本發明專利技術一種電感耦合式高頻無極燈仿真裝置及方法，屬于照明工程領域，該裝置包括數據輸入模塊、第一數據采集模塊、幾何建模模塊、物理耦合\化學反應模塊、網格剖分模塊、計算求解模塊、數據輸出模塊、環境因素輸入模塊、第二數據采集模塊、參數優化器和最優值輸出模塊；本發明專利技術基于數學物理、化學方程和有限元數值分析模型，實現高頻無極燈電、磁、等離子多種物理場的建立、實現、優化指導無極燈產品的研究與開發；應用機理模型和計算機仿真，降低研制成本，縮短研制周期，提高研制質量，實現計算機全程輔助無極燈開發過程，讓無極燈的開發過程從仿制、實物實驗、數據積累的過程中走出來，為無極燈批量生產提供了可靠的技術保證。
【技術實現步驟摘要】
本專利技術屬于照明工程，具體涉及一種。
技術介紹
目前，無極燈生產廠商在無極燈新品開發過程當中采用傳統的研制方法，即以實物實測試驗為主，當對某些設計參數進行試驗或驗證時，無極燈不易啟輝，甚至控制裝置損壞，開發成本過高。另外，無極燈的實物實驗不能容易的修改參數以及觀測狀態，某些參數不能在線調節。由于實物測試方法的局限性以及多物理場共存與轉換和光、電、磁參數的分散性，無極燈工作情景不易再現，各項指標不易準確把握，使得無極燈工作狀態與理論指標相差較大。適合于無極燈實際研發的新方法沒有見過有關報導，屬于空白情況。
技術實現思路
針對現有技術的不足，本專利技術提出一種，以達到降低無極燈開發成本、加快開發進展速度、縮短研制周期、減小工作狀態與理論指標相差的目的。 一種電感耦合式高頻無極燈仿真裝置，包括數據輸入模塊、第一數據采集模塊、幾何建模模塊、物理耦合\化學反應模塊、網格剖分模塊、計算求解模塊、數據輸出模塊、環境因素輸入模塊、第二數據采集模塊、參數優化器和最優值輸出模塊，其中，數據輸入模塊:用于設置無極燈的幾何形狀、泡體直徑、燈泡材料、耦合線圈直徑、線圈匝數、耦合棒長度、功率、頻率、電壓、初始電子密度、冷端溫度和磁場建立時間，并將參數遞送至數據采集模塊；數據采集模塊:用于采集用戶輸入的數據，并將泡體幾何形狀、泡體直徑、燈泡材料、耦合線圈直徑、線圈匝數和耦合棒長度發送至幾何建模模塊，將初始電子密度、冷端溫度和磁場建立時間發送至物理耦合\化學反應模塊，將功率、頻率和電壓發送至網格剖分模塊；幾何建模模塊:用于根據輸入的幾何形狀的參數，在三維空間內，建立無極燈泡體的幾何模型，并將幾何模型數據發送至網格剖分模塊；物理耦合\化學反應模塊:用于確定泡體內化學反應，并根據等離子體動力學將電場、磁場與等離子場進行多物理場耦合，并將物理耦合信息與化學反應信息發送至網格剖分模塊；網格剖分模塊:用于根據幾何建模模塊建立的無極燈泡體幾何模型，建立求解域，根據多物理場耦合以及泡體內化學反應在求解域內進行網格剖分，并將劃分好網格的幾何模型發送至計算求解模塊；計算求解模塊:采用有限元數值分析的方法，在求解域內對無極燈進行多物理場耦合仿真，對6 態汞原子分布、電子溫度分布、電子密度分布、磁通密度分布、電勢分布、電流密度進行計算求解，并將求解后的上述數據發送至數據輸出模塊；數據輸出模塊:用于采集計算求解模塊輸出的數據，并輸出仿真結果至第二數據采集模塊；環境因素輸入模塊:用于設置點燈時間、泡體環境溫度、控制裝置MOS管溫度三個環境參數，并將上述參數發送至第二數據采集模塊；第二數據采集模塊:用于對環境因素以及數據輸出模塊輸出的數據進行采集，并輸入到參數優化器中；參數優化器:用于采用人工神經網絡和遺傳算法對無極燈的點燈時間、泡體環境溫度、控制裝置MOS管溫度、6 態汞原子分布、電子溫度分布、電子密度分布、磁通密度分布、電勢分布、電流密度進行優化選取，獲得無極燈工作在最優狀態下的功率因數校正電路的電壓設定值、高頻諧振逆變電路的頻率設定值；最優值輸出模塊:用于采集并輸出參數優化器計算求得的功率因數校正電路的電壓設定值以及高頻諧振逆變電路的頻率設定值，并發送回第一數據輸入模塊作為用戶下次仿真的參考數據。采用一種電感耦合式高頻無極燈仿真裝置進行仿真的方法，包括以下步驟:步驟1、采用數據輸入模塊輸入用戶所需的無極燈的幾何形狀、泡體直徑、耦合線圈直徑、耦合棒長度、功率、頻率、電壓、初始電子密度、冷端溫度和磁場建立時間；步驟2、采用幾何建模模塊根據輸入的幾何形狀的參數，在三維空間內，建立無極燈泡體的幾何模型；并采用物理耦合\化學反應模塊確定泡體內化學反應，并根據等離子體動力學將電場、磁場與等離子場進行多物理場耦合；步驟3、根據幾何建模模塊建立的無極燈泡體幾何模型，建立求解域，根據多物理場耦合以及泡體內化學反應在 求解域內進行網格剖分，并根據用戶要求的計算精度，對網格剖分進行修改，細化或者粗化任意位置的網格數目和大小；步驟4、采用有限元數值分析的方法對泡體求解域進行仿真運算，獲得G3P1態汞原子分布、電子溫度分布、電子密度分布、磁通密度分布、電勢分布、電流密度；步驟5、用戶根據所在環境因素輸入相關數據，包括點燈時間、泡體環境溫度、控制裝置MOS管溫度；步驟6、采用人工神經網絡和遺傳算法，結合環境因素和輸出數據對無極燈功率因數校正電路的電壓設定值以及高頻諧振逆變電路的頻率設定值進行優化，所述的輸出數據包括6 態汞原子分布、電子溫度分布、電子密度分布、磁通密度分布、電勢分布、電流密度，同時生成直觀的圖像和報表，獲得無極燈最優狀態下的功率因數校正電路的電壓設定值以及高頻諧振逆變電路的頻率設定值；步驟7、根據仿真裝置輸出的6 態萊原子分布、電子溫度分布、電子密度分布、磁通密度分布、電勢分布和電流密度判斷仿真結果是否符合用戶要求，若符合則投入實際研發與生產；否則，確定輸出期望值與實際輸入數據相比誤差最大的參數進行修改，并同時確定環境因素中點燈時間、泡體環境溫度、控制裝置MOS管三個因素中與實際偏差最大的量進行調節，返回執行步驟2，直至符合用戶要求為止。本專利技術優點:本專利技術一種，基于數學物理和化學方程和有限元數值分析模型，在Comsol (Comsol Multiphysics)上實現高頻無極燈電、磁、等離子等多種物理場的建立、實現、優化指導無極燈產品的研究與開發；應用機理模型和計算機仿真指導無極燈的研究與開發，降低研制成本，縮短研制周期，提高研制質量，實現計算機全程輔助無極燈開發過程；基于Comsol的無極燈光、電參數仿真平臺使無極燈產品的研制過程，讓無極燈的開發過程從仿制、實物實驗、數據積累的過程中走出來，降低了成本，縮短了周期，提高了質量，為無極燈批量生產提供了可靠的技術保證。附圖說明 圖1為本專利技術一種實施例的整體結構框圖；圖2為本專利技術一種實施例的電感耦合式高頻無極燈仿真裝置示意圖；圖3為本專利技術一種實施例的一種電感耦合式高頻無極燈仿真流程圖；圖4為本專利技術一種實施例的開燈Hg的發射光譜圖；其中，Ca)為開燈IOminHg的發射光譜圖；(b)為開燈0.5minHg的發射光譜圖；圖5為本專利技術一種實施例的無極燈有限元網狀圖；圖6為本專利技術一種實施例的人工神經網絡的應用示意圖；圖7為本專利技術一種實施例的人工神經網絡建立數學模型的工作原理示意圖；圖8為本專利技術一種實施例的功率因數校正電路回路控制示意圖；圖9為本專利技術一種實施例的聞頻逆變電路回路控制不意圖；圖10為本專利技術一種實施例的等離子體參數驗證電路圖；圖11為本專利技術一種實施例的comsol工藝數據輸入輸出示意圖；圖12為本專利技術一種實施例的電感耦合式135W高頻無極燈Hg離子質量分數與相關參數的關系曲線，其中，(a)為Hg離子質量分數與功率關系曲線，(b)為Hg離子質量分數與溫度關系曲線，(c)為Hg離子質量分數與氣體壓力關系曲線，(d)為Hg離子質量分數與頻率關系曲線，Ce)為Hg離子質量分數與初始電子密度關系曲線；圖13為本專利技術一種實施例的電感耦合式135W高頻無極燈仿真裝置輸出圖像，其中，(a)為質量分數示意圖，(b)為磁通密度示意圖，(C)為電勢示意圖，Cd)為電流密度示意圖，Ce)為電子密度示意圖，Cf)為電子溫度示意圖。具體實施本文檔來自技高網...
【技術保護點】
一種電感耦合式高頻無極燈仿真裝置，其特征在于：包括數據輸入模塊、第一數據采集模塊、幾何建模模塊、物理耦合\化學反應模塊、網格剖分模塊、計算求解模塊、數據輸出模塊、環境因素輸入模塊、第二數據采集模塊、參數優化器和最優值輸出模塊，其中，數據輸入模塊：用于設置無極燈的幾何形狀、泡體直徑、燈泡材料、耦合線圈直徑、線圈匝數、耦合棒長度、功率、頻率、電壓、初始電子密度、冷端溫度和磁場建立時間，并將參數遞送至數據采集模塊；數據采集模塊：用于采集用戶輸入的數據，并將泡體幾何形狀、泡體直徑、燈泡材料、耦合線圈直徑、線圈匝數和耦合棒長度發送至幾何建模模塊，將初始電子密度、冷端溫度和磁場建立時間發送至物理耦合\化學反應模塊，將功率、頻率和電壓發送至網格剖分模塊；幾何建模模塊：用于根據輸入的幾何形狀的參數，在三維空間內，建立無極燈泡體的幾何模型，并將幾何模型數據發送至網格剖分模塊；物理耦合\化學反應模塊：用于確定泡體內化學反應，并根據等離子體動力學將電場、磁場與等離子場進行多物理場耦合，并將物理耦合信息與化學反應信息發送至網格剖分模塊；網格剖分模塊：用于根據幾何建模模塊建立的無極燈泡體幾何模型，建立求解域，根據多物理場耦合以及泡體內化學反應在求解域內進行網格剖分，并將劃分好網格的幾何模型發送至計算求解模塊；計算求解模塊：采用有限元數值分析的方法，在求解域內對無極燈進行多物理場耦合仿真，對63P1態汞原子分布、電子溫度分布、電子密度分布、磁通密度分布、電勢分布、電流密度進行計算求解，并將求解后的上述數據發送至數據輸出模塊；數據輸出模塊：用于采集計算求解模塊輸出的數據，并輸出仿真結果至第二數據采集模塊；環境因素輸入模塊：用于設置點燈時間、泡體環境溫度、控制裝置MOS管溫度三個環境參數，并將上述參數發送至第二數據采集模塊；第二數據采集模塊：用于對環境因素以及數據輸出模塊輸出的數據進行采集，并輸入到參數優化器中；參數優化器：用于采用人工神經網絡和遺傳算法對無極燈的點燈時間、泡體環境溫度、控制裝置MOS管溫度、63P1態汞原子分布、電子溫度分布、電子密度分布、磁通密度分布、電勢分布、電流密度進行優化選取，獲得無極燈工作在最優狀態下的功率因數校正電路 的電壓設定值、高頻諧振逆變電路的頻率設定值；最優值輸出模塊：用于采集并輸出參數優化器計算求得的功率因數校正電路的電壓設定值以及高頻諧振逆變電路的頻率設定值，并發送回第一數據輸入模塊作為用戶下次仿真的參考數據。...
【技術特征摘要】
【專利技術屬性】
技術研發人員：周瑋，馮禹銘，徐寧，奚文龍，
申請(專利權)人：東北大學，
類型：發明
國別省市：
還沒有人留言評論。發表了對其他瀏覽者有用的留言會獲得科技券。