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大面積照射區域的輻照度模擬

透過 Opsytec Dr. Gröbel 提供的這項模擬,您可以計算輻照度(mW/cm²),對象為由多台 UV-LED 燈具共同照射的大面積照射區域,燈具來自 SFL 與 series L 產品系列 – 直接在您的瀏覽器中完成。您可將燈具排列成直列、矩陣、環形,或透過表格自由配置,並可旋轉與傾斜燈具,即時以熱圖、3D 視圖及截面輪廓呈現目標面上的分布 – 同時提供均勻度、均質度,以及兩種方案的 A/B 比較。

計算採用與 UV-LED 3D 輻照度計算器相同的模型(LED 的實測發光特性,對所有 LED 加總)。此外,對於傾斜的燈具,模擬還會考慮相鄰燈具外殼造成的遮蔽。結果可匯出為 CSV、DXF 俯視圖及 PDF 模擬報告。計算值為系統設計用的參考數據;具約束力的輻照度應透過量測加以驗證,例如使用 Opsytec 輻射計。

模型:以實測發光特性對所有燈具的所有 LED 加總(E = Σ I₀·rel(θ)·cos ε / r²),與 UV-LED 3D 輻照度計算器相同,並擴充了相鄰燈具外殼造成的遮蔽。工作距離自前端面起算;整體面積為位於 z = 0 的平面。不考慮反射;製造公差、LED 離散性及溫度效應均未納入 – 僅為參考值,並非量測值。

大面積模擬的模型與假設

每台燈具由其 LED 陣列(列 × 行,間距 10 mm)構成。對於目標面上的每一點,會將所有燈具中每一顆 LED 的貢獻加總(光度學平方反比定律):

公式:E = Σ I₀ · rel(θ) · cos ε / r²

θ 為相對於各燈具光軸的角度(燈具傾斜時光軸亦隨之傾斜),ε 為目標面上的入射角,r 為距離。rel(θ) 為 LED 的實測發光特性,I₀ 由每顆 LED 的輻射通量求得。在近場中,每顆 LED 以 3.5 mm 晶片及五個子光源納入計算。對於單一垂直燈具,結果與 UV-LED 3D 輻照度計算器完全相同。

同一排列中的所有燈具皆相同(產品、波長、LED 功率)。直列與矩陣會以所選的間隙(0 = 緊密相接)將外殼並排放置;環形則將外殼中心置於環形半徑上。傾斜以前端面中心為旋轉點;工作距離為前端面至目標面的距離。

每個外殼皆為位於前端面上方、具產品尺寸的長方體。若從某顆 LED 至目標點的視線碰到另一台燈具的外殼,該 LED 的貢獻將不予計入。具有共同前端平面的垂直燈具不可能互相遮蔽;此時將略過此檢查。

  • 參考性模擬 – 未納入製造公差、LED 離散性/分檔及溫度效應
  • 不考慮外殼、目標或周圍環境的反射,亦不考慮散射
  • 外殼以簡單長方體表示;未考慮散熱鰭片、電纜與支架
  • 工作距離低於 10 mm 時,晶片幾何、透鏡與外殼佔主導 – 該範圍內禁止計算
  • 對於 CAD 模型,會考慮局部入射角,但不考慮模型本身造成的遮蔽

大面積模擬常見問題

模擬以實測發光特性加總所有 LED 的貢獻,提供產品選型與系統設計用的參考值。對單一燈具而言,其結果與 UV-LED 3D 輻照度計算器一致。製造公差、LED 離散性與分檔、溫度效應,以及外殼與周圍環境的反射均未納入。具約束力的輻照度應使用已校正的紫外線輻射計透過量測來確定。

3D 計算器針對單一燈具或可自由配置的 LED 陣列。此模擬則排列多台相同的燈具 – 以直列、n × m 矩陣、環形或透過表格自由配置,並可旋轉與傾斜 – 並考慮相鄰燈具的外殼可能遮擋光線。兩種工具中單一 LED 的模型相同。

直列與矩陣排列時,您需輸入外殼之間的間隙;0 mm 表示緊密相接。環形排列時,您需設定外殼中心所在的半徑,並選擇長邊為切向或徑向排列。重疊的外殼會在 3D 視圖與俯視圖中以紅色標示。工作距離為前端面至目標面的距離。

燈具傾斜時,一台燈具的外殼可能阻擋相鄰燈具某顆 LED 與目標點之間的視線。模擬會將每條視線與以簡單長方體表示的外殼進行比對;被阻擋的貢獻將不予計入。具有共同前端平面的垂直燈具不會互相遮蔽。此檢查可在「Calculation & display」中關閉。

關鍵指標顯示目標面上的均勻度(min/max)與均質度((max − min)/(max + min))。透過「Store as A」與「Store as B」,您可並排比較兩種方案。針對直列、矩陣與環形排列,最佳化功能會在外殼不重疊的前提下,搜尋朝中心傾斜角度、間隙或環形半徑與工作距離的組合,以獲得最佳均勻度。

可選擇 SFL-UV-M、SFL-UV-L 與 SFL-UV-XL 面光源,以及尺寸為 XS、XS-HO、S、M 與 L 的 series L;計算涵蓋 265 至 450 nm 的波長。結果可匯出為 CSV(網格與截面輪廓),排列可匯出為 PNG 與 DXF,整體結果可匯出為 PDF 模擬報告;配置可透過連結分享。STEP 與 STL 模型僅在瀏覽器中於本機處理。

作者:Dr. Mark Paravia

Dr.-Ing. Mark Paravia 是位於 Ettlingen 的 Opsytec Dr. Gröbel GmbH 的董事總經理,並負責領導該公司已通過認證的校正實驗室。在 KIT 照明技術研究所從事脈衝式氙氣激子放電研究之後,他目前的重點工作為光學輻射量測技術。他是 DIN 標準委員會 FNL 7「光學輻射」的副主席,並為 DVGW 紫外線消毒專案小組成員。