在COVID-19流行期, 为考察新型紫外线消毒技术研究及其应用状况, 对紫外发光二极管和222nm远紫外消毒技术两类新型紫外消毒技术进行了探讨。详细介绍了UV-LED的单波长照射, 脉冲紫外照射和多波长协同照射三种消毒方案的研究进展、应用场所并对其潜力进行了探讨; 重点介绍了222nm远紫外消毒技术, 对其应用和未来发展做出了展望; 讨论了UV-LED现阶段遇到的问题并对紫外消毒市场发展做出了展望, 预计未来紫外消毒市场中将形成汞灯为主, LED为辅, 两者相互补充的格局。

在植物照明领域，由于培养系统受照面随植物的生长不断变化,植物照明系统的设计需考虑在整个生长周期以及植物生长过程中所占空间的照明情况和效果，使其提供整个生长空间的高照明均匀度。但是粗放的传统植物照明解决方案结构简单，并且只针对某一具体参考平面进行优化，无法达到高空间照明均匀度的效果。为解决这一问题，以整个植物培养架的照明空间为研究对象，以空间照明理论为依据，以最近提出的倒置型光源以及传统顶部阵列光源设计方案为参考提出了一种双光源模块的LED植物照明系统。在顶底两面同时设置光源，通过两部分光源的互补混光实现了高空间照度均匀度及混色均匀度。应用Taguchi实验简化实验过程，变异数分析精细优化关键结构参数，更深入研究了光源配光曲线对植物照明系统性能的影响。多次优化后，最终获得水平面和竖直面照度均匀度分别为93.48%和88.54%，混色均匀度分别为90%和87.13%，种植面光能利用率为41.63%的最优设计方案。

针对现有植物光源系统架构难以提供优质的照明环境,提出空间照明均匀度理论。采用多光源模块的植物光源系统实现植物生长空间内的高空间照度均匀度以及色度均匀度,多光源模块由倒置光源、直下式光源以及在生长空间的中部光源组成。通过多光源模块的立体化混光方式达到设计的目的,根据Taguchi理论简化实验过程并结合变异数分析深入优化关键因子,从而找到植物光源系统的最优解。进一步优化LED灯珠的形状和间距,最终获得水平面和竖直面的照度均匀度分别为91.35%和89.71%,混色均匀度分别为87.67%和88.54%的立体化植物光源系统。对植物生长进行模拟和实物测试,实验结果表明植物光源系统能够在整个植物生长空间提供高质量的照明效果。

传统植物照明设计只优化某一参考面的均匀度,导致植物生长空间内的光环境不均一。为了解决该问题,对空间照明均匀度评价体系进行了研究。首先,提出了三种潜在的立体化高空间照明均匀度植物光源设计方案,并借助TracePro光学仿真软件研究了结构参数对照明效果的影响。进一步利用Taguchi方法优化实验过程,并结合ANOVA分析,获得了最佳方案的最优结构参数。然后,基于所得最优解,对植物生长过程中的照明效果进行了测试。最后,介绍了立体化光源系统相对传统阵列式LED光源的技术优势。实验结果表明:最优结构可提供一个均匀照明空间,该空间内的水平面照明均匀度和垂直面照明均匀度分别为92.00%和83.12%,并且两个空间参考平面上的红蓝光混色均匀度分别达到94.19%和90.70%。该植物光源系统可为植物提供其生长过程中所需的均匀空间照明环境。

针对现有室内可见光三维定位系统存在的计算复杂、精度低等缺点,提出了一种基于免疫算法的室内可见光高精度三维定位系统。免疫算法是受生物免疫系统的启示而设计出来的一种具有全局寻优能力的智能算法,可以用于解决全局优化问题,而基于可见光通信(VLC)的室内定位,可以将其转化为全局优化问题。因此,在三维室内定位中,可以通过免疫算法获得最佳的接收机坐标。由于系统噪声和系统中使用的设备不完善,接收器和发射器之间的距离偏离实际值,产生定位误差。通过将误差修正因子引入免疫算法,可以精确地确定接收机在三维空间中的坐标。仿真结果表明,在3 m×3 m×4 m的室内环境中,80次迭代的定位误差为0.69 cm。多点定位测试的平均定位误差为2.13 cm。运动场景定位的扩展实验也表明,所提方法96.04%的定位误差在1.7 cm以下,优于现有的三维可见光室内定位方法。因此,基于免疫算法的室内可见三维定位系统可以实现高精度的定位服务,在各种室内定位场景中具有潜在的应用价值。

为了研究室内可见光ID定位系统中可见光分布对定位功能实现的关系, 搭建可见光通信异步ID定位系统, 通过模拟仿真与实验相结合的方法, 得出定位系统的定位范围和传输误码率分布。实验结果表明: 利用Matlab可以近似地模拟实际模型的空间光分布, 在光分布的三维分布图中找出定位系统光学边界, 准确地调节定位系统的定位阈值。进一步搭建了50 cm×50 cm×50 cm的定位系统原型, 在光学边界范围内实现无误码率的异步通信和定位功能, 而在定位边界上, 信号传输的误码率迅速上升, 当信噪比为25 dB时, 在光学边界上会出现8 cm的信号盲区, 适当增加系统的信噪比, 将有效降低信号盲区的大小。

针对直下式LED平板灯均匀度低且厚度大的缺点, 提出了一种带有曲面底板的直下式LED平板灯, 采用Taguchi方法设计, 并通过TracePro软件进行仿真模拟, 对影响直下式LED平板灯照度均匀度和平均照度的参数因子进行分析, 并运用ANOVA理论分析出各因子对品质的影响程度, 优化各项结构参数, 以设计出符合要求的产品, 并通过实验对模拟结果进行验证。结果表明: LED芯片排布方式对照度均匀度和平均照度的影响程度都最大, 分别有47.4%和50.2%的贡献度。当芯片选择正六边形排布, 倾斜角度为30°, 平板灯无微结构, 混光距离为25 mm, 得到最优化照明效果。扩散板照度均匀度达到88.3%, 与实验结果基本一致,厚度相对于目前直下式平板灯减少37.5%以上。模拟得到的会议室照明效果满足国家建筑照明设计标准, 所得结果为设计直下式平板灯提供理论依据。

基于现有的LED植物光源在植物培育中光照不均匀的问题, 对目前的植物工厂中使用较为广泛的红、蓝LED阵列型光源进行优化设计。通过对比四种不同的LED阵列排布方式, 采用9点法进行PPFD值的测量和光谱的测量, 进一步观察平面上光量子通量密度的均匀性和光谱分布的均匀性, 进而寻求效果较好的LED阵列排布方式。结果表明: 红蓝LED芯片交差分布和阵列行列交错分布的排列方式有利于提高光源阵列光谱的均一性。

基于光谱的光量子学照明系统评价方法，能使现代农业发光二极管（LED）植物照明系统具有可重复性，具有实用意义。基于光量子理论，采用高出光效率、高均匀度的自由曲面底板设计方法，并使用脉冲宽度调制驱动方法，设计了一款应用自由曲面底板的红蓝光LED植物照明用灯具，并对其参数进行测量。将仿真结果与实验结果进行对比详细分析了传统照明设计方法在LED植物照明中的意义。实验结果表明，所设计的灯具光量子通量密度均匀度约为80%，灯具最高温度约为50 ℃。由于没有使用扩散板等二次配光手段，灯具出光效率可视为100%，比使用扩散板的情况提高了34.5%以上，大大减少了植物照明的能耗。扩散板的引入会降低所设计灯具的光量子通量密度均匀度，而对混光均匀度影响不大。因此，在植物照明使用的红蓝光LED组合中，使用自由曲面底板的一次配光方法比使用扩散板的二次配光方法更为简便有效，更符合植物照明的设计需求。