中小学教室照明空间光分布的研究

本研究提供了中小学教室照明空间光分布的三种照明灯具技术方案,可根据不同的产品市场定位和需求,针对性地开发相应产品。通过动态配光、局部调光、固定配光三种方式,可以有效调节教室照明的空间明亮度和节律刺激,兼顾照明指标需求和能耗的考虑,实现更加健康、舒适、节能的教室照明环境。

基于小目标视看距离的隧道照明安全性研究

隧道作为公路交通系统中不可缺少的一部分,由于其半封闭的管状空间特征,内部无法接受到自然光照。因此,为了保证驾驶员的视觉功效与安全性,需要对隧道空间内部进行全天候的人工照明。而以安全性为首要目标、兼顾节能性的隧道照明,需要提供适宜的道路表面亮度、色温等照明指标,从而在合理的照明能耗下使驾驶员达到保障驾驶安全所需的视看距离,即能够在发现障碍物后拥有充足的反应时间以避免交通事故的发生。本文在足尺隧道实验场地中,以小物体90%发现率所对应的视看距离作为最长可视距离评价指标,通过人因实验,探索不同道路表面亮度、色温的照明条件组合对隧道空间内驾驶员视看距离的影响。结果表明,道路表面亮度对最长可视距离影响显著,色温造成的影响则与道路表面亮度、驾驶员年龄等因素有关。

面向视觉与节律健康需求的中小学校教室照明研究

近年来,中小学生的视力健康问题引起了社会广泛的关注。教室作为中小学生最主要的学习生活场所,良好的光环境品质是保护学生视力健康的重要因素。因此,在教室空间中关注视觉健康的照明应用逐渐成为行业关注的焦点。除水平照度、眩光、频闪、显色指数等基本教室照明指标外,空间视亮度(即教室空间的明亮程度)也可能与近视的发病率密切相关。此外,教室空间人工光环境的节律健康效果也非常重要。然而,现有中小学校教室照明标准中针对相关内容仍存在空白。本文从空间视亮度和节律照明指标两个层面,结合上海市团体标准《中小学校教室照明质量分级评价》(T/SIEATA 000001—2020)的指标解读,探讨面向视觉与节律健康需求的中小学校教室照明。

采用大芯片的高功率密度SiC功率模块设计

碳化硅SiC(silicon carbide)器件具备耐高压、低损耗和高热导率等优势,对电动汽车行业发展具有重要意义。提出一种利用大芯片封装的SiC MOSFET功率模块设计,并开展实验分析模块的电气性能;搭建仿真对仅有电特性与电特性和温度负反馈结合这2种情况下模块温度进行对比研究。仿真结果表明,在相同工作条件下,采用大芯片封装设计的SiC MOSFET功率模块导通电流能力更强,温度变化更小,电气性能有所提升。

基于SPH算法的热仿真系统开发

随着电子设备日益微型化和集成化,热仿真已成为其设计中的关键因素。电子封装模块的热仿真通常使用传统的有限元法FEM(finite element method),存在计算效率和精度之间的矛盾,在处理大变形问题和网格畸变方面也容易造成计算不收敛,从而导致结果错误。针对该问题,提出一种基于光滑粒子动力学SPH(smoothed particle hydrodynamics)算法的电子封装模块热仿真系统。该算法基于无网格拉格朗日数值方法,通过将热仿真对象离散为1组粒子的方式求解热传导方程,从而准确地预测电子封装模块的传热与散热,无需生成并处理大量的微小网格,不用担心网格失真等问题。SPH相对于FEM,仿真精度误差保持在1%~2%,仿真效率可提升近30倍,适合用于复杂和动态系统的模拟仿真。

双面散热SiC功率模块温度均匀性和开关特性评估

碳化硅MOSFET因其材料特性被广泛应用于新能源汽车的高压、高频和高功率密度场合。在考虑双面水冷散热过程,往往忽略芯片布局间距对于散热以及芯片温度均匀性的影响,未考虑芯片温度均匀性对于多芯片并联电流均匀性的影响。针对上述问题,设计一种双面水冷的封装结构,分析不同芯片布局间距对芯片温度均匀性的影响,分析不同结温及不同芯片布局对寄生参数及开关特性的影响,并针对不同芯片布局间距和不同液冷工况,采用大量仿真及响应面对比分析,验证了所提方法的有效性,为SiC功率模块封装对芯片温度均匀性及开关特性的影响提供技术方法指导和定量分析。

光的非视觉生物效应评价方法及其质量评估模型的构建

为提高光的非视觉生物效应研究方法选取提供科学依据,本研究采用文献分析法搜集筛选有效文献240篇对光的非视觉生物效应相关的认知/注意力水平、警觉度、情绪、睡眠质量、节律相位等5个人体指标的25种评价方法进行比较评估。研究结果:(1)提出由“方法设计”、“心理学评价特征量”和“方法在光环境研究中适用性”三个维度的14个方法质量评估指标组成的方法质量评估模型;(2)构建适用于综合光环境研究的非视觉生物效应评价方法质量评估模型;(3)提出不同光环境特征量化分析方法。光的非视觉生物效应评价方法质量评估模型的建立可以为不同类型的光环境研究提供方法选取的依据和推荐,从而为光环境人因工程学研究的方法论提供理论基础。

20°周边视场光谱光视效率的实验研究

关于光谱光视效率在周边视场上的分布的研究目前国内外开展较少。基于异色闪烁光度法,以单色LED为光源搭建了测量人眼光谱光视效率函数空间分布特性的实验系统。在和CIE标准数据相同的实验条件下,测量了2°圆形视场和20°环形视场下几个波长点上的明视觉光谱光视效率值。结果发现,20°周边视场的V(λ)曲线与2°中央视场的曲线存在不同,在形状上更展宽,这反应了视网膜上三类不同锥体细胞的相对分布对V(λ)的影响。本文研究为后续测量整个视场上光谱光视效率函数的分布奠定了理论和实验基础。

视网膜模型在中间视觉光度计算中的应用

中间视觉状态下由于视锥细胞和视杆细胞同时作用,且其响应特性随适应亮度不同而改变,因而中间视觉的光度计算分析一般比较复杂。我们在此前的研究中建立了一套基于人眼神经通路的视觉计算模型,理论上可实现对明视觉、暗视觉和中间视觉各种光环境场景下的视觉感知分析。本文以五种不同颜色LED为视目标构建了实验场景,计算分析了其在中间视觉条件下的视感知对比度,并与国际照明委员会(CIE)推荐模型的计算结果进行了比对分析,初步验证了该视网膜模型在中间视觉光度计算中应用的可行性。

基于图像色貌和梯度特征的图像质量客观评价

图像质量评价(IQA)方法需要考虑如何从主观视觉度量结果出发,设计出符合该结果的客观图像质量评价方法,应用到相关实际问题中.本文从视觉感知特性出发,量化色度和结构特征信息,提出了基于色貌和梯度两个图像特征的图像质量客观评价模型.两个色貌新指标(vividness和depth)是色度特征信息提取算子;梯度算子用来提取结构特征信息.其中, vividness相似图一方面作为特征提取算子计算失真图像局部质量分数,另一方面作为图像全局权重系数反应每个像素的重要程度.为了量化所提模型的主要参数,根据通用模型性能评价指标,使用Taguchi实验设计方法进行优化.为了验证该模型的性能,使用4个常用图像质量数据库中的94幅参考图像和4830幅失真图像进行对比测试,从预测精度、计算复杂度和泛化性进行分析.结果表明,所提模型的精度PLCC值在4给数据库中最低实现0.8455,最高可以达到0.9640,综合性能优于10个典型和近期发表的图像质量评估(IQA)模型.研究结果表明,所提模型是有效的、可行的,是一个性能优异的IQA模型.

空间视亮度模型和实验评价量化方法

随着现代社会工作方式的转变以及对环境舒适性、健康性要求的提高,室内照明的关注重点逐渐从传统的工作面照度拓展至空间整体的光环境品质,后者与空间视亮度(即人们对空间明亮程度的感受)密切相关。相较于提高光照强度来提升空间明亮感受的传统方法,研究并运用照明光谱对空间视亮度的影响机制更有利于实现照明节能和健康、舒适的照明设计。本文就光谱作用下的空间视亮度感受差异展开研究方法的探讨,提出了创新性的实验方法和量化方案:通过大量被试对实验场景和对照场景的主观比较,得到不同眼部照度下各测试光谱与对照光谱的空间视亮度匹配关系,将光谱的影响量化为与对照场景的眼部照度比值。结果表明,基于本方法的实验结果具有很好的可重复性、准确性和一致性。

基于非等径双球堆积模型和蒙特卡罗仿真模拟的纳米铜烧结互连机理分析

为了满足第三代半导体低温封装、高温服役的要求,纳米金属颗粒烧结封装互连逐渐替代传统钎料回流焊工艺,而高致密度烧结是实现高可靠性封装的必要条件之一.为了研究纳米铜颗粒烧结互连机理,首先通过非等径双球三维密集堆积模型构建理论颗粒配比与堆积孔隙率之间的关系,然后采用蒙特卡罗仿真模拟不同粒径比的双球模型颗粒烧结过程,最后通过纳米铜混合烧结试验来验证理论推算和仿真模拟结果.结果表明,根据3种三维密集堆积模型估算,孔隙率最低时的颗粒粒径比在10∶1~5∶1之间;仿真模拟结果显示,粒径比为5∶1时的双球模型收缩率最大;选择250和50 nm两种粒径纳米铜进行混合烧结试验,证实烧结致密度最佳条件时的颗粒质量比为8∶1,与理论计算结果相符.由此可见,该方法可以为纳米铜烧结在第三代半导体封装互连中的应用和工艺优化提供了理论支持.

高稳定性WT-CsPbBr_(3)@SiO_(2)荧光薄膜的制备与封装

如何在钝化保护纳米晶的同时避免破坏其发光性能是当前提升钙钛矿纳米晶材料稳定性的研究重点。本文基于热注入法和水诱导相变法制备了CsPbBr_(3)纳米晶,分析了其荧光稳定性与纳米晶结构形貌间的内在联系,并证明了通过水处理诱导Cs4PbBr6纳米晶相变合成的WT-CsPbBr_(3)纳米晶具有优化的水稳定性。接着,通过水解正硅酸甲酯引入了硅壳层结构,得到了环境稳定性优异的WT-CsPbBr_(3)@SiO_(2)荧光粉,在空气中放置5个月几乎无荧光衰减。最后,通过引入聚甲基丙烯酸甲酯树脂封装荧光粉制得了优质发光薄膜。该薄膜可应用于LED荧光转换,且制备流程简易、成本低。

用于光度计算的视网膜模型之理论建模

传统的照明应用研究一般基于心理物理学实验,结果往往仅适用于特定照明应用场景,缺乏普适性。基于人眼神经通路的视觉计算模型理论上可克服该问题。本文综合了前人在视觉神经理论计算模型的研究成果,建立了一套从视网膜光感细胞(视锥细胞和视杆细胞)到水平细胞、双极细胞和神经节细胞的视觉形成过程的理论模型。该模型对输入图像进行处理,形成小细胞通路(PC通路)和大细胞通路(MC通路)的响应路径图,可以用于明视觉、暗视觉和中间视觉的光度学计算,对照明研究具有重要理论和应用价值。

基于Lambert-Beer理论与人工神经网络的混合荧光粉发射光谱预测

针对由钇铝石榴石基、硅基氮氧化物和氮化物混合制备的三元高显色荧光粉体系,采用修正Lambert-Beer模型结合BP(back propagation,BP)人工神经网络的方法实现了任意比例混合荧光粉体系的发射光谱预测。首先,通过修正Lambert-Beer模型计算出3种荧光粉以任意比例混合后的发射光谱比例系数;其次,采用BP人工神经网络对比例系数进行训练和预测;最后,实现3种荧光粉混合后发射光谱的预测并通过实验测量验证。研究结果表明:比例系数预测值与理论计算值之间的误差可以控制在5%以内;通过BP神经网络预测的发射光谱图谱与试验测量图谱符合程度较好,两者的均方根误差RMSE和色度差异Δxy较小,平均值分别为0.019和0.0016。