高温环境下的LED光源参数测试方法研究

摘要

随着工业上UV（紫外）光源方面应用需求量越来越大，大功率紫外LED光源被广泛投入市场应用。由于大功率紫外LED光源能量密度高，发热量大的特点，会导致其周围环境温度很高。本文的研究对象即为工业紫外固化炉中使用的UVLED光源。为了让产品丝网印刷、PCB涂覆胶固化等相关UV应用得到更好的发展，需要对LED光源相关参数进行测量，而常规的一些电子测量仪表仪器在上述高温环境下不能很好应用。对此本文就高温下的紫外LED光源参数进行了一系列测试方法研究。基于光纤导光和光电检测原理，利用光纤作为光线传播的载体，光电二极管作为检测传感器，ARM的架构实现对LED光源参数的准确测量以及分析。 针对UVLED光源固化过程中温度过高不便常规检测的情况，提出一种利用光纤导光的方案，选取涂覆耐高温聚酰亚胺的紫外石英光纤，可有效传输固化领域中常用紫外光波段。前端光源接收探头根据光源种类设计成不同的款式，利用光学仿真软件定性分析光纤和光接收器的参数特性，降低光源在传输过程中的损失，提高光纤耦合效率。 针对上述光纤在导光过程中会损失大量光能量，传输到紫外光电二极管上光强度较小的情况，本文对微弱光信号采集在传统的处理方式上进行了改进，实现电流转脉冲采集和高精度电压采集融合的双采集方式，对紫外光功率密度（光辐射照度）、光能量参数进行采集。分析传统光电采集电路并做出优化改进，提高精度的同时，配合积分脉冲采集方法，通过配置可以实现低功耗模式和高精度模式融合的双采集方法，合理规避两种方法的不足之处。 由于LED阵列光源由灯珠串并组合而成，在高温环境下长时间工作后会出现灯珠老化损毁，从而导致整体功率下降的情况，为检测光源在使用过程中的以上情况，提出一种精确测量电功率的方法。本文在常规互感器检测的基础上增加了专业电能芯片对LED驱动光源进行功率的检测。使用此方法结合好的PCB布局与焊接可以将采集电功率精度提高到3%以内。 本文最后探究LED光源在长时间工作状态下的光源光衰寿命问题，对紫外LED光源进行应力加速长时间测试，以光功率密度参数为测量指标，查看衰减情况，并和常规的UV灯管进行比较分析。为提高测试过程中的可靠性和安全性，设计软件过温保护机制和硬件过流保护机制。通过本文以上的测试方法，可以对LED光源电功率、光功率密度、光能量、光衰参数有一个完善的测定和分析。

目录

第一章绪论

1.1 课题研究背景及意义

1.2 国内外研究进展及现状

1.3 本文研究内容及章节安排

第二章高温环境下LED光源测试方案

2.1 高温下光源导光方案

2.2 LED光源参数情况分析

2.3 LED光源参数测量原理

2.4 总体设计框架

2.5 本章小节

第三章高温环境下的光源导光方法研究

3.1 光纤概念及分类

3.2 光纤传输特性要素分析

3.3 耐高温环境下的导光方法研究

3.4 本章小结

第四章LED光源参数测试方法研究

4.1 LED光源电功率采集方法

4.2 光纤导光的弱光参数测试方法

4.3 LED光源光衰测试方法

4.4 本章小结

第五章光源参数标定方法及其数据分析

5.1 脉冲式能量采集数据分析与标定方法

5.2 改进的高精度光功率密度采集数据分析与标定方法

5.3 数据采集结果对比与分析

5.4 本章小结

第六章结论与展望

6.1 结论

6.2 展望

参考文献

图 表 目 录

致谢

附录在学期间学术成果情况

作者简历