长脉冲太阳光模拟器是脉冲式光源里的一个技术变体,它把单次闪光的照明时长放宽,让采集窗口足够容纳一次完整的测量过程。上海科迎法电气给出的这条路线,针对的是两类需求同时成立的场合。一方面,测量本身需要一段持续、平稳的光照,被测件才能在这个窗口里完成响应并输出可供采样的信号;另一方面,被测件又经不起连续光源长时间照射带来的温升。长脉冲在两者之间取一个平衡点,脉冲宽度、占空比与有效积分时间都可以按测试方案协商确定。本页只讲这条路线适合什么需求、选型时要确认哪几件事,不做脉冲式与连续光源的原理对比。

选脉冲式还是选连续光源,很多时候不是原理问题,而是测量方法问题。长脉冲太阳光模拟器要回答的核心问题就在这里,这次测量到底需要多长的采样窗口。有些测项需要一段持续平稳的光照,被测件在这个窗口内完成响应并输出信号;此时若用稳态太阳光模拟器这类连续光源长时间照射,样品温度会随照射时长往上走,测量结果跟着漂移。反过来,常规脉冲虽然把受热时间压得很短,采集窗口也随之变窄,响应偏慢的器件来不及输出完整数据。长脉冲要解决的正是这个夹缝,把照明时长放宽到能覆盖采集过程,同时把受热总时长控制在一个可接受的区间里。它适合实验室研发阶段的器件特性摸底、来料与批次的相对比对,以及测量方法本身要求较长积分时间的方案。需要判别时,先看测量方法需要多长的采样窗口,再看样品能承受多长的受热时间,两个条件交叉出来的区间就是这条路线的工作范围。
| 参数项 | 定制口径 |
|---|---|
| 光谱匹配度 | 参照 IEC 60904-9 要求分级,等级按测试需求协商 |
| 辐照不均匀性 | 按被测件外形尺寸与光斑形态协同设计 |
| 时间不稳定性 | 按采集窗口长度与回路一致性确定 |
| 脉冲宽度范围 | 按被测件响应速度与采集窗口需求协商 |
| 占空比 | 按连续作业强度与散热条件确定 |
| 有效积分时间 | 按测量方法要求的采样窗口定制 |
| 样品温升控制 | 按被测件热容与允许偏差设计 |
| 触发方式 | 支持手动、外触发与产线信号,接口按现场确定 |
| 数据采集 | 与外部仪表同步采样,通道与协议按方案确定 |
三项指标的判据与脉冲式太阳光模拟器系列内的其它机型一致,分级依据仍是对标 IEC 60904-9,验收时看的是同一套量。长脉冲的不同之处在于,三项指标都要放在一个更长的采集窗口里去核;窗口越长,对光源本身与回路一致性的要求越高。
脉冲照明期间的光谱形态由光源与滤光系统共同决定,与连续光源的方案同源。核验这一项时要先问清一件事,报告给出的是闪光起点的瞬时光谱,还是整个采集窗口内的光谱。窗口越长,越要确认光谱形态在窗口内保持不变,因为采集拿到的是窗口内的积分结果,任何一段的偏差都会被摊进最终数据。参照条件按标准太阳光谱条件约定,例如 AM1.5G;各波段的光谱分布与分级口径,可参考太阳光模拟器技术原理。
这一项决定有效辐照面内各点的强度是否一致,脉冲照明同样要面对它。光斑内的瞬时功率分布取决于光学系统的匀场设计与各回路的出力一致性,辐照面越大越难做匀,匀光光路的做法可参考高准直均匀太阳光模拟器。提出需求时把被测件的最大边长与工作距离一并说明,由供方按对应的光斑形态与辐照面尺寸设计,比只看小面积样件的结果可靠。
长脉冲在这一项上的观察方式与短脉冲不同。采集窗口被拉长之后,窗口内任何缓慢的输出漂移都会进入积分结果,所以要看的是窗口内的稳定性,而不是单点之间的重复性。这一项与电源回路的一致性、触发时序的精度直接相关。核验时要确认报告给出的观察窗口长度与采样方式,只给一个数值而不说明窗口,无法判断它对应哪种使用状态。
本机型等级:可按测试需求选择 A级 / B级 / C级
光源的选择先看被测对象对光谱的要求。需要与标准太阳光谱对标时,选用连续能量分布的气体放电光源,这类光源的整机形态可参考氙灯稳态太阳光模拟器,它的光谱形态本身就贴近参照;需要在某个波段上加强时,可以采用 LED 阵列光源,用多个波段的组合去拼目标光谱。光学系统按光斑形态设计,可以是准直出射,也可以是会聚形式,出光方向可做垂直向下、水平等布置,具体按被测件的姿态与工作距离确定。脉冲能量由电源回路控制,光学系统负责把这股能量均匀送到被测面上,两部分的匹配关系在方案设计阶段就要一并确认,否则容易出现回路出力与光学口径对不上的情况。整条光学路径可由专业光学设计软件仿真后出图,再落到结构件与调节机构上。若测试并不需要脉冲条件,也可以对照大面积稳态太阳光模拟器看连续光照的方案。
控制与保护围绕触发、回路与联锁三件事展开。
以上均按测试方案组合,不构成固定套装,具体取舍在方案阶段一并确定。
长脉冲太阳光模拟器适合的场景,共同点是测量过程本身需要一个不短的采集窗口。慢响应器件的特性摸底是典型一类,器件从受光到输出稳定信号需要时间,窗口太短取不到可用数据。需要多点平均或多次采样的测量也属于这一类,采样次数上来之后,单次照明必须撑得住整个序列。准稳态条件下的材料与器件光照响应研究同样适用,照明时长放宽之后,观察到的现象更接近稳定状态,而样品受热仍被控制在有限区间内。来料与批次的相对比对也常用这条路线,在同一套光照条件下横向比较,比只盯量值本身更容易发现问题。若被测对象换成了电池片或整块组件,方案可以分别对照光伏电池片太阳光模拟器与光伏组件IV测试太阳光模拟器的定位来选。
配套主要围绕量测与温控两端展开。量测端由测量仪表与数据采集软件组成,读出被测件在采集窗口内的响应曲线与关键参数,支持数据导出与多次记录比对;需要与外部仪表同步时,用同步输出信号把采样时刻对齐,避免出现照明已经结束而采样还在继续的情况。温控端可按需要配温控台或恒温环境,把样品温度稳定在设定区间,减少温升对结果的影响。对气氛有要求的测试,可配合手套箱一类的密闭环境使用。日常核对可用标准电池作参照,确认光照条件没有跑偏。上述配套按测试方案组合,不构成固定套装。
长脉冲太阳光模拟器要确认五件事,按顺序问下来基本不会漏。脉冲宽度范围,按被测件的响应速度与采集窗口需求定,不是越宽越好。占空比,按连续作业的强度与散热能力定,作业越密,对回路与散热的要求越高。有效积分时间,按测量方法要求的采样窗口定,这一项决定数据能不能取全。样品温升控制,按被测件热容与允许的温度偏差定,热容小的样品要留更多余量。触发方式,按现场是手动操作还是接入产线信号定,接口与同步信号一并确认。除这五件事,光谱等级按测试需求提,不必一律按最高档要求。逐项比对不同方案的差别,可参考太阳光模拟器选型指南。
Q1:长脉冲和常规脉冲怎么区分,我该按哪一类提需求?
A:区别在单次照明的持续时长。常规脉冲的窗口很窄,适合响应快的被测件与节拍要求高的场合;长脉冲把窗口放宽,适合响应偏慢或需要多次采样的测量。先明确测量方法要多久,再定类别。
Q2:脉冲宽度是不是定得越长越好?
A:不是。窗口越长,样品受热的总时长越长,温升越大,对回路与散热的要求也越高。长度以刚好覆盖采集过程并留出余量为宜,多出来的部分不会提高数据质量。
Q3:怎么判断样品温升会不会影响结果?
A:先看被测件的热容与允许偏差,再对照方案给出的温升控制方式。热容小、对温度敏感的样品要留更大余量;必要时先用同规格样品做一次温升实测,再决定窗口长度。
Q4:占空比要按什么定?
A:按连续作业的强度定。触发次数多、间隔短,占空比就高,回路与散热要按这个强度配置;作业稀疏时可以放宽,不必为用不到的强度付代价。
Q5:积分时间不够会出现什么情况?
A:数据取不全。采样序列还没走完,照明就已经结束,后段数据落在窗口之外,曲线会出现缺失或跳变。这一项要在方案阶段用测量方法反推,而不是到现场再调。
Q6:长脉冲能不能替代连续光源?
A:看测量性质。相对比对与特性摸底可以,需要长时间连续光照的考察则不建议,窗口再长也仍是断续照明。这类需求应转向连续光源方案。
Q7:触发方式要提前确认哪些接口?
A:确认三条线,触发输入、同步输出与状态反馈。触发输入要说明是手动按钮、外部电平还是产线信号;同步输出要为外部仪表的采样时刻提供基准;状态反馈用于判断本次触发是否有效。
Q8:等级该怎么提要求?
A:按测试需求提,三项指标分别说明。以标准光谱对标为主的测量,对光谱匹配度的要求更高;对空间一致性要求高的测量,要看重不均匀性;采集窗口长的测量,则要盯住时间不稳定性。不必一律按最高档提。
交付按阶段推进。方案确认后进入设计与图纸阶段,光学与结构同步出图,双方确认后再排产;投产前的来料检验与装配调试按内部流程执行,出厂前完成一次性能校正,由第三方计量机构校准并出具报告,报告随设备交付。到场环节包含就位、光路复核与联调,按被测件的实际姿态调整工作距离,并与现场测量仪表做一次同步验证,确认触发时刻与采样时刻对齐。售后提供技术支持与故障响应,质保期内按合同约定执行,质保期外可安排有偿上门服务;设备投用后可按周期做保养与性能复核,把光谱与不均匀性的变化记录在案。需要按测试对象与尺寸核对方案时,可走太阳光模拟器选型咨询与报价。
这条路线已在器件特性研究、材料光照响应考察、来料比对等类型的项目中落地,案例类型的差别主要体现在采集窗口长度与温升控制方式上。需要横向看不同方案的空间覆盖与光斑形态,可对照太阳光模拟器产品中心的分类逐项比较。同类应用的实际做法与配置思路,见太阳光模拟器行业应用案例。