Aufbau, Charakterisierung und Ansteuerung eines Beleuchtungs-Moduls zur Simulation variabler Unterwasser-Lichtspektren unter Verwendung von Hochleistungs-Leuchtdioden

Abstract

In dieser Bachelor-Arbeit wird die Realisierung eines LED-Moduls zur Erzeugung von variablen Lichtspektren beschrieben. Weiterhin sind die Implementierung einer Steuerungssoftware und die optische Charakterisierung des Moduls Themen der Arbeit. Das Ziel des Aufbaus ist es, Unterwasserlichtfelder im Wellenlängenbereich von 400 bis 750 nm zu simulieren. Die gesamte Strahlungsleistung des Moduls beträgt 8;5W auf einer Fläche von 10 cm × 20 cm. Für den Aufbau sind 72 1W-LEDs von 24 verschiedenen LED-Typen auf zwei Lüfter-gekühlten 10 cm × 10 cm großen Kühlkörpern montiert. Die individuelle Ansteuerung der LED-Typen erfolgt über eine Hardware mit 32 einzeln dimmbaren Kanälen mit einer Auflösung von 12 Bit. Jeder Kanal ist mit einem 350mA-Konstantstrom Tiefsetzsteller verbunden, an welchen LED-Stränge mit einer Strangspannung von bis zu 10;5V angeschlossen werden können. Die Ansteuerung der Module erfolgt über einen I2C-Bus. Die Software zur Ansteuerung wurde in Python 2.7 geschrieben und umfasst eine graphische Benutzeroberfläche. Es ist möglich jede LED-Gruppe einzeln zu steuern. In einer Datenbank sind die kalibrierten Spektren der einzelnen LEDs hinterlegt, dadurch können durch die Software Intensitäten für eine optimale Anpassung an vorgegebene Spektren berechnet werden. Eine weitere Funktion ist die Umsetzung von Tageszeit-abhängigen Lichtspektren. Um ein möglichst homogenes Lichtfeld zu erhalten wird ein Spiegelkanal und eine diffusstreuende Acrylglas-Scheibe verwendet. Dies ermöglicht eine gute Effizienz bei einer maximalen Abweichung der spektralen Inhomogenität von <5 %.