• Home
  • Kemi
  • Astronomien
  • Energi
  • Naturen
  • Biologi
  • Fysik
  • Elektronik
  •  science >> Vetenskap >  >> Fysik
    Kraftfull LED-baserad tågstrålkastare optimerad för energibesparingar

    En ny tågstrålkastarkonstruktion använder två halvcirkelformiga paraboliska, eller koppformad, aluminiserade reflektorer med högeffektiva lysdioder placerade i planet där de två reflektorerna möts. Genom att kombinera de starka strålarna från varje reflektor genereras den ljusintensitet som krävs för att uppfylla säkerhetsriktlinjerna. Upphovsman:Wei-Lun Liang, National Taiwan University

    Forskare har designat en ny LED-baserad tågstrålkastare som använder en tiondel av energin som krävs för strålkastare med konventionella ljuskällor. Om den används 8 timmar varje dag, elbesparingarna i den nya konstruktionen skulle minska utsläppen av växthusgasen koldioxid med cirka 152 kilo per år.

    Tågstrålkastare belyser inte bara spåren framåt, de spelar också en viktig roll inom järnvägstransporter. Eftersom tåg är svåra att stoppa, strålkastarna måste vara synliga på tillräckligt långt avstånd för att ge människor eller fordon på spåren gott om tid att röra sig ur vägen. Traditionella tågstrålkastare, som använder glödlampor eller halogenlampor, är tillräckligt ljusa för att uppfylla säkerhetsföreskrifter men är inte särskilt energieffektiva eftersom det mesta av energin som driver ljuset omvandlas till värme snarare än synligt ljus.

    Forskare ledda av Guo-Dung J. Su från Micro Optics Device Laboratory vid Graduate Institute of Photonics and Optoelectronics vid National Taiwan University, Taiwan, kontaktades av ingenjörs- och designföretaget Lab H2 Inc., att designa lokstrålkastare som använder lysdioder som ljuskälla. Förutom att kräva mindre energi, Lysdioder håller också längre och är mindre och mer robusta än traditionella ljuskällor.

    "Vissa LED -strålkastarprodukter som säljs på marknaden är utformade med många lysdioder som har utgångar som överlappar varandra i stora sektioner. Dessa konstruktioner slösar bort mycket energi, "sade Wei-Lun Liang från Micro Optics Device Laboratory, som var med och utformade den nya tågstrålkastaren. "Vår forskning visade att elanvändningen kan minskas genom att fokusera på det bästa sättet att fördela LED -energin lika."

    I tidskriften The Optical Society Tillämpad optik , Liang och Su rapporterar en ny tågstrålkastardesign baserad på tio exakt placerade högeffektiva lysdioder. Designen använder totalt 20,18 watt för att uppnå samma ljusintensitet som en glödlampa eller halogenlampa som använder flera hundra watt. Den nya strålkastaren kan också dämpas genom att släcka några av lysdioderna för att undvika att blinda passagerare när tåget passerar en plattform, till exempel.

    Design för energieffektivitet

    Ungefär som de som används för bilar, tågstrålkastare kombinerar vanligtvis en ljuskälla med en parabolisk, eller koppformad, reflekterande yta som fokuserar det utsända ljuset i en stråle. Även om lysdioder är ett bra alternativ för att spara energi, de mest energieffektiva lysdioderna avger mindre ljusfläckar. Av denna anledning, forskarna var tvungna att kombinera de små utgångarna från flera högeffektiva lysdioder till en större cirkulär utgång för att skapa en stråle som var tillräckligt stor för att användas som tågstrålkastare.

    Forskare konstruerade en tågstrålkastare som använder två halvcirkelformiga paraboliska aluminiumiserade reflektorer som innehåller högeffektiva lysdioder (a). Placeringen av varje lysdiod i den övre reflektorn visas i (b). (c) visar belysningsmönster som motsvarar lysdioderna 1 till 5 ordnade enligt (b), visar de enskilda och kombinerade belysningsområdena från fem lysdioder i den övre reflektorn. När de används tillsammans bildar de två reflektorerna ett cirkulärt belysningsmönster. Upphovsman:Wei-Lun Liang, National Taiwan University

    "Att kombinera flera lysdioder är dyrare och förbrukar mer el än att använda några få lysdioder, "sa Liang." Således, vi behövde bestämma hur vi bäst placerar det lägsta möjliga antalet högeffektiva lysdioder som behövs för att uppfylla kraven genom att analysera hur den paraboliska ytan reflekterade LED-lamporna. "

    Forskarnas mål var en strålkastare som skulle ge ljus 1,25 gånger den ljusstyrka som krävs av amerikanska federala regler. Dessa föreskrifter kräver att tågstrålkastare har en toppintensitet på minst 200, 000 kandelor och lysa upp en person minst 800 fot framför strålkastaren.

    Att placera lysdioderna för att spara energi och uppfylla federala riktlinjer kom med flera utmaningar. Forskarna var tvungna att vara noga med att överlappa LED -utgångarna precis tillräckligt för att skapa en stor stråle, men inte så mycket att fler lysdioder, och därmed mer energi, skulle behövas. Också, lysdioderna måste placeras tillräckligt långt från varandra för att värme ska kunna försvinna för att förhindra kretsskador.

    Placering av lysdioderna För att skapa en högeffektiv tågstrålkastare, forskarna använde två halvcirkelformiga paraboliska aluminiumiserade reflektorer. När de används tillsammans, de starka strålarna från varje reflektor kombineras för att generera den ljusintensitet som är nödvändig för att uppfylla federala riktlinjer. Denna design förenklade också placeringen av de kretsar som behövs för att driva lysdioderna eftersom de kunde vara inrymda i den horisontella avdelaren som skiljer reflektorerna åt.

    För att avgöra var LED -lamporna ska placeras i reflektorerna, forskarna uppskattade först den bästa platsen för varje LED och använde sedan en serie tester och simuleringar för att finjustera den slutliga positionen för varje LED baserat på dess motsvarande belysningsmönster. "Andra forskare kan använda den linjära ekvationen vi härledde för att bestämma ungefärliga positioner för lysdioder för andra applikationer, "sade Liang." Detta kan avsevärt förkorta den tid som krävs för att bestämma LED-positionering innan finjustering av positionerna. "

    Forskarna påpekar att strålkastare vanligtvis använder en komplett parabolisk reflektoryta. "Vi tror att detta är den första designen som använder en kombination av två halvparaboliska reflektorytor, "sa Liang." Genom att systematiskt analysera designen för att bestämma den bästa placeringen av lysdioderna i reflektorn, vi kunde minimera elförbrukningen samtidigt som vi uppfyllde kraven för trafiksäkerhet. "

    Forskarna arbetar nu med att förvandla sin design till en kommersiell produkt. Även om den nya designen uppvisar låg strömförbrukning, det genererar fortfarande lite spillvärme. Innan designen kan kommersialiseras måste forskarna utveckla och testa ett värmeavledningssystem för den nya strålkastaren.

    © Vetenskap http://sv.scienceaq.com