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水下LED誘魚燈設計與分析及其光傳播
傳統光源屬于點光源,網標燈在所有發射角處具有相等的光能,這通常使照明距離與照明區構成比例。也就是光束傳輸越遠,其照射區域就越大。
網標燈的接下來測量LED吸魚燈;測量是以照明區域的體積為條件,在光源開啟后,按照照度大于10勒克斯來測量;如圖6所示,仿真結果揭示了具有不同發射角和不同陣列數的LED陣列光源的照度,這些陣列距離目標10m或20m。對于發射角為5°的單個LED光源,即使光行進的距離高達20米,其照度還能達到35勒克斯;但是,由于發射角太小而照明區域太窄,因此無法實現可識別的照度。本研究利用光場的平均余弦,光散射概率的方法,發光角度和LED光源的軸向發光強度,構建了水下LED光傳輸模型。除了建立水下LED吸魚燈外,本研究還成功地展示了其水下光場分布,網標燈并分析了其照度以及不同發射角度下的照明區域。
水下光傳輸的模擬結果表明,為了獲得更長的行進距離,需要更小的發射角。然而,為了實現更大的照明區域,具有更大發射角的LED光源不一定更好;相反,它取決于水體的吸收和散射系數。網標燈實驗結果表明,在一般水體中,發射角為35°的1×18陣列LED光源的Z大照射區域為381立方米,水下20m的照度為21.55勒克斯。在水下LED光傳輸模型的設計,魚雷燈的當每個發射角的發光強度與模擬值進行比較時,LED陣列發光模塊的百分比誤差小于10%;因此,該設計方法不僅可以用于評估各種水下環境中LED照明模塊的照明距離和區域,誘魚燈而且可以作為未來水下LED吸魚燈設計研究的基礎。
對于發射角為70°的LED光源,網標燈其光束在距離光源20米處的漫射后,誘魚燈照度僅為0.28勒克斯,太微不足以區分物體或吸引海洋生物。相比之下,LED燈是定向的和扇型的,因此發光強度隨著LIDC在不同的發射角度而變化。雖然可以基于LED單燈的單一方向上的照明距離來估計傳統光源的照明區域。但是,在設計水下LED光源時,作者必須考慮不同光源的發射角和照射區域之間的關系。以水下吸魚燈為例;如果將魚眼可見的10勒克斯的照度設定為標準,魚雷燈則單個LED光源不能提供足夠的照度。網標燈為了解決照度不足的問題,本研究設計了一種LED陣列光源。LED陣列光源在水下任意點的照度E可以用數學表示為: