一种全光谱智能自适应护目镜及控制方法
技术领域
本发明涉及太阳能可穿戴设备技术领域，尤其是涉及一种全光谱智能自适应护目镜及控制方法。
背景技术
太阳镜发明近百年来，都是通过镜片染色来遮挡太阳。但阳光弱时，镜片染色显得太深而影响视野；阳光强时，镜片颜色显得太浅而不足以遮挡阳光。事实上，染色不能适应光照环境的变化。
现在无论是国外还是国内的变色眼镜可分为传统护目镜和化学变色镜。传统变色镜采用染色镜片，材质多为树脂、塑料和玻璃，主要作用为紫外线阻隔、遮阳以及装饰作用，无法根据光线明暗进行调节。而化学变色镜在适当波长光的辐照下改变其颜色，而移去光源时则恢复其原来颜色的，变色时间较慢，其镜片主要材质为光致变色玻璃或光色玻璃。这些老式的变色眼镜在技术上已经相对落后了，不能满足人们对变色眼镜的需求，因此亟需设计一种能够自适应光线的护目镜。
发明内容
本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种全光谱智能自适应护目镜及控制方法。
本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：
一种全光谱智能自适应护目镜，包括镜架与镜片，镜架包括中部连接部、镜框和镜脚，所述的镜片为设有中空层的PC偏光镜片，所述的中空层中装填有液晶材料；所述的中部连接部外表面上设有环境光传感器，所述的环境光传感器用于检测可见光光通量值和紫外光光通量值并输出为电信号；所述的中部连接部的内部设有可编程控制器，可编程控制器包括依次串联的输入接口、ARM处理器、输出接口和电压调节器，所述的输入接口用于接收、转换来自环境光传感器的电信号并传输至ARM处理器，所述的ARM处理器用于处理接收到的信号并发出控制指令，所述的输出接口用于将ARM处理器输出的指令信号输出、转换并传输至电压调节器，所述的电压调节器与液晶材料电连接，电压调节器用于调节施加于液晶材料上的电场强度和方向；所述的镜框和镜脚外表面上设有太阳能电池片，太阳能电池片通过内置于镜框和镜脚内部的线路与电压调节器连接。
进一步地，所述的镜框与镜片的接触处设有多个电极，电极的一端与液晶材料接触，另一端通过线路与电压调节器电连接。
进一步地，所述的太阳能电池片为砷化镓太阳电池片。
进一步地，所述的太阳能电池片通过胶黏或嵌套的形式固定于镜框和镜脚外表面。
进一步地，所述的太阳能电池片的能量密度大于等于35mW/cm2，环境条件为AM1.5，25℃。
进一步地，所述的液晶材料的变色响应速度小于等于0.2s。
进一步地，所述的环境光传感器包括PIN光敏二极管和微信号CMOS放大器，所述的PIN光敏二极管的相应区间为可见光和紫外光范围。
一种用于全光谱智能自适应护目镜的控制方法，包括以下步骤：通过环境光传感器检测单位面积上的光通量，分别对可见光部分和紫外光部分的光通量进行计算并得到可见光光通量值和紫外光光通量值，并以电信号的形式输送至输入接口；输入接口将电信号转变为数字信号并输出至ARM处理器中，ARM处理器对该数字信号进行判断，当可见光光通量值和紫外光光通量值均小于设定的下限阈值时，ARM处理器不向电压调节器输出指令信号，电压调节器处于断开状态，来自太阳能电池片的电能不向外部输出电能，当可见光光通量值或紫外光光通量值超过下限阈值但小于上限阈值时，ARM处理器向电压调节器发出指令，控制电压调节器向液晶材料输出与光通量值呈正相关的电压值，使得液晶材料的透光率与光通量呈负相关；当可见光光通量值或紫外光光通量值超过上限阈值时，ARM处理器向电压调节器发出指令，使得液晶材料的透光率降至最低值。
进一步地，ARM处理器将数字信号输出至输出接口，通过输出接口将数字信号转变为电信号并将电信号输送至电压调节器。
进一步地，所述的电压调节器通过与液晶材料接触的电极向液晶材料施加电压。
进一步地，镜架为高强度人体工学镜架，采用TR－90材料、钛材料等材料制造。
与现有技术相比，本发明具有以下优点：
1)本发明采用在双曲面偏振片中灌注液晶材料，使得该护目镜可在滤除光束中的散射光线的同时还可针对性的对透光性进行调整。
2)本发明在护目镜的即时调控中引入了可编程控制器，可编程控制器根据环境光传感器获得的光通量值来切换滤光模式，并将可见光光通量与紫外光光通量分别衡量，避免了紫外光光通量超过正常含量的可能。在具体调控中分为三个调整范围，并可根据实际需求设置上限阈值和下限阈值，使得护目镜在下限阈值以下的范围中无需开启滤光，以此获得较为充足的光线；当可见光光通量值或紫外光光通量超过下限阈值时可以给使用者提供实时的滤光效果调控；而当其中有一项光通量超过上限阈值时透光率可以瞬间降至最小值，此时可防止高通量的光对使用者眼镜产生伤害。
3)本技术方案中采用了在镜框和镜脚外表面上设置太阳能电池片的方法，以此可为可编程控制器和液晶材料提供电能，可随时使用，避免了充电的顾虑。
附图说明
图1为本发明中全光谱智能自适应护目镜的具体结构示意图；
图2为本发明中用于光谱智能自适应护目镜的控制方法。
图中：1、镜架，2、镜片，11、中部连接部，12、镜框，13、镜脚。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。
实施例
全光谱智能自适应护目镜包括镜架1与镜片2，镜架1包括中部连接部11、镜框12和镜脚13，具体实施过程中主要从以下几个部分来实现。
液晶材料部分：镜片2为设有中空层的PC偏光镜片，液晶材料装填于中空层中，镜框12与镜片2的接触处设有多个电极，电极的一端与液晶材料接触，另一端通过线路与电压调节器电连接。具体实施时，液晶材料的变色响应速度小于等于0.2s，整体镜片的防水等级为IP68。
环境光传感器部分：设于中部连接部11外表面上，环境光传感器用于检测可见光光通量值和紫外光光通量值并输出为电信号，环境光传感器包括PIN光敏二极管和微信号CMOS放大器，PIN光敏二极管的相应区间为可见光和紫外光范围。
可编程控制器部分：设于中部连接部11的内部，可编程控制器包括依次串联的输入接口、ARM处理器、输出接口和电压调节器，输入接口用于接收、转换来自环境光传感器的电信号并传输至ARM处理器，ARM处理器用于处理接收到的信号并发出控制指令，输出接口用于将ARM处理器输出的指令信号输出、转换并传输至电压调节器，电压调节器与液晶材料电连接，电压调节器用于调节施加于液晶材料上的电场强度和方向；
太阳能电池片部分：设于镜框12和镜脚13外表面上，太阳能电池片通过内置于镜框12和镜脚13内部的线路与电压调节器连接。具体实施时，太阳能电池片可选为砷化镓太阳电池片，太阳能电池片可通过胶黏或嵌套的形式固定于镜框12和镜脚13外表面，太阳能电池片的能量密度大于等于35mW/cm2。
该全光谱智能自适应护目镜的具体控制方法主要通过以下步骤来实现，参见图2。
光通量测试：通过环境光传感器检测单位面积上的光通量，分别对可见光部分和紫外光部分的光通量进行计算并得到可见光光通量值和紫外光光通量值，并以电信号的形式输送至输入接口。
信号处理：输入接口将电信号转变为数字信号并输出至ARM处理器中。
具体运行时，比对与计算并发出指令过程：
1)ARM处理器对该数字信号进行判断，当可见光光通量值和紫外光光通量值均小于设定的下限阈值时，ARM处理器不向电压调节器输出指令信号，电压调节器处于断开状态，来自太阳能电池片的电能不向外部输出电能，这时镜片2的透光率大于等于90％；
2)当可见光光通量值或紫外光光通量值超过下限阈值但小于上限阈值时，ARM处理器向电压调节器发出指令，ARM处理器将数字信号输出至输出接口，通过输出接口将数字信号转变为电信号并将电信号输送至电压调节器，控制电压调节器向液晶材料输出与光通量值呈正相关的电压值，具体实施时，电压调节器通过与液晶材料接触的电极向液晶材料施加电压，使得液晶材料的透光率与光通量呈负相关，可以给使用者提供实时的滤光效果调控。在具体实施时，可计算对可见光光通量值和紫外光光通量值进行加权平均计算，如各占50％的加权量，对加权平均后的光通量值与输出的电压值作出关联；
3)当可见光光通量值或紫外光光通量值超过上限阈值时，ARM处理器向电压调节器发出指令，使得液晶材料的透光率降至最低值，具体的透光率可设置为低于25％，此时可防止高通量的光对使用者眼镜产生伤害。
上述的对实施例的描述是为便于该技术领域的普通技术人员能理解和使用发明。熟悉本领域技术的人员显然可以容易地对这些实施例做出各种修改，并把在此说明的一般原理应用到其他实施例中而不必经过创造性的劳动。因此，本发明不限于上述实施例，本领域技术人员根据本发明的揭示，不脱离本发明范畴所做出的改进和修改都应该在本发明的保护范围之内。
