太阳是影响地球环境因子之源, 太阳模拟是利用人工光源模拟太阳光源辐照特性的一门技术。太阳辐射模拟技术广泛应用于航空、航天、兵器、农业、汽车车辆和材料等各项领域。（简单的设备有：紫外线老化机）太阳模拟器设备关键是光源的选择, 模拟器光源采用了目前世界上使用较为广泛的新型电光源—氛灯。氛气发光属于惰性气体放电发光, 在电场的激发下, 氮气的放电光谱与太阳光谱较为接近, 故俗称“小太阳”。目前各国都普遍采用。灯电流、氨气压力在较大范围内变化时, 其光谱能量分布基本保持不变; 光强分布好, 能保证试验得到均匀的辐射强度; 启动装置比较简单, 使用寿命长,有效寿命约10( X) h。
1 太阳模拟光源的选择
测试装置，首先使光谱仪及应用软件都处于准备就绪状态, 设置软件中运行参数(主要设置积分时间, 工作触发方式), 启动连续氛灯处于工作状态, 光谱仪从单芯光纤接收连续氛灯的人射光, 通过光谱仪内的一个固定的光栅分光后投射到二极管阵列探测器上, 从而在软件中采集到氛灯的光谱。
二太阳模拟器的发光源种类比较多, 可以是普通卤素灯, 及特殊金属卤化物灯, 从国内一些文献中曾报导过采用摘灯作为太阳模拟器的发光源, 摘灯是一种高效率、高显色性和长寿命新型气体放电光源, 它利用充人的碘化摘、碘化亚陀、汞等物质发出特有的密集型光谱 1 , 但是这种新型摘灯的光谱波长范围较宽,其波长范围在250一25 0 nm, 在loln之后的近红外线外的光辐射都被浪费。目前太阳模拟器采用了世界上使用较为广泛的氮灯光源, 在多种惰性气体放电灯中, 氛灯的辐射效率较高, 且辐射绝大部分都集中在可见区和近红外区, 与太阳电池的吸收谱匹配较好,同时氛灯具有很高的负载强度和较高的辐射效率以及接近太阳表面的色温度。氛灯按功能可分为脉冲氛灯和连续氛灯。对于要求连续照明的照射试验, 连续氮灯能符合作为太阳模拟器发光光源要求。
2 益灯相对光谱能量分布测量
光谱分布和辐射强度是模拟太阳辐射试验中较重要的条件之一, 各国均以地球表面太阳辐射的辐射强度和光谱能量分布为依据，紫外线老化试验箱也是归结于其中的依据，地面上的太阳光谱能量分布如图3 所示, 图3 中曲线凹陷部分是大气吸收所致,由于大气的吸收和散射等作用, 使到达地面的辐射能量减弱,能量分布也有所改变。图2 所示的氮灯放电光谱能量分布特点是连续光谱很强, 在其上迭加红外线, 辐射绝大部分都集中于可见光区和近红外区, 在可见光区它与62 0 K 黑体辐射接近。氨灯的光谱分布比较接近太阳光谱。在国际放宽的光谱匹配标准中规定了太阳模拟器在光谱范围内的积分百分比, 太阳模拟器的光谱偏差必须在相应的标准规定的范围内。氮灯点燃位置对放电的影响光源作为航天太阳模拟器的心脏元件。氮灯的发光对被照面的技术参数非常重要, 现主要从两个方面进行分析。
3.1 电弧特性
氛灯的放电物质是氛气, 放电时对流现象剧烈,氮灯的电弧位置和形状主要由对流的气流定的。图4 为使用空气冷却的连续氛灯水平放置并连续点燃数小时后灯的使用状态。灯管管壁表面严重发白, 阳极附近管壁突起, 灯的使用寿命大大减少。当采用氮灯水平放置点燃方式时, 在灯管内会出现电弧向上弯曲,电弧形状发生变化。当灯工作数小时后发现灯电极附近灯管严重发白, 石英管管壁膨胀‘21 , 大大缩短了灯的使用寿命, 当灯被触发后, 电弧上方的管壁由于对流被过热, 最后导致石英失透, 缩短寿命。后采取垂直点燃方式就克服飘弧现象, 灯连续点燃数小时后也没有发现问题, 大大延长了灯的使用寿命, 保证了太阳模拟器设备安全正常的运行。
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