兩部分組成：一部分是由光源直接照射到B點產生的照度；另一部分是由光源找到球壁的其它部位如A點后，被反射到測點上所產生的照度。ρ/1ρ （313）由此可見，點光源發(fā)出的光，經球內壁的無數次漫反射后，在球內壁各點形成均勻的照明，此時球壁上任意一點的照度與光源的光通量，球的大小以及反射比有關。無極燈這種光源體積太大，采用這種方法受積分球體積和設備成本限制，不利于企業(yè)發(fā)展?？梢酝ㄟ^測量無極燈的照度間接計算出無極燈的光通量，具體方法如下：在無極燈外圍取一封閉球面σ，將無極燈近似看做一個點光源，取距無極燈表面不同距離l，多次測量各點光照度取平均值并進行誤差計算。由公式 （314）可得 （315）再通過測量無極燈的有功功率可得光效 。 CCD點陣測量系統(tǒng)測量光效在距離待測指示器較遠距離，通過CCD 點陣來采樣若干點的照度，通過曲面的擬合、相關計算和計算機處理，最終得到了整個視場范圍內的光強度及其分布，通過陣列CCD 采樣數據、數理方法和計算機圖像處理技術相結合得到一定距離離散點的照度值，利用平方反比定律計算出相對應點的光強度值，此方法比較復雜并且成本較高，是對于遠距離測試燈具光強度及其分布的一種探索。 本章節(jié)主要介紹了光度學的基本知識和三種無極燈光效的測量方法，并選擇了設計光效測量系統(tǒng)對無極燈的光效進行測量。被測量的光信號由光電探測器接收，產生相應的光生電流，光生電流信號經由電流電壓轉換電路轉換為電壓信號，由放大電路進行放大，再經過模數轉換電路轉換成數字電壓信號，輸入單片機進行數據處理和相應的數值計算得到最終的測量結果。驅動必須具有一個具體的流程。 光效測量系統(tǒng)軟件流程圖光電探測器將被測光照度轉換成相應的電信號，通過對電信號的分析來反映無極燈光照度的大小及穩(wěn)定性，進而反映無極燈光效的大小及穩(wěn)定性。目前，較為常用的光電探測器件有:硅光電池、光敏二極管和光敏三極管。硅光電池的工作原理基于光生伏特效應，它是在一塊N型硅片上用擴散的方法摻入一些P型雜質而形成的一個大面積PN結，當光照射P區(qū)表面時，由于PN結內電場的方向是由N區(qū)指向P區(qū)的，擴散到PN結附近的電子―空穴對分離，光生電子被推向N區(qū)，光生空穴被留在P區(qū)。若用導線連接P區(qū)和N區(qū)，電路中就有光電流流過。利用硅光電池作為探測器件，有著光敏面積大、響應頻率高、光電流隨