一种准分子放电光源的设计方法及系统与流程

本发明属于准分子放电光源辅助设计，具体涉及一种准分子放电光源的设计方法及系统。

背景技术：

1、准分子灯是一种重要的光源，广泛用于光谱分析、光学测量、激光器和其他科学研究、工业和医疗应用中。准分子灯的原理是通过介质阻挡放电(dbd,dielectric barrierdischarge)来激发准分子，并产生位于真空紫外(vuv)和紫外(uv)区域的窄带辐射；然而，在准分子灯的实际应用中，会出现一些问题威胁其性能和稳定性，其中一个主要问题是温漂(temperature drift)。温漂是指随着灯具工作时间的增加或温度的变化，准分子灯的输出光谱或功率出现不稳定的波动现象。这种波动可能导致测量不准确或生产工艺不稳定，特别是在需要高精度测量或长时间运行的应用中。

2、温漂的主要原因之一是灯具内部的温度分布不均匀,在高功率运行或长时间工作的情况下，灯具内部会产生大量热量，但如果散热不足，就会导致局部温度升高，从而改变气体的特性和光谱输出，然而现有的准分子灯的设计通常没有充分考虑到散热问题，导致温度梯度较大，进而引发温漂现象。并且，温漂与灯具内部的散热鳍片区域有关，这些散热鳍片不仅用于将产生的热量传导到外部环境，还有助于维持灯具内部的均匀温度分布。当灯具工作时，散热鳍片应有效地将热量分散，以防止局部温度升高。然而，如果散热鳍片的设计不合理或安装位置不当，就可能导致温度梯度较大，这会引发温漂问题。

技术实现思路

1、本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。为此，本发明的第一个目的在于提出准分子放电光源的设计方法，可以实现降低温漂，提升准分子灯的光电转换效率；

2、本发明的第二个目的在于提出一种准分子放电光源的设计系统。

3、为达上述目的，本发明第一方面实施例提出一种准分子放电光源的设计方法，所述方法包括以下步骤：

4、s100，获取准分子灯的三维模型；

5、s200，将三维模型导入热应力分析软件，以三维模型作为待分析模型；

6、s300，对待分析模型划分热应力网格获取灯具内部的散热鳍片区域热应力分布图；

7、s400，将热应力分布图灰度化，依次计算各个散热鳍片区域的热变性适度值；

8、s500，依次遍历各个散热鳍片区域，得到待分析模型的最大热变性适度值；

9、s600，将待分析模型中的各个热变性适度值小于最大热变性适度值的散热鳍片的区域的厚度进行调整，使所有散热鳍片的区域的热变性适度值大于等于最大热变性适度值，获得调整后的三维模型。

10、根据本发明实施例的设计方法中需要调整的厚度差值动态调整后的三维模型制作准分子灯可以更好的将产生的热量均匀地传导出去，避免产生温度漂移效应，可以在需要高精度测量或长时间运行的应用中保持稳定。

11、优选的，准分子灯可以采用平面型结构和扁平灯管，材质为石英玻璃。

12、进一步的，在s200中，热应力分析软件为workbench软件。

13、进一步地，在s300中，待分析模型划分热应力网格获取灯具内部的散热鳍片区域热应力分布图的方法为：打开workbench软件的材料定义界面将待分析模型上的材料添加对应材料的热膨胀系数、参考温度、线弹性参数、导热系数属性；使用扫掠划分法(sweep)将待分析模型划分出六面体网格，网格尺寸为0.15mm；在steady-state thermal中，添加如下几个边界条件：第一曲面施加温度边界：1100℃，第二曲面施加热流载荷：5000w，散热鳍片施加对流边界：5w/m2℃，环境温度为36℃，初始温度为36℃；计算待分析模型的热应力，获取带有热应力分布的待分析模型；再通过任意拉格朗日—欧拉法对分析模型进行结构网格重构，获取带有热应力分布的待分析模型重构后的网格集合的热应力值，从而得到热应力分布图。

14、进一步地，在s400中，将热应力分布图灰度化，依次计算各个散热鳍片区域的热变性适度值的步骤如下：

15、s401，在热应力分布图中划分出散热鳍片区域。

16、具体的，将热应力分布图灰度化转化为灰度图记为热应力灰度图，然后使用边缘检测算法来识别图像子区域的边缘线，从而获取各个由这些边缘线构成的图像子区域。在这些图像子区域中，通过标注出设置有散热鳍片的图像子区域作为散热鳍片区域，以明确它们在图像中的位置。

17、s402，计算散热鳍片区域的热变性适度值。

18、具体的，令热应力灰度图中散热鳍片区域构成的集合为radiat＝{radiati(i1)}，以变量i1作为radiat中散热鳍片区域的序号，i1∈[1,k1]，k1为散热鳍片区域的数量；radiati(i1)为第i1个散热鳍片区域，在i1的取值范围内，计算radiati(i1)的热变性适度值。

19、进一步的，计算radiati(i1)的热变性适度值的方法为：

20、根据热应力分布图，获取radiati(i1)内各个有限元网格的热应力值；其中，这些热应力值是通过将有限元网格的位置映射到热应力分布图中相应位置的像素点并计算这些像素点的温度值的平均值来获得的；

21、获取radiati(i1)中有限元网格的数量为k2，以σ(i1，i2)表示radiati(i1)中序号为i2的有限元网格中的热应力值，计算出radiati(i1)中各个有限元网格中的热应力值最小的热应力值作为最小热应力值mσ，并获取radiati(i1)的中位数记为易漂热应力值gσ；

22、通过第一等式计算radiati(i1)的热变性适度值rx(i1)

23、

24、其中σ(i1，i2)是第i1个散热鳍片区域中第i2个有限元网格的热应力值。热应力表示该有限元网格内由于温度变化引起的应力。k2是散热鳍片区域内有限元网格的数量，表示该区域内的网格数目。mσ是该散热鳍片区域内所有有限元网格的热应力值中的最小值，它表示散热鳍片区域内最低的热应力情况也是理想情况下的最佳热应力水平，gσ是散热鳍片区域内所有有限元网格的热应力值中的中位数，在实际使用情况下热应力中位数为该散热鳍片区域最容易发生温度漂移的热应力值。是对散热鳍片区域内所有有限元网格的热应力值进行求和表示了散热鳍片区域内热应力值的总和。

25、具体的，为了评估散热鳍片区域内每个有限元网格对于准分子灯温漂问题的影响程度。本实施例通过表示热应力相对贡献度，通过将散热鳍片区域内的总有限元网格数目与最小热应力值的乘积与区域内所有网格的热应力总和相比较，反映每个网格对于整体热应力的贡献程度，然后根据热应力相对贡献度计算热变性适度值rx(i1)可以定量地衡量每个散热鳍片区域在温漂问题中的影响，通过计算热变性适度值rx(i1)值，可以确定哪些散热鳍片区域对于准分子灯温漂问题具有更大的影响，具有较低热变性适度值rx(i1)的区域需要更多的关注和优化，可以使得工程师能够有针对性地改进设计，以减轻温漂效应；通过优化高热变性适度值区域的设计，可以使准分子灯在高功率或长时间运行时系统更容易保持温度稳定，从而提高光谱分析和光学测量的精度和可靠性；通过针对性地优化高热变性适度值区域，可以减少不必要的工程改进和材料成本，这可以更有效地分配资源，将精力集中在对系统性能影响最大的区域上，避免凭主观判断或经验进行设计。

26、进一步的，s500中，依次遍历各个散热鳍片区域，得到待分析模型的最大热变性适度值；

27、具体的，通过第一等式得到各个散热鳍片区域的热变性适度值，比较各个散热鳍片区域的热变性适度值，并记录最大的热变性适度值为rxm。

28、s600，将待分析模型中的各个热变性适度值小于最大热变性适度值的散热鳍片的区域的厚度进行调整，使所有散热鳍片的区域的热变性适度值大于等于最大热变性适度值，获得调整后的三维模型。

29、具体的，将待分析模型中的各个热变性适度值大于等于最大热变性适度值的散热鳍片的区域的厚度进行调整的方法为：

30、s601，记待分析模型中的各个热变性适度值小于最大热变性适度值的散热鳍片的区域为待调整的散热鳍片的区域并提取待调整的散热鳍片的区域的序号记为i3，i3为待调整的散热鳍片的区域的序号。

31、s602，取待调整的散热鳍片的区域的中所有有限元网格的平均厚度值记为原始平均厚度值hc(i3)；

32、s603，计算待调整的散热鳍片的区域的需要调整的厚度差值hx(i3)；

33、将各个散热鳍片区域的热变适度值构成一个序列作为写入序列rxlist1；依次分别计算rxlist1中热变适度值与rxm两两之间的比值，则需要调整的厚度差值hx(i3)为radiati(i3)散热鳍片的区域的原始平均厚度值hc(i3)乘f,其中f为1减去对应热变适度值与rxm两两之间的比值后的绝对值。

34、其中，每个热变适度值与rxm两两之间的比值都意味着不同散热鳍片区域热应力之间的差异，可能由于模型中散热鳍片的厚度单一，导致热应力出现差异，从而使得热变适度值出现差异，通过热变适度值计算出厚度差值，可以很好到修正热应力的差异，减少温度漂移的情况发生。

35、但是，由于计算需要调整的厚度差值hx(i3)比较固定，在实际使用情况下热应力中位数为该散热鳍片区域最容易发生温度漂移，在计算需要调整的厚度差值hx(i3)时将热应力中位数作为单独的参考因素更有助于解决温度漂移，本发明提出了以下计算待调整的散热鳍片的区域的需要调整的厚度差值hx(i3)优选的方法：

36、优选地，待调整的散热鳍片的区域的需要调整的厚度差值hx(i3)的计算方法为：

37、

38、其中hx(i3)为调整的radiati(i3)散热鳍片的区域需要调整的厚度差值，hc(i3)散热鳍片的区域为radiati(i3)散热鳍片的区域的原始平均厚度值，k1表示散热鳍片的区域的数量；ln代表自然对数(以e为底的对数)，gσ是散热鳍片区域内所有有限元网格的热应力值中的中位数，在实际使用情况下热应力中位数为该散热鳍片区域最容易发生温度漂移的热应力值；rxm为最大的热变性适度值，其中对变性适度值rx(i3)+rxm和gσ进行对数化处理可以防止某些散热鳍片结构不平整，出现较大的热变适度值造成计得到厚度插值过大出现各个散热鳍片的调整出现巨大差异，使得调整之后散热鳍片变得不规整导致影响鳍片的制作过程。通过计算和的对数差，可以让所有散热鳍片的区域的热变性适度值大于等于最大热变性适度值(rxm)保持区域性稳定，使每个散热鳍片的区域在热应力均衡方面达到稳定的状态，从而更进一步地减小了整体温漂的发生概率和影响。

39、s604，根据需要调整的厚度差值调整待调整的散热鳍片的区域的厚度，获取调整后的三维模型。

40、具体的，将散待调整的散热鳍片的区域的厚度调整为hc(i3)+hx(i3)

41、根据需要调整的厚度差值动态调整后的三维模型制作准分子灯可以更好的将产生的热量均匀地传导出去，避免产生温度漂移效应，可以在需要高精度测量或长时间运行的应用中保持稳定。

42、为达上述目的，本发明第二方面实施例还提出一种准分子放电光源的设计系统，所述准分子放电光源的设计系统包括：处理器、存储器及存储在所述存储器中并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现一种准分子放电光源的设计方法中的步骤，所述准分子放电光源的设计系统运行于桌上型计算机、笔记本、掌上电脑及云端数据中心的计算设备中。

43、通过准分子放电光源的设计系统执行准分子放电光源的设计方法，可以实现降低温漂，提升准分子灯的光电转换效率。