标准组件

2024-10-03

标准组件（精选6篇）

标准组件篇1

0 引言

在导引头系统里,为了使发射机与天线之间信号传输时天线可以比较轻易地转动,一般都需要波导和电缆的连接。常规的波导和电缆间连接,是采用标准的同轴-波导转换器和一段两头装有连接器的电缆组件,这样大大增加了传输系统的损耗、质量和体积。随着国防科学技术进一步发展,武器装备对系统体积和质量提出了更高的要求。为此,我们研制了一种新型的非标准波导-同轴电缆转换组件。它是一种电感性的转换,采用非标准波导—同轴电缆—非标准波导的结构,直接把电缆内导体插入非标准波导谐振腔内进行转换,省略了中间许多转换环节,大大地减小了波导和电缆之间的刚性部分连接高度,使其能在狭小的空间里使用。该组件具有设计简单、结构独特、损耗小、电压驻波比小、性能稳定可靠和使用方便等特点,可广泛应用于雷达、通讯、微波系统、电子对抗和导引头系统等现代武器装备中,是微波传输系统中必不可少的部分。

1 结构设计和特征

1.1 波导截面尺寸

我们需要的波导-同轴电缆转换组件应用在Ku波段的高端,其标准波导口径为7.9 mm×15.8 mm,法兰接口外形尺寸为33 mm×33 mm,由于标准波导-同轴电缆转换组件体积过大,无法在很小的壳体内正常使用。因此,为了满足系统小型化的需要,我们选择了非标准矩形波导截面尺寸。

一般情况下,矩形波导截面长度a和宽度b选择的首要条件是使矩形波导只传输TE10模,为此应满足:a<λ<2a,λ>2b。综合考虑了高次模抑制效果、损耗和传输功率等因素,矩形波导截面尺寸一般选择a=0.7λ,b=(0.4~0.5)a或b=(0.1~0.2)a[1],考虑到实际应用的空间狭小,我们选择b<(0.4~0.5)a。

1.2 组件的结构

非标准波导-同轴电缆转换组件是由非标准波导-同轴转换器和同轴电缆组成,其结构如图1所示。非标准波导-同轴转换器是由同轴谐振腔、短路活塞、λ0/4同轴调谐器和波导谐振腔等组成,其结构如图2所示。其中,λ0/4同轴调谐器的结构设计是该组件的关键,电缆内导体和λ0/4同轴调谐器、短路活塞和波导谐振腔之间采用焊接的方式进行固定,保证电缆内导体在谐振腔内有确定位置。这样可以大大降低组件损耗,同时也有利于驻波系数的降低,在一定程度上提高了组件的可靠性。图3为我们设计的非标准波导-同轴电缆转换组件实物图。

2 特性阻抗匹配和模式转换

200 Ω左右的波导与50 Ω电缆的特性阻抗之间匹配,波导TE10模式和电缆TEM模式之间转换,都是非标准波导-同轴电缆转换组件设计和调试中需要解决的问题。我们设计的组件是把同轴电缆内导体作为一个小天线伸进波导谐振腔内,波导谐振腔的一端接有短路活塞,在正对电缆内导体位置装一只λ0/4同轴调谐器。电缆内导体通过波导谐振腔后插入λ0/4同轴调谐器,并位于λ0/4同轴调谐器的中心位置,这样可以保证电缆内导体在谐振腔里有确定的位置。通过移动短路活塞在波导谐振腔里的位置及λ0/4同轴调谐器在同轴谐振腔里的位置,使同轴电缆与波导连接处的总辐射电阻等于同轴电缆的特性阻抗,并使在同轴电缆内导体处因杂波引起的电抗与短路活塞提供的电抗彼此抵消,即总电抗等于零,从而达到特性阻抗匹配。同轴电缆是沿着电场方向插入波导谐振腔内,将微波能量辐射到波导的有限空间中,在电缆内导体两边激励起电磁波。由于设计的波导是单模传输的,所有高次模都被截止,只有TE10模传输。电缆内导体TEM模的场具有储能特性,它们同波导工作模式TE10进行能量耦合,相当于在电缆内导体处给矩形波导引入了一个电抗(或电纳)分量,通过调整电缆内导体在同轴谐振腔里的位置(即改变λ0/4同轴调谐器在同轴谐振腔里的位置)和改变短路活塞在波导谐振腔里的位置,使电磁能量全部进入波导谐振腔内,消除反射波,实现同轴电缆TEM模与波导TE10模之间的转换。

3 短路活塞

通过移动短路活塞的短路面,可以在波导谐振腔内提供不同的电抗值,因此短路活塞可用作调谐和调配元件。它具有结构简单、电气接触良好、移动接触稳定等特点[2]。

我们设计的短路活塞如图4所示。短路活塞的端面一般在离同轴电缆内导体中心λg/4奇数倍处,根据经验,一般略短于λg/4的奇数倍处,使短路活塞接触处位于高频电流的节点,以减小损耗,并获得较宽的频带[3]。为了使电磁波全反射,防止功率泄漏,并在大功率试验时不出现打火现象,短路活塞与波导谐振腔体之间往往采用焊接方式。

4 λ0/4同轴调谐器

λ0/4同轴调谐器如图5所示,一端短路,另一端开路,它的工作模式是TEM模,具有场结构稳定、频带宽等特点。调节λ0/4同轴调谐器在同轴谐振腔内的位置,即调节λ0/4同轴调谐器的长度,以激励起TEM模后,电磁波在腔中来回反射形成驻波。λ0/4同轴调谐器的长度l=λ0(2n-1)/4,其中n=1,2,3,…。当n=1时,λ0=4l,为最低次振荡模式的谐振波长,它不是唯一的,可以周期性地出现。λ0/4同轴调谐器中最低次振荡模式的场结构如图6所示[4]。可见,改变λ0/4同轴调谐器在同轴谐振腔的位置就可以改变谐振波长。λ0/4同轴调谐器内径D和电缆内导体直径d的选择必须保证同轴谐振腔只能有TE10模传输,且要有较高的空载品质因数Q0值,其Q0值为:

undefined

式中l为λ0/4同轴调谐器在同轴谐振腔里的位置长度,是λ0/4的奇数倍;D为λ0/4同轴调谐器内径;d为同轴电缆内导体直径;λ0为自由空间的波长;δ为趋肤深度。

当D/d=3.6时,Q0值最大,实际上在2.5≤D/d≤6之间变动时,Q0值变化不大。为了避免产生高次模,应满足π(D+d)/2<λ0。根据计算和实践经验,λ0/4同轴调谐器的D/d=4时为最佳。

5 建模和仿真

由于受加工质量、装配、调试等多道工序的影响,实际产品的调试结果是有差异的。为了提高设计可行性,减少多批试制过程,缩短试制周期,提高设计效率,我们利用Ansoft HFSS软件,手动改变参数的设置,或者采用参数扫描和优化功能,建立三维模型,如图7所示。

根据建立的模型,对理论计算的近似尺寸进行仿真并调整。在组件工作频率范围内,VSWR仿真结果如图8所示,VSWR是以波腹、波节相间的波形分布的,在节、腹之间作余弦变化,可见该曲线是比较理想的。

6 实验结果

非标准波导-同轴电缆转换组件的测试结果如表1所示,可见,此组件具有低损耗、小电压驻波比和稳定性好的特点,且VSWR和插入损耗优于俄罗斯同类产品。

由于此组件使用场合对电缆柔软性要求较高,因此此组件采用的电缆是损耗系数≤4.3 dB/m的超柔软电缆。如果可以适当降低对电缆柔软性的要求,则组件的插入损耗可更小。

7 结论

此非标准波导-同轴电缆转换组件具有损耗小、电压驻波比小、结构稳定可靠和电缆柔软的特点。该组件工艺成熟,已批量生产和在实际中应用。但到目前为止调试和封装无法实施机械化,只能手工操作,故在产品一致性方面有点欠缺。随着技术的进一步发展,我们相信产品的一致性及其结构也将会得到进一步的完善。该产品的研制对相同系列不同频段产品的开发具有借鉴作用。

参考文献

[1]陈振国.微波技术基础与应用[M].北京:北京邮电大学出版社,1996.

[2]广东省邮电学校.微波技术基础下[M].北京:人民邮电出版社,1980.

[3]廖承恩.微波技术基础[M].西安:西安电子科技大学出版社,1994.

[4]周希朗.电磁场理论与微波技术基础[M].南京:东南大学出版社,2005.

标准组件篇2

根据前文公共租赁住房调研情况看, 厨房空间电器设施种类多、机电管线较为复杂, 标准化程度低;另外, 公租房是在有限的建筑面积条件下设计和建设的, 空间较为集约, 储藏空间不足、物品取放不便等问题十分普遍。因此本文以厨房和储藏空间两者为研究对象, 希望以此为出发点来构建适宜的功能参数体系, 确定配套组件模数体系以及相应的配套组件集成方案, 使其能进行标准化的快速设计和生产, 并实现快速可靠的安装。为日后公租房套内其他内装组件的研发提供数据基础和研究依据。

本篇基于前篇所述家庭储藏空间实态、家庭物品详情、家电设备参数三个方面的调查结果, 为设计和开发适用于公共租赁住房的厨房组件、储藏组件两类产品, 进行内装组件定型研究。主要包括组件参数标准化研究和组件集成研究两个方面。

2、厨房组件功能参数标准化研究

2.1 组件功能分区

厨房是成套住宅的重要功能空间。主要包括存、洗、切、烧等4种行为模式, 相对应的厨房平面有“单排型”“双排型”、“L型”“U型”等类型。其中, “单排型”厨房功能分区明确、流线清晰、面宽较小, 适合用于公租房中。因此以“单排型”厨房为例进行研究过程的分解。

如图1所示, 按照厨房基本行为模式, 加上贯穿整个楼层的管道井, 将“单排型”厨房可分为如下5个功能区域:A冷藏区、B管井区、C洗涤区、D操作区、E烹调区。研究过程中将该区域内对应的橱柜家具、电器、设备设施等产品作为一个整体的内装组件考虑。对于公租房家庭, 选取冰箱、洗涤池、微波炉、吸油烟机、灶具等常用的基本电器和设备分布于各区域内, 如表1。冷藏区 (A) 对应的电器为冰箱;洗涤区 (C) 对应的设备为洗涤池;操作区 (D) 因考虑到空间集约性嵌入微波炉;烹调区 (E) 对应的设备为吸油烟机、灶具。

利用这一对应关系, 本文以该5个功能区域为对象来进行厨房组件的分析和研究。

2.2 基础数据分析

“单排型”厨房的开间尺寸约为1500m m, 即600m m的橱柜空间加900m m的交通空间。而厨房进深尺寸为各区域中组件宽度的总和, 即A+B+C+D+E。此五个区域中, 冷藏区 (A) 、洗涤区 (C) 、烹调区 (E) 的组件宽度尺寸受该区域内电器、设备尺寸影响较大;管井区 (B) 宽度暂定300mm;操作区 (D) 宽度最小值应符合人体操作最小尺度, 如果该区嵌入微波炉则还应兼顾其宽度尺寸。表2列出了市场调研的部分数据, 以此来进行各区域规格尺寸的研究和分析:

如表2所示, 冷藏区 (A) 中, 冰箱的主流宽度尺寸为500-580mm;洗涤区 (C) 中, 洗涤池 (单槽) 市场主流宽度为350-500mm, 因其可按照使用要求定制相应规格, 尺寸较为灵活, 未予列入最大值与最小值;烹调区 (E) 中, 吸油烟机市场主流宽度为750-850mm, 双眼灶具市场主流宽度为750-780mm, 两者尺寸十分接近, 能较好的整合在该区域中。单眼灶具市场种类较少, 最大值与最小值缺乏统计意义, 并且市场上难以找到与其宽度对应的吸油烟机尺寸。

2.3 橱柜功能参数的标准化定型研究

基于家电设备参数调研, 将各个区域内的橱柜作为内装组件, 进行功能参数标准化设计。以操作区 (D) 为例, 在不嵌入微波炉时, 该组件宽度应符合人体操作最小尺度。以我国成人男性99百分位数的最大肩宽486mm为参照, 对左、右臂各赋予50mm的余量得到586mm, 将其取整为600mm作为 (D) 区较为紧凑的操作宽度参考值;如果将微波炉嵌入其中, 其最小宽度也应满足微波炉所需的宽度尺寸。通过调研得到市场上主流的微波炉三维尺寸, 如表3。主流尺寸为宽450-500mm、深350-450mm、高260-350mm。为了使该尺寸能够兼顾市场上绝大多数家庭微波炉能够嵌入橱柜中, 以各主流尺寸宽、深、高的最大值为参考, 分别是宽500mm、深450mm、高350mm。考虑安全距离、散热等因素, 嵌入微波炉的橱柜尺寸在微波炉尺寸的平均值基础上增加50mm, 即宽、深、高分别为550mm、500mm、400mm。考虑板式家具所占用的厚度以及预留余量取整, 得到容纳微波炉所需空间的一个标准化的空间尺寸就分别为宽600mm、深500mm和高400mm。结合上述分析, 得到操作区组件较为紧凑的宽度为600m。

厨房其余各类电器和设备, 均能通过此方法进行功能参数标准化设计。按照如上分析和研究, 得到冷藏区 (A) 的组件宽度为600mm, 烹调区 (E) 中对于单眼灶具和双眼灶具的组件宽度分别为600mm、900mm。而洗涤区 (C) 的组件宽度选用最小操作尺寸为600mm。以上数据的分析结果显示:各区域形成的组件宽度均为模数体系中“3M”的倍数, 而且“3M”的宽度一般也是橱柜平开门的较小尺度。因此, 可得到在厨房组件宽度上以“3M”为基本外形尺寸模数的结论。同时, 考虑与建筑模数制的“1M”网格兼容, 以一部分“2M”组件为辅助。得出如下组件的功能参数 (表3) :

经厨房组件标准化定型研究, 确定了各功能区域宽度上的外形尺寸参数, 并以此为基础, 对各区域内单一组件进行精细化设计, 形成一系列厨房单一组件产品。并对其净储藏容积进行统计, 结果如表4、表5:

3、厨房组件集成研究

按照上述开发结果, 单排型厨房进深尺寸会因生活需求不同而在一定范围内有所调整。以3M为基本模数将厨房五个区域中的各内装组件进行组合、集成, 在厨房进深1900-3300mm的情况下, 配以2M为基本模数的内装组件, 能够得到不同功能参数的厨房24种。

居住实态调查结果显示, 住户对厨房有不同要求。对于微波炉的放置位置, 住户几乎都赞同置于操作区中, 只是对放置高度有不同意见:部分住户希望操作区中嵌入的微波炉置于顶柜下方;其他用户希望置于底柜内部。对于底柜形式的要求, 部分住户因调料瓶等小物品多, 希望底柜中多一些抽屉或较窄的拉柜;其他住户炒锅、汤锅等大件物品多, 希望多一些空间大的平开柜。对于灶具的要求, 多数青年人住户平时做饭较少, 希望使用轻便省事的单眼电灶具;而另外一些常在家烹饪的家庭则希望用双眼燃气灶具。

因此基于以上住户对厨房功能需求的调研结果, 将该24种尺寸规格的集成厨房组件都相应给出3个建议配置, 最终得到72个不同尺寸、不同功能特点、不同容积的集成结果, 即72种推荐的厨房组件设计方案。并对方案中厨房组件的净储藏容积、热源 (电/燃气) 、建造成本给与相应的指标说明。因设计阶段对整个厨房成本无法把控, 暂未列入每种厨房的建造成本说明, 仅对该项指标进行预留。

现以迷你型、经济型、舒适性等3种不同规格的厨房进行说明, 以此适应不同家庭结构的公租房:例如1900mm进深的厨房, 各功能尺寸可以为:A (冷藏区) +B (管井区) +C (洗涤区) +D (操作区) +E (烹调区) =0mm+300mm+400mm+600mm+600mm。而对于2700mm进深的厨房, 因各区域尺寸不同有4种功能参数形式, 如表6所示:

对于公共租赁住房目前“单排型”厨房平面, 总能在研究开发出的72种厨房中找到1个以上与之对应的集成型厨房组件。这样可在建筑设计环节中做到“按需选择”、“精细考虑”, 从可选的几个组件中找到最为适合的一个进行建设。从而大大地节省了设计时间, 提高了设计效率。

4、储藏组件功能参数标准化研究

4.1 家庭储藏物品分析

公共租赁住房承租对象主要为城市“夹心层”, 在同类家庭结构条件下, 其家庭物品数量和所需储藏容量与商品房住户恐怕并无太大差别, 但是公租房的使用面积与普通商品住房相比却更为集约, 因此储藏空间不足成为公租房家庭最为普遍的问题。因此, 科学合理地设计储藏空间变得尤为重要。同时, 家庭物品的种类和数量随时间推移是一个动态的变化过程, 难以进行定量化的计量和统计。应对公共租赁住房不同家庭进行家庭物品调研, 并对其物品进行科学合理的归类, 以此为依据来指导储藏空间的设计, 为储藏空间标准化的可能提供依据。

研究中以满足公租房申请条件的家庭为对象, 对10户公租房家庭进行物品穷举, 细数各户家用物品的名称类别、数量、储藏位置、三维尺寸等信息并加以统计和分析, 以此为依据进行储藏组件的标准化设计与集成。

因调研中发现厨房、卫生间的储藏方式较独立, 故储藏研究基于居室 (起居室、卧室) 的家庭物品总量及所占容量进行统计, 如下图 (图2、图3) 所示。从物品的件数来看, 其平均值为367件, 有B、C、D、G、H等5个家庭的结果较为接近这一平均水平。而所需储藏空间各个家庭差异较大, 其平均值为3.79m3, 只有家庭C、F较为接近。

从以上数据可知, 对于公共租赁住房家庭, 居室储藏物品数量平均值为367件, 所需平均容积为3.79m2, 此两项数据能在一定程度上对公租房家庭储藏空间的设计提供参考。但是, 从另一角度看, 各家庭物品数量及容积差异较大。10户家庭中, 有3户家庭的物品数量超过平均值367的1.3倍;有4户家庭的储藏所需容积超过平均值3.79的1.3倍。因此, 为满足大多数公租房家庭的需要, 设计时必须在该平均值的基础上多增加储藏容量。设计时不能完全以此两项平均值为参考, 而必须在此基础上增加一定的余量, 才能满足大多数公租房家庭的需要。

4.2 功能参数标准化研究

传统商品房储藏柜外轮廓的进深为600mm, 除去柜门、背板所占据的70~80mm, 其净进深为520-530mm。以物品数量、储藏空间均最接近平均值的C家庭为例, 从调研的结果来看, 除衣物等软质物品外, 其余家用物品的深度最大值为480mm, 为旅行箱的外廓尺寸, 储藏空间净进深取500mm较为合理。

另外, 基于人体工程学和多次的物品取放过程进行研究, 在500m m净进深的尺度下, 以高300-400m m的空间为基本尺度进行物品取放较为方便和实际。高度过小会对取放动作本身带来不便, 过大易导致物品存放效率降低。再结合家庭储藏实态, 以350mm为基准递增的尺度较为适宜, 以满足不同储藏物品的需要, 其依据如表7:

另外, 基于节地节材的考虑, 公共租赁住房设置层高一般为2700~2800m m, 套内净高约为2550mm~2650mm。以350mm递增可形成2100mm和2450mm两个高度的储藏柜形式, 加上顶板和地板的厚度, 均能较好的与公共租赁住房室内净高形成呼应。前者能在柜顶与公租房室内顶棚之间预留约450mm~550mm的空间, 以便放置行李箱等大件物品;后者能将储藏柜直接连接至顶棚, 既简约又充分利用了空间。

在储藏空间进深5 0 0 m m和基本高度2100m m、2450m m确定的情况下, 宽度的取值决定了基本储藏单元的大小。按照上衣宽度500-550mm来计算, 衣物叠放宽度为250-2 7 5 m m, 当储藏元宽度为3 0 0 m m时便可将衣物叠放于其中, 并做到不浪费储藏空间, 因此以宽度符合3 M的组件为基本组件, 得到基本储藏标准化模块组件的三维尺寸为300mm×500mm×350mm。

考虑与建筑模数“1M”网格统一, 以“2M”的组件作为辅助组件, 如200mm×500mm×350mm, 对标准化的储藏单元进行补充, 得到两个标准化的储藏空间标准单元模块如图 (图4) 所示:

标准单元模块能经过不同的拼接与组合, 形成高度为350mm的抽屉等小型储物空间、1050mm的挂置衣物的空间、或高度为2100mm的上部挂置、下部堆放的储物空间。这样若干不同空间尺寸的储藏空间再次按照不同家庭的储物需求进行拼接、组合, 能形成宽度不同、高度为2100mm和2450mm的标准化储藏组件。一般的家庭物品如衣物、被褥、鞋、整理箱、医药箱、甚至吸尘器、拉杆箱、季节性的凉席、电暖气等均可以储藏在上述储藏组件中。储藏组件示意如图 (图5、图6、表8) :

5、储藏组件集成研究

以上述单一储藏组件为基础, 通过组合与集成能够排布出多种储藏空间形式, 解决针对不同家庭、不同家用物品的储藏问题。而且标准化的储藏组件方便更换、维护, 为公租房住户家庭结构的变更做出了余量。集成研究以模数为“3M”的储藏空间标准单元模块为基础, 以宽度为300mm、600mm、900mm的尺寸开发出储藏组件共50个, 其中2100mm高度的为25个, 2450mm高度为25个, 以便于起居室、主卧、次卧等居室空间使用。并且每种储藏组件都标明了集成后储藏组件的三维尺寸、参数组合方式、以及储藏容积。以3种不同规格的储藏组件提供示例 (表9) :

以1800mm X500mm X2100mm的储藏组件为例, 进行储藏的分析, 如图7:因储藏柜顶高度为2100mm, 距离住宅天棚约500mm的空间, 柜顶可以用来放置体量大、不太常用的物品, 例如工具箱、拉杆箱等;将2100mm高度空间分为两份, 可以用来挂置上衣、西装、外套等;2100mm通长空间可以用来挂置女长衣、女裙等;将2100mm分为6份, 以高度350mm作为抽屉, 可以用来放置有纪念意义的物品、医药箱、内衣等物品。

经集成后的储藏组件, 能针对公租房起居室、卧室等不同的空间形态进行尺寸和储藏形式调整。在提高设计效率的前提下能满足不同公租房家庭的储藏需要。

6、结语

本文结合部品上文中市场调研、居住实态调查、人体工程学等, 对公共租赁住房的厨房和储藏空间进行功能参数的标准化与组件集成研究, 并基于此设计了一系列厨房组件和储藏组件。为公共租赁住房厨房、储藏功能空间能够更为科学有效的使用提供了精细化的设计方案, 并通过标准化组件产品的配置和组合, 为公共租赁住房大量快速的建造提供了良好的解决方案。

研究基于厨房内电器、设备设施等的三维尺寸调研结果, 开发出标准化、系列化的冷藏区、洗涤区、操作区、烹调区等五种功能区域的多种单一组件, 并以宽度方向上“3M”为基准, 进行了组件功能参数标准化研究, 并以此为基础进行单一组件的集成, 得到基于不同平面的厨房组件24种, 和72种不同配置、不同功能特点、不同容积的厨房整装组件。

标准组件篇3

LED照明模组是指具有相对完整的光机电热结构部件与层级接口连接器的LED照明产品工业中间件,是LED照明终端产品的核心发光单元,可以附带二次光学系统、散热结构和驱动控制部件;其特征在于,至少包含光源模块或封装器件,可以不使用专用工具将模组拆分成若干部件后仍能将模组中的光源模块或封装器件点亮。

目前,众多标准与规范中涉及LED照明模组的表征形式主要分为四块,分别为机械结构特性、光学特性、电气特性及热学特性,其表征要素见表1。

LED照明模组的表征要素众多,究其原因是因为LED技术参数众多,并且每个参数需由若干量描述;众多的表征要素在不同的标准和规范中,其各表征要素的规范方式也各不相同。

2 LED标准体系表征要素及规范方式

国内外LED标准体系根据各自的理念和市场对产品进行不同性能需求的侧重与规范,即对表征要素的规范方式各不相同。

2.1 国外标准体系表征要素及其规范方式

国外LED标准体系侧重于对产品的用户体验与方便快捷,其在各表征要素规范方式上更侧重与LED模组的互换性能, 其典型例子如ZHAGA国际联盟致力于规范LED光引擎(LLE-LED Light Engines)。ZHAGA的目标是通过设计标准的接口部件实现不同生产厂商的LLE产品之间的互换。ZHAGA发布的接口规范分为机械接口、光学接口、电气接口、散热接口及控制装置五个部分。其规范要素及规范方式如表2 所示。

ZHAGA规范的技术特点:(1) 针对光引擎接口制定规范,不涉及产品规格、安全、可靠性等;(2)已制定的规范专注于不包含散热与二次配光结构的LED模块;(3) 同一个应用不会制定多种不同机械匹配的规格;(4) 属于主动开发型动态规范,具备一定先导性与预见性;(5) 设计应用连接器,对连接部件进行标准化;(6) 不规定互换后的使用效果,采用厂家自述方式。

2.2 国内标准体系表征要素及其规范方式

国内的LED标准化体系侧重于产品的质量与市场需求,因此对LED产品的标准化表征要素更侧重于具体技术参数的规范,国内典型的LED标准规范如国家半导体照明工程研发及产业联盟(CSA) 发布的CSA016《LED照明应用接口要求: 自散热、控制装置分离式LED模组的路灯/ 隧道灯》,规定了满足道路或隧道照明应用、LED模组、控制装置和灯具可替换的接口要求。该标准来源于2009 年科技部推出“十城万盏”半导体照明应用示范城市项目,其目的是为做到便捷拆换式模组路灯,使路灯模组在更换时能完成安装性能和路灯表现性能的互换。该标准对LED照明应用接口的规范要素及规范方式如表3 所示。

CSA规范的技术特点:(1) 针对LED模组接口制定规范,不涉及安全、可靠性等;(2) 考虑到互换后的表现,规范涉及了部分产品规格参数;(3) 已制定的规范针对的是包含散热与二次配光结构的LED模块;(4) 制定了LED模组和灯具、LED模组和电子控制装置之间的接口规范;(5) 属于拟合开发型动态规范,整合特点明显;(6) 同一个规范存在多种不同机械匹配的规格。

ZHAGA国际联盟致力于模组互换性的规范,但其规范不考虑产品互换后的性能表现,这将造成市场为节约成本而造成的产品质量良莠不齐、性能各异等问题。CSA标准对LED照明模组的表征要素规范方式主要体现在对互换性及互换后的性能表现做出的部分产品规格参数的规范,这不仅确保了示范城市项目的落实,还规范了当前市场出现的LED照明模组种类繁多、性能各异、互换性差、产品良莠不齐等问题,但该标准对产品部分规格参数的规范相对要求较高,因此在目前企业技术参差不齐的状况下难以被接纳与推广。

3 标准光组件照明模组的表征要素及其规范方式

标准光组件为规范LED照明产品的互换性与互换后性能表现,针对LED照明产品的无序性与多样性,根据LED照明产品制造链逆向溯源,提取出LED照明产品由上游的器件和模块到下游的光源和照明产品逐级装配组成,实现链式标准化,形成产品谱系。标准光组件通过设计先进性、成本最优性、应用广泛性、需求明确性、系列扩展性和制造通用性六性对产品进行遴选,通过规范其互换性、先进性及可靠性达到规范产品应用以扩大关键零部件替换可选范围,形成专业化与规模化生产使得生产成本降低,促进产业有序发展加速产业成熟。

以LED照明模组为例,其规范的目的最主要是满足不同厂商之间同类产品的互换,同时兼顾到互换之后的性能表现以及一定的可靠性要求,以期在达到互换性规范的同时,逐步规范企业的生产水平及产品质量,在整个规范过程中,也考虑到对LED照明标准光组件的上述六性的要求。

3.1 互换性表征要素及其规范方式

鉴于上述LED标准光组件的规范目的,其最重要的是互换性相关的关键表征要素的规范,而对其互换性能力有重要影响的表征要素最主要考虑其规范方式应满足互换后可以正常使用的功能性要求。

互换性表征要素主要体现在与上下层级,特别是下一层级的对接上,即主要是对光、机、电、热等各类接口进行规范。标准光组件的互换性主要通过各接口形式表现,分别为电气接口、光机接口、热机接口和机械接口四大接口。建议其要素与其规范方式如表4 所示。

除表4 互换性关键表征要素之外,还有以下表征要素虽然在功能上不影响其互换性,但对互换后的性能表现具有极大影响。建议互换性表征影响要素与其规范方式如表5 所示。

对于满足互换性表征关键要素的产品可进行不同厂商的同类产品进行互换,但考虑到其互换后的性能表现不能过于参差不齐,因此需对其互换性表征影响要素进行性能的基础规范。互换性表征影响要素规范方式为指标值或范围值,因该表征要素为标准光组件的初级性能表现,即为强制性表现,不对互换后产品性能有精确的规格参数要求。

3.2 技术先进性表征要素及其规范方式

为保障产品的性能符合市场主流产品的性能而设定的进一步规范,其规范方式均为数值规范。该规范虽非强制性,但符合该规范的产品保障了终端用户体验的还原性,更规范了市场产品的性能,该规范方式将促进产品的系列性生产。

标准光组件的技术先进性主要体现为电气特性、光学特性、色度特性和热学特性。建议其要素与其规范方式如表6 所示。

3.3 可靠性表征要素及其规范方式

可靠性是为保证产品在一定时间内一定条件下无故障地执行指定功能或可能性而设定。标准光组件的可靠性为在技术先进性的基础上更上一层的性能表现而设定,目的是为在完成产品互换性与互换后性能保障的基础上保证该产品的使用寿命和在寿命期间产品的性能具有稳定的表现,因此其规格参数可采用指标值或声称值,但其规范方式应如表7 所示。

3.4 其他相关标准要素及其规范方式

根据照明模组的使用环境、存储要求与使用规范要求,其表征要素及其规范方式还包括表8 所示。

该表征要素的重要性如同互换性表征影响要素,其目的是规范在使用环境、存储环境与使用环境的情况下其各方面性能的表现,确保产品的安全性,因此其规范方式也应为最低标准或企业声称值。

4 基于标准光组件表征要素及其规范方式的运营模式建议

标准光组件的表征要素众多,规范方式各异,用众多要素及规范方式去规范一个产品在短时间内难以达成理想效果,因此对标准光组件的运营模式提出以下建议:

标准组件篇4

LED照明标准光组件( 以下简称光组件) 作为标准化的工业中间部件,统一规范光度、色度、电学、热学特性及机械尺寸,实现规格化、系列化、通用化和标准化的目的,解决不同产品形态在不同应用领域的互换性、兼容性、通用性等问题,有利于LED厂商降低成本,实现大规模生产。规模化生产及应用取决于产品质量的一致性,光色电热特性是评价光组件产品质量的关键指标,是光组件的必检项目,但由于LED的光色电参数与热学参数存在相关性,现有检测方法检出数据与LED终端产品在实际工作状态下的数据相差较大,如何准确、方便、快捷地检测光色电热特性也就成为至关重要的问题。另外,一次性测量光色电热特性存在仪器设备成本高、操作复杂、测量自动化程度低等缺点,造成光组件检测联合实验室及企业的设备投入成本高,检测效率低。

2 光色电热一体化测量原理

在光组件的检测标准中,光色电参数都由积分球光谱仪、电源、功率计实现测量,测量技术比较成熟,故不在此作详细介绍光色电特性测量原理。但是热学特性是光组件的设计应用并制约光色电特性的核心问题,首当其冲要解决热学特性测量问题。

当电能施加于光组件后,将转换为光能及热能,根据能量守恒定律,光组件消耗的电功率Pel转换为波长为380~780 nm的光谱辐射功率Pv/s和热功率Pth。散热功率Pth由向空气传递的前向散热功率Pth, front、向热沉传递的后向散热功率Pth, rear组成,如公式(1) 与图1 所示。传统方法将光组件的所有热量都假设为通过散热器向后扩散,但真实情况下存在向前扩散热量,在热学设计中真正需要考虑的散热功率是后向散热功率,并以此作为散热器设计的依据。

基于光组件散热功率的实际情况,将采用散热功率法测量光组件的热学特性,把热学特性由传统的结温、热阻改为参考点温度、后向散热功率、扩散热阻表示。参考点温度一般定为光组件背面的中心点( 见图1),一定程度上与结温对应, 参考点温度的测量相对结温、热阻来说比较容易,在下游用户使用时只需要保证参考点温度不高于厂家规定的最高温度Tr, max即可确保光组件不过热。后向散热功率Pth, rear是设计热沉的重要指标,即热沉需要处理的光组件往后发出热量的能力。扩散热阻Pth, sp反映光组件中心Tr和边缘Tsx温度差的参数,如果中心和边缘温差太大, 则容易出现发光面局部过早光衰、颜色漂移乃至烧毁的状态,如公式(2) 与图2 所示。

3 光色电热一体化测试系统设计

为了满足光色电热一体化测量需求,我们设计一套光色电热一体化测试系统,如图3 所示。整个系统由包括积分球、光谱仪、电源、功率计、热学监控系统等组成,积分球光谱仪用于测量光组件的光色参数(如光通量、相关色温、色品坐标、显色指数、峰值发射波长等),电源、功率计用于提供测试供电并测量光组件的电学参数( 如正向电压、功率等),热学监控系统用于控制光组件在不同温度并记录相应的热学参数( 如参考点温度、后向散热功率、扩散热阻等),整套系统可以在不同的温度条件下对光色电热进行一体化测量。

在设计系统过程中,充分考虑实际操作应用情况,通过将热学监控系统紧密安装在积分球侧面确保光组件发光面在积分球内部,避免光组件发出光线被积分球内表面遮挡而带来测量误差;电源、功率计在为光组件提供电学工作条件的同时,采用四线制测量光组件的电学参数,有效地消除线路电阻,提高电学测量准确度;通过整合温度计、加热器、热流传感器等仪器实现测量光组件的参考点温度、后向散热功率、扩散热阻等参数;在本系统各个部件的接触面均匀涂覆导热性能良好的导热硅脂,提高导热效率;为了防止本系统热学测量通道内部热量与外界环境发生热交换影响热学参数测量准确度,设计隔热保护层,减少光组件向外界环境的热流出;利用制冷系统与散热风扇的主动散热功能相结合,将光组件热量快速地通过散热器向后传导,提高测量效率。

在测量光组件的光色电热特性时,需要先对热流传感器与电压表进行校准,保证热学特性测量准确性,再利用本系统一次性地测量光色电热特性。校准工作:光组件完成安装后,在不通电情况下,调节加热器的加热功率Pth, ch为10 W、20 W、30 W、40 W、50 W,记录电压表的示数Vhfs,此时Pth, ch与Vhfs呈现线性关系,利用线性回归法对试验数据进行拟合,计算出Pth, ch与Vhfs的相关系数 β(W/V)。测量工作:光组件在正常工作,调节加热器的加热功率Pth, ch,使得光组件背部的参考点温度为Tr, max,电压表测量电压Vhfs,温度计监测中心与边缘参考点温度Tr、Tsx,功率计测量正向电压、正向电流、电功率Pel等电学参数,积分球光谱仪测量光谱辐射功率光通量Pvis、显色指数、相关色温、显色指数等光色参数。综合以上实验数据及公式(1)、(2)、(3),计算出散热功率Pth、前向散热功率Pth, front、后向散热功率Pth, rear、扩散热阻Pth, sp。

4 光色电热特性试验分析

不同温度条件导致光组件内部结构的微观特性不同,进而出现宏观特性的不同( 如光通量、峰值发射波长、色品坐标、相关色温、显色指数、正向电压等光色电参数),因此,要准确表征光组件的实际工作状态需要在不同温度条件下对光色电参数进行测量,并找出其中的规律。

利用光色电热一体化测试系统,选取国内某厂家的层级2 光组件( 封装器件) 在恒流条件下进行测量光色电热特性参数,利用最小二乘法将试验数据进行线性拟合,具体参数曲线如图4 至图9 所示。测量结果表明,光通量、色品坐标、正向电压随着参考点温度Tr升高而降低,呈现负相关线性关系,光通量相对值与Tr的相关系数约为-0.20%/℃,色品坐标x、y与的相关系数约为-0.000 05/℃、-0.000 03/℃,正向电压与Tr的相关系数约为-1.7 m V/℃;峰值发射波长、相关色温、显色指数随着参考点温度Tr升高而升高,呈现正相关线性关系,峰值发射波长与Tr的相关系数约为0.05 nm/℃,相关色温与Tr的相关系数约为3.3K/℃,显色指数与Tr的相关系数约为0.04/℃。根据试验数据,我们只需知道光组件安装到LED终端产品后在实际使用中的供电条件和温度条件后,即可推算出实际使用中的光学、色度和电学参数。

5 结语

针对现有测量方法中存在的缺陷,本文提出适用于光组件的光色电热一体化测试方法、设计相应测量系统并进行试验验证。本测试方法具有操作方便简单、高效快捷、检测成本低、测量参数多、测量数据应用方便等优点,很大程度上解决了光组件的光色电热检测难题,为准确评价光组件的品质提供合适的依据,有利于促进光组件的应用和推广。

摘要：针对光度、色度、电学、热学特性等评价LED照明标准光组件产品质量的关键指标,在介绍光组件的光色电热一体化的测量原理的基础上,提出散热功率法测量热学特性,设计相关测量系统。试验证实,参考点温度与光色电特性的相关性,解决光组件的光色电热一体化的检测难题,降低产品的研发成本,促进光组件的推广及应用。

标准组件篇5

根据住房和城乡建设部《关于印发〈2011年住房和城乡建设部归口工业产品行业标准制定、修订计划〉的通知》 (建标[2011]16号文) 要求, 由中国建材检验认证集团股份有限公司、中国建筑金属结构协会光电建筑构件应用专业委员会, 会同有关单位共同起草的建筑工业产品行业标准《建筑光伏组件用聚乙烯醇缩丁醛 (PVB) 胶膜》、《建筑光伏组件用乙烯-醋酸乙烯共聚物 (EVA) 胶膜》已完成送审稿, 送审稿审查会议分别于2013年9月14日和15日在金坛召开。

会议由住房和城乡建设部建筑制品与构配件标准化技术委员会曹彬主持, 常州斯威克光伏新材料有限公司董事长赵亮致欢迎词, 住房和城乡建设部标准定额研究所副处长展磊作重要讲话, 住房和城乡建设部建筑制品与构配件标准化技术委员会曹彬宣读审查委员会委员名单。审查委员会专家们在认真听取了《建筑光伏组件用聚乙烯醇缩丁醛 (PVB) 胶膜》起草单位王黎、《建筑光伏组件用乙烯-醋酸乙烯共聚物 (EVA) 胶膜》起草单位臧曙光所作的编制情况说明后, 针对两项标准的送审稿, 进行了逐条逐款的审查。

标准组件篇6

一、玻璃对组件功率的影响

光从组件表面到硅体内首先经过玻璃。普通钢化玻璃的透射率为92%左右, 目前市场上已推出具有增透膜的镀膜玻璃, 透射率可高达96%。

实验过程:使用相同效率17%的电池, 除玻璃不同外其余原材料相同完全。正常生产25块镀膜玻璃和25块非镀膜玻璃组件。

经过相同的芬兰模拟仪进行功率测试。

从 (图一) 中可以看出, 非镀膜玻璃的平均功率为234.5W, 镀膜玻璃的平均功率为246.2W。镀膜玻璃一般可提高组件1.09%的输出功率增益, 但其长期稳定性和可靠性需要进一步的研究。在电池和其他辅材不变的情况下, 使用透射率高的钢化玻璃, 组件的输出功率增大, 封装损失减小。

二、EVA对组件功率的影响

EVA (乙烯-醋酸乙烯聚合酯) 用于粘结钢化玻璃、电池和背板, 由于它是紫外不稳定的, 约占太阳光6%的紫外线长时间的照射可造成EVA胶膜的老化、龟裂、变黄, 继而降低其透光率, 因此有些厂家的EVA中会添加抗紫外剂, 这样就会引起EVA在短波段的透射率的下降。

太阳光的强度分布:0.7nm-280nm不易到达地球, 280nm-400nm为UV紫外光, 400nm-750nm为可见光, 750nm-3000nm为红外线。目前接触到的EVA当中, (福斯特F406属于低截止紫外产品) 其他厂家的UV截止波长均在360nm-380nm, 本身对紫外光有一定的截止。EVA的UV截止主要靠EVA本身的紫外吸收剂吸收紫外光并转换成热能并散发出去。EVA本身变黄的部分为内部的耦合剂、抗氧化剂、架桥剂等发生质变。但本身的紫外吸收剂的寿命为多少没有详细的数据。

另外, 有公司提出使用化学性质稳定、耐紫外、透射率高的透明硅胶做为组件的密封胶, 可以有效避免密封胶黄化和电池不能接受到短波长光线的问题。

三、背板对组件功率的影响

背板位于太阳能电池板的背面, 对电池片起保护和支撑作用, 具有可靠的绝缘性、阻水性、耐老化性。 (一般都用TPT、TPE等) 太阳能背材又称TPT材料, 由三层结构组成, 外层是T薄膜, 中间层P薄膜, T与P之间用胶水粘结。其中T表示聚氟乙烯薄膜 (PVF) , 厚度一般在37um左右, 该层是用作太阳能电池封装材料的主要层, 其作用就是耐气候、抗UV紫外、耐老化、不感光等;P表示聚酯薄膜, 厚度一般为250um, 主要的作用及功能是水气阻隔性、电气绝缘性、尺寸稳定性, 易加工性及耐撕裂性等。

背板的反光率的大小对组件的输出功率会造成影响, 根据组件的设计不同, 电池片之间的缝隙会将太阳光反射回玻璃上, 通过的玻璃的折射反射到电池片上增加组件的输出功率。

四、焊带对组件功率的影响

(一) 目前市场的焊带主要分为含银和无银焊带。其中含银焊带除价格昂贵外有自己的优势:

1. 增加焊锡与被焊接金属的冶金结合度。焊接后机械强度、导电性会更好。

2. 加银之后, 三元合金的熔点比二元合金的熔点还要低一些, 其可焊性, 流动性有所提高

3. 电阻率会有所降低, 耐高温的性能提高。

(二) 焊带电阻主要由焊带本身的尺寸规格和铜基材的材质决定, 表面涂锡层的成分不会明显影响焊带电阻。

增加焊带宽度或者厚度, 能降低焊带电阻。这种改善无论是对于传统的焊接方式, 还是新型的导电银胶或者导电胶带连接等低温连接方式, 都能起到同样作用。但宽于正面电极宽度的焊带会遮挡入射光, 引起电流损耗。我们推荐在不影响碎片率的前提下, 使用较厚的焊带。

(三) 太阳能电池被焊带覆盖部分无法吸收太阳光,

某些焊带公司推出了反光焊带, 焊带的正面镀银并压延出纵向沟槽状结构, 这种结构能将入射到焊带上的光线以一定角度反射到组件的玻璃层内表面, 在玻璃-空气界面上全反射后投射回电池表面。捕捉到的光能让组件产生额外增加的功率, 理论上可以提高组件效率2%左右。

五、结论

降低组件功率的损失是太阳能行业追逐的目标, 通过对现使用的组件原材料进行改善, 工艺创新, 最终减少组件功率的损失。