車燈線光源優(yōu)化實驗

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1、車燈線光源優(yōu)化實驗報告一．實驗?zāi)康奶骄寇嚐艚z長度在可能達到照明要求的條件下的最佳值。二．問題簡述已知安裝在汽車頭部的車燈的形狀為一旋轉(zhuǎn)拋物面，車燈的對稱軸水平地指向正前方,其開口半徑36毫米，深度21.6毫米。經(jīng)過車燈的焦點，在與對稱軸相垂直的水平方向，對稱地放置一定長度的均勻分布的線光源。要求在某一設(shè)計規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)下確定線光源的長度。該設(shè)計規(guī)范在簡化后可描述如下。在焦點F正前方25米處的A點放置一測試屏，屏與FA垂直，用以測試車燈的反射光。在屏上過A點引出一條與地面相平行的直線，在該直線A點的同側(cè)取B點和C點，使AC=2AB=2.6米。要求C點的光強度不小于某一額定

2、值（可取為1個單位），B點的光強度不小于該額定值的兩倍（只須考慮一次反射）。需要解決的問題：（1）在滿足該設(shè)計規(guī)范的條件下，計算線光源長度，使線光源的功率最小。（2）對得到的線光源長度，在有標(biāo)尺的坐標(biāo)系中畫出測試屏上反射光的亮區(qū)。（3）討論該設(shè)計規(guī)范的合理性。三．問題分析首先利用物理、數(shù)學(xué)知識對問題進行建模。做出假設(shè)1.車燈反射鏡為一旋轉(zhuǎn)拋物面，，即鏡面的焦點在坐標(biāo)原點，若記為鏡面的開口半徑，表示鏡面的深度，則；（題目中，、，因此）2.為燈絲的長度，燈絲在軸上以焦點為中心對稱放置，以表示在焦點正前方放置的測試屏，表示兩個測試點（題中）。我們試圖通過設(shè)計，以最小的發(fā)

3、光功率使得在點的光強不小于某一額定值，在點的光強不小于該額定值的兩倍；3.光強具有可加性；燈泡在通電發(fā)光時，功率在燈絲上服從均勻分布；一個發(fā)光的點光源沿各個方向的輻射強度服從均勻分布，即在以該點光源為中心的球面上點，光強處處相等。4.設(shè)車燈的發(fā)光功率取定（單位發(fā)光功率），分別以、表示在車燈的照射下測試點、的光強；分別以、表示在處的一個單位點光源的照射下測試點、的光強；建立模型模型求解對任意給定，可以通過模擬的途徑計算、：l取定足夠大數(shù)；l按照如下方式隨機產(chǎn)生條光線，并計算該光線直接照射或經(jīng)拋物鏡面反射后與測試屏的交點1）依照均勻分布隨機產(chǎn)生，以點作為發(fā)光點；2）依

4、照單位球面上的均勻分布隨機產(chǎn)生點，以相應(yīng)的徑向作為光線的發(fā)射方向；l取定某適當(dāng)大小的數(shù)，分別以、為中心，以為半徑構(gòu)造球域，就落在其中的數(shù)目進行統(tǒng)計，并以之作為、模擬值。四．模型仿真利用mathematica軟件進行計算機仿真，模擬車燈發(fā)出的光線以及能照亮的目標(biāo)區(qū)域?？捎秒S機發(fā)產(chǎn)生均勻分布的光線。代碼：（見附件程序）仿真結(jié)果：1．4mm的燈絲：2.0.4mm燈絲五．?dāng)?shù)學(xué)軟件求解通過對不同長度的燈絲在一定區(qū)域照明結(jié)果的仿真，在照明區(qū)域取兩個小區(qū)域進行采樣，通過采樣區(qū)光線強度的對比，繪制燈絲長度與照明效果的函數(shù)圖象，如圖得到燈絲長度約4mm是最佳的的結(jié)論。四．算法比較1

5、.軟件中的第一種算法，效率低下，只能進行少量模擬，導(dǎo)致結(jié)果隨機性很大。其得到的燈絲長度與照明強度的分布曲線十分離散，不利于結(jié)果的導(dǎo)出。而且運算速度很慢，等待時間過長。2.程序中的第二種算法，運算快，效率高，雖然單次仿真的精度不夠高，但通過降低單次精度提高運算速度，同時，保證后續(xù)求解分布曲線時有充足穩(wěn)定的數(shù)據(jù)。是一種較為理想的算法。