| 项目 | 内容 |
|---|---|
| 项目类型 | 电子产品与结构件太阳光环境模拟测试平台 |
| 设备型号 | MSD-TY02-3*3M-ACA-1.5G-07 |
| 有效辐照面积 | 3m × 3m |
| 辐照强度 | 600~1200 W/m² 可调 |
| 光谱波段 | 400~1100nm |
| 项目承担 | 上海科迎法电气科技有限公司 |
电子产品、汽车结构件、外饰件、涂层材料在户外服役时，长期暴露在阳光辐照之下。紫外线与可见光会引发材料黄变、开裂、粉化、涂层失光，也会造成电子器件的性能漂移与封装失效。
要评估这些影响，最直接的办法是户外暴晒，但户外暴晒受制于三个现实问题：
天气与季节不可控：一年中真正满足测试条件的晴天屈指可数，梅雨季、冬季光照强度不足，试验窗口极不稳定。
周期过长：真实户外老化往往需要数年才能看到明显差异，与产品迭代节奏严重脱节。
不可复现：每一次户外暴露的光照强度、光谱成分、温湿度都不一样，横向对比的数据缺乏可比性。
解决路径是建设室内太阳光模拟环境——用人工光源复现太阳光的辐照强度与光谱特性，把不可控的户外条件转化为可控、可重复、可计量的实验室条件。
本项目即为某电子产品与结构件测试实验室建设的一套3m×3m环境光辐照系统，由上海科迎法电气科技有限公司承担系统方案设计与设备集成，用于实现室内全天候太阳光照射，支撑产品在太阳光环境下的老化测试与性能验证。
项目立项阶段，使用方提出的核心需求集中在四个方面：
第一，辐照面积要覆盖整机级样品。 被测对象不是小尺寸试验片，而是完整的产品整机与结构件，要求有效辐照区域达到长3米、宽3米，样品可直接置于光照场内进行测试。
第二，光照强度要宽范围可调。 不同产品、不同测试阶段对辐照强度的要求并不相同，且需要复现户外从清晨到正午、从阴天到晴天的真实光照差异。需求明确为600~1200 W/m²连续可调，并在1米测试距离处考核。
第三，要能模拟真实的气候节律。 使用方希望设备不只是“一直亮着”，而是能够按预设场景切换光照条件——早晨、中午、晚上、晴天、阴天等不同光照模式，让测试条件更贴近实际使用环境。
第四，光谱与等级要符合标准。 光源等级要求符合IEC 60904-9:2020，设备符合JJF1615-2017太阳模拟器校准规范以及ASTM E927大地光电测试用阳光模拟标准规范，光源波长范围覆盖400~1100nm。
考虑到3m×3m的辐照面积远超单个光源箱的有效覆盖范围，方案采用顶部吊装、阵列排布的架构：光源箱悬挂在实验室顶部穹顶吊装架上，在实验室环境内以阵列方式均匀排布，向下照射形成完整光照场。
阵列规模为16~36套光源箱，采用4×4或6×6的排布形式。吊装架上设置了独立的调节机构，可对每个光源箱的位置与角度进行微调，用于补偿边缘区域的照度衰减，保证整片辐照区域的均匀性。
这种布局的好处在于：光源全部位于样品上方，不占用地面作业空间，样品进出与操作均在光照场下方进行；同时阵列密度可根据均匀性要求灵活调整，避免“一刀切”造成的成本浪费。
系统光源采用氙灯或金卤灯。这两类气体放电光源具有高光效、高显色性的特点，光谱连续性好，可见光谱段与太阳光接近；同时具备热启动与调光能力，能够满足频繁启停和强度调节的使用需求。光源寿命约1000小时，质保800小时，属于本项目运行周期内合理可控的耗材成本。
整套系统由三大部分组成：
光源箱阵列：光源、反射镜、光谱校正模块、冷却装置集成于箱体内
光源箱吊装架：承担全部光源箱的悬挂与调节，电缆沿吊装架线槽布置
电源箱：集成于地面，便于电源维护与控制设置
光源箱由铝合金架、灯筒、反射镜、光谱校正模块和冷却装置构成。铝合金架可倾斜固定，使光源箱旋转至所需的光照角度；灯筒由钢板压接喷塑而成，承担支撑与保护光源的作用。
反射镜是本项目光学性能的关键。方案采用德国安铝9033GP压型二次加工制作的双曲面反射镜，材料表面镀银，反射率不低于94%，并符合DIN 5036-3（U-Globe）8°及DIN EN 16268标准A级要求。双曲面设计使各方向反射光线在目标面上更均匀地叠加，是保证大面积照度均匀性的基础。
要让模拟光的光谱贴近AM1.5标准，仅靠光源本身并不够，需要通过滤光片对特定波段进行修正。本项目的光谱校正模块由基片材料、膜层设计与玻片安装模组组成，滤光片选用石英材料制作，其光学特性与耐温特性使玻片在长期高温运行下性能保持稳定。
膜层由高低折射率材料交替堆叠而成，膜系结构为(LH)3，采用电子枪加热方式蒸发镀膜材料制备。滤光片在300~1200nm波段的透射率做过分段设计：
| 波段 | 平均透射率 |
|---|---|
| 300~470nm | 34% ± 3% |
| 580~650nm | 54% ± 3% |
| 750~900nm | 93% ± 2% |
| 950~1200nm | 90% ± 3% |
通过膜层结构的分段配比，将光源原始光谱中偏强的短波与可见光部分适度削减，使输出光谱更接近AM1.5等级要求。
大面积光照场最容易出问题的就是边缘照度衰减。项目在光学仿真阶段即对灯阵空间分布做了计算机模拟，并对不均匀性做了两轮修正。实测预估结果：
照射距离1.5米处，出光均匀性优于80%
照射距离1米处，出光均匀性优于90%
最终技术参数中，辐照度均匀性不低于85%，对应C级；时间不稳定性LTI≤±2%，达到A级。这意味着在辐照强度随时间的稳定保持方面，系统表现优于均匀性指标一个等级，适合对光照时长敏感的长期老化试验。
光源阵列长时间工作会产生大量热量，散热设计直接影响光源寿命与光谱稳定性。系统在箱体下侧设置进风口、调节风门与进风风机，箱体内顶部设置回风口，光源阵列上配置风冷装置及排风管道，形成完整的风路循环系统。
温度传感器布置在被测组件附近，实时采集样品所处位置的温度；箱体控温电控箱设置在箱体后部，实现稳定的控温目的。
电控箱集成安装于地面，内部配置PLC控制模块、断路器、继电器等元器件及温度控制模块，实现对设备的智能控制。操作面板提供启动、停止、急停按钮，触摸控制屏与按钮采用互锁控制，显示屏可显示设备状态与故障位置，支持辐照时间设置、辐照强度设定、光源运行时间累计以及手动/自动切换。
电源部分采用电子电源（EPS控制），为电子式方波电流电源，无频闪；功率可在60%~100%范围内对灯组和模块分别通过软件自动调节。这套调节能力的意义在于光衰补偿：
初始为满足测试要求将辐照强度设定在1000 W/m²，而EPS初始功率点通常设置在80%左右，为后续补偿预留空间。当光源经长期运行出现光衰——例如运行约10000小时后灯组平均光强衰减到900 W/m²——通过EPS软件可自动将功率点调制到90%左右，重新恢复到1000 W/m²的辐照强度。这使得系统的有效测试周期远长于光源的自然衰减曲线所能支撑的时间。
电源主要参数：输出功率2.54KW，输入电压380V，输入电流9A，输出电压范围30V，触发电压160~250V，最大输出电流30A；功率设定分辨率1%，电流限制10~30A，电压限制200V±5V；工作温度-10~50℃，防护等级IP52，采用独立风道设计强制风冷。
由于光源箱数量多、单箱功率大，电气连接的可靠性直接影响系统长期运行的稳定性。项目输出端选用6芯大电流重载连接器，单芯额定电流100A，带防水金属扣，金属表面镀镍处理，盐雾试验达72小时；金属扣在连锁状态下防护等级达IP65。上下壳连接密封件采用丁腈橡胶，抗老化、耐油、防水防尘、耐高低温。输入端选用12芯密封性重载连接器，保证输入不发烫、信号传输稳定可靠。
这是本项目区别于常规太阳模拟器的一项功能。系统内置时间场景数据库，可预设早晨、中午、晚上、晴天、阴天等不同光照模式，通过控制单元按设定时长与强度曲线自动切换。用户还可以自行新建场景库，用户界面设计清晰易用。
对于电子产品的实际使用场景评估，这一功能价值明显：产品在真实环境中经历的是光照强度的连续变化，而非恒定照射。按节律切换场景，能更真实地复现产品在实际服役中承受的光照累积方式。
系统在安全层面配置了完整的保护体系：
紧急停止功能与故障报警功能
高温保护：可设定临界温度，箱内温度超过设定值时报警并自动切断灯管电源，随后进入平衡状态冷却
高温报警：可设定报警温度，超过临界值时报警提示
故障检测系统：可指示故障原因并输出警报信号
多重电气保护：电源缺相、欠压、过压、漏电保护；风机电机过热、过电流保护；压缩机高低压、过热、过流、超温保护；设备需可靠接地
停机自动降温保护：停机后设备自动降至常温
操作权限设定功能
三色灯状态显示：直观显示设备运行状态
测试数据的可信度取决于计量环节。系统选配的传感器组合如下：
辐照度传感器采用光电原理，感应元件为高精度感光元件，宽光谱吸收，全光谱范围内吸收量高。输出信号在线性范围内与太阳辐照度成正比；配有温度补偿线路减小温度影响；采用两层石英玻璃罩防护，透光率高达95%，玻璃罩经精密光学冷加工磨制，表面特殊处理防止灰尘吸附。传感器安装与被测组件同平面，能快速响应辐照度变化。主要参数：灵敏度714 μV/(W·m⁻²)，响应时间≤30秒（99%），稳定性±3%，非线性±3%，测试范围0~1800 W/m²，信号输出0~20mA或0~5V。
温度传感器方面，组件周围温度采用可移动铠装铂电阻采集，箱内温度使用固定式铂电阻，温度范围-50~350℃，精度±0.1℃。
数据采集与处理环节，采集器以小于5秒/次的速度抓取辐照度与温度传感器的模拟量信号，传送至数据处理单元分析计算，再以数据和曲线方式呈现给用户并存储至数据库，同时支持对辐照度进行累计——这一点对长期老化试验的剂量统计尤为重要。
测试实验室依据现场实际情况布置，参照实验室标准设置，预估尺寸为长3米、宽3米、高约3米。光源箱模组安装在实验室顶部吊装架，电缆线随吊装架线槽布置；电源箱设置在一旁或隔壁供电室，供电室铺设线缆至实验室端口，连接于每组电控箱端。
安装实施上，光源箱及安装架、电控箱由设备厂家制作完成，实验室的电气供应端由使用方引线至测试位置，设备厂家组织技术人员到场安装、调试、验收。实验室改造也可一并交由设备厂家完成。设备安装调试验收后，提供24小时远程技术支持。
设备设计与验证参照以下标准：
JJF1615-2017 太阳模拟器校准规范
IEC 60904-9:2020 太阳模拟器光谱范围标准
IEC 61215 晶体硅地面光伏组件设计鉴定和型式批准
IEC 62108 聚光光伏组件与组件设计鉴定
DIN 75220 汽车结构件在太阳模拟装置中的老化测试
GJB 150.3-1986 军用设备环境试验方法：高温试验
GJB 360A-96 方法107 温度冲击试验要求
MIL-STD-810G 方法505.5 太阳辐射（阳光）长期光化效应稳态程序
设备满足IEC 61215光源要求，其余未尽事宜以双方最终签署协议为准。
项目采用两阶段验收：设备出厂前组织双方进行预验收，签署验收检查表；交付使用后1个月内进行正式验收，签署设备运行报告及设备验收单。
质保方面，设备硬件及软件提供交付后一年的免费质保与24小时随叫服务保障，质保期后提供全生命周期内的有偿服务。合理使用期间，非天灾、电力故障、人为操作不当、保养不当造成的损坏及非消耗品配件外，提供免费保修一年、终身维修；保修服务24小时响应，72小时到达客户现场处理。
上海科迎法电气科技有限公司长期从事太阳光模拟与光照老化设备的研发与系统集成，在大面积阵列式光照环境模拟方向积累了多个项目的实施经验，本项目所采用的技术路线在以下场景中已有对应的落地实践：
家电与消费电子光照老化测试方案：为家电企业搭建整机级光照老化测试环境，用于评估外观件在长期光照下的色差与老化表现
轨道交通整车CIE85辐照测试方案：以阵列式光源箱构建长尺寸光照场，满足整车级辐照测试需求
汽车挡风玻璃测试系统方案：针对车用玻璃与光学部件的透光率、光畸变与耐光老化性能测试
这些项目与本案的共性在于：辐照面积大、光照场需要均匀可控、测试周期长且要求数据可追溯。差异则体现在尺寸、功率配置与场景控制策略上，均需根据使用方的实际测试标准与场地条件定制设计。
把不可控的自然光转化为可控的实验室条件，是大面积光照环境模拟的核心命题。本项目以3m×3m顶部吊装阵列为基础，通过双曲面反射镜的光学设计、石英基片滤光片的光谱校正、EPS电子电源的光衰补偿以及时间场景数据库的节律模拟，构建起一个可长期稳定运行、数据可计量可追溯的室内全天候太阳光模拟测试平台。
对于电子产品与结构件制造商而言，这类平台的价值不在于设备本身的参数有多高，而在于它让“产品在阳光下的表现”从一件需要碰运气的事，变成了一个可以被计划、被重复、被验证的工程问题。
