Valon suorituskyvyn mittausmenetelmien ja sovellusskenaarioiden tutkimusLED valonlähteet

Abstrakti

Puolijohdepuolijohteisena-kylmän valonlähteenä LEDistä (Light-Emitting Diode) on tullut valtavirta valaistusalalla sen energiansäästön, ympäristönsuojelun ja pitkän käyttöiän ansiosta. LED-valonlähteiden valoteho, mukaan lukien valotehokkuus, valovirta, säteen kulma, värilämpötila ja värintoistoindeksi, vaikuttavat suoraan käyttökokemukseen. Tämä tutkimus mittaa useiden yleisesti käytettyjen valotehoparametrejaLED valolähteitä ja vertaa mittaustuloksia. Eri sovellusskenaarioiden analyysin perusteella suositellaan sopivia LED-valonlähteitä käytännön sovelluksiin. Tutkimus osoittaa, että pistevalonlähteillä, valonheittimillä, seinälevyillä ja katuvalaisimilla on kullakin omat suorituskykyominaisuudet, jotka määrittävät niiden sopivuuden erilaisiin valaistusympäristöihin, kuten sisävalaistukseen, teollisuusvalaistukseen, tapahtumapaikan valaistukseen, maisemavalaistukseen ja tievalaistukseen. Teknologian jatkuvan kehittymisen myötä LED-valaistuksella on entistä tärkeämpi rooli älykodeissa ja terveellisessä valaistuksessa.

1. Johdanto

Valaistustekniikan kehitys on kokenut syvän evoluution siirtymällä hehkulampuista, loistelampuista ja metallihalogenidilampuista LED-tekniikan voimakkaaseen kehitykseen. LED-valonlähteet ovat nousseet kohokohtaksi valaistusteollisuudessa niiden erinomaisen energiatehokkuuden, luotettavuuden, pitkän käyttöiän ja ympäristöystävällisyyden ansiosta. Niitä käytetään laajalti indikaattoreissa, merkkivaloissa, näytöissä, sisävalaistuksessa, tievalaistuksessa, tapahtumapaikan valaistuksessa ja maisemavalaistuksessa. Toisin kuin perinteiset valonlähteet, LED-valonlähteet käyttävät kiinteitä puolijohdesiruja luminoivina materiaaleina. Kun kantajat yhdistyvät puolijohteessa, ylimääräinen energia vapautuu fotonien muodossa, joka lähettää suoraan punaista, keltaista, sinistä ja vihreää valoa. Käyttämällä kolmen-ensisijaisen värin periaatetta ja lisäämällä loisteaineita LED-valonlähteet voivat tuottaa minkä tahansa väristä valoa.

EsityksenLED valolähteet ovat ratkaisevan tärkeitä niiden soveltamisvaikutusten kannalta. Tärkeimmät valotehoparametrit ovat valovirta, valotehokkuus, valon voimakkuuden jakautuminen, värintoistoindeksi ja värilämpötila. Näiden parametrien tarkka mittaus on perusta LEDien laadun arvioimiselle ja sopivien tuotteiden valitsemiselle tiettyihin skenaarioihin. Tällä hetkellä tärkeimmät LED-valon suorituskyvyn mittausmenetelmät ovat integroiva pallomenetelmä ja goniofotometrimenetelmä. Integroiva pallomenetelmä on tiukasti rajoitettu pieniin -kokoisiin LED-pistevalonlähteisiin mitatun valonlähteen tyyppiä ja kokoa koskevien vaatimusten vuoksi, kun taas goniofotometrimenetelmää käytetään laajemmin muun tyyppisissä ja kokoisissa LED-valolähteissä. Aiemmat tutkimukset ovat tutkineet mittausmenetelmiä, lähikenttämittauksen etuja optisessa suunnittelussa ja valon intensiteetin jakautumiskäyrien merkitystä. Eri LED-valonlähteiden suorituseroista ja niiden käytännön sovelluksista ei kuitenkaan ole tehty perusteellista analyysia-. Tämän tutkimuksen tavoitteena on täyttää tämä aukko mittaamalla ja vertaamalla systemaattisesti erilaisia ​​LED-tyyppejä ja sovittamalla niitä sopiviin sovellusskenaarioihin.

2. Valon suorituskyvyn mittausmenetelmätLED valonlähteet

2.1 Valovirran mittausmenetelmä

Valovirta viittaa valonlähteen lähettämän valon määrään aikayksikköä kohti, yleensä lumeneina (lm). Se on valonlähteen kokonaisvalotehon osoitin, joka vastaa optista tehoa. Suurempi valovirta tarkoittaa, että valonlähde lähettää enemmän valoa, mikä vaikuttaa suoraan ihmissilmän käsitykseen kirkkaudesta ja toimii keskeisenä parametrina kokonaiskirkkauden arvioinnissa. Käytännön sovelluksissa valovirta on kriittinen tekijä LED-valinnassa: korkea-valovirran-lähteet sopivat voimakkaan valaistuksen tuottamiseen, kun taas matalan -valovirran-lähteet ovat ihanteellisia paikallisille tai heikoille{7}}valaistuksille.

Julkaisussa GB/T 24824-2009 "Yleisen valaistuksen LED-moduulien testausmenetelmät" määritellyn mittausmenetelmän mukaisesti valovirran mittaus suoritetaan optisessa pimeässä. TestattuLED valolähde tai valaisin asennetaan goniofotometrin pyörimiskeskukseen ja kytketään päälle toimimaan tietyissä olosuhteissa. Pyörivä varsi saa valonlähteen tai valaisimen pyörimään pystyakselinsa ympäri muodostaen virtuaalisen pallomaisen pinnan. Goniofotometrin fotometrinen ilmaisin mittaa valaistuksen tämän virtuaalisen pallon eri kohdissa varmistaen riittävän näytteenoton useilla valoa emittoivilla tasoilla pienin kulmavälein. Fotometrisen ilmaisimen ja testattavan kohteen valokeskipisteen välinen etäisyys toimii virtuaalisen pallon säteenä. Tyypillisesti tasojen välinen kulmaväli on 5 astetta ja kunkin tason välinen etäisyys on 1 aste. Valonlähteissä tai valaisimissa, joissa on suuri koko tai kapea sädekulma, käytetään pienempiä intervalleja valaistuksen jakautumisen näytteenoton eheyden varmistamiseksi.

Koska mitattu valaistus on verrannollinen lähteen valon voimakkuuteen kyseisessä suunnassa, goniofotometri integroi automaattisesti valaistuksen jokaisen pallon pintaelementin yli laskeakseen valovirran. Kokonaisvalovirta lasketaan käyttämällä numeerista integrointimenetelmää kaavan (1) mukaisesti:

Φtot​=∫(SM​)​EdS=∫04π​r2E(ε,η)dΩ=∫02π​∫0π​r2E(ε,η)sinεdεdη

Missä Φtot on kokonaisvalovirta (lm), r on virtuaalisen pallon säde (m); SM​ on virtuaalisen pallon pinta-ala (m²); ja (ε,η) edustaa spatiaalista kulmaa.

2.2 Valon intensiteetin jakautumisen ja säteen kulman mittaus

Valon intensiteetin jakauma kuvaa lähteen eri suuntiin säteilemän valon voimakkuutta. Tunnistamalla valon intensiteetin jakautumistiedot tietyissä asennusolosuhteissa voidaan arvioida valaistuksen tasaisuus ja tehollinen peittoalue, millä on suuri merkitys erilaisissa sovellusskenaarioissa, kuten kodin valaistuksessa, kaupallisessa valaistuksessa ja teollisuusvalaistuksessa. Sädekulmalla tarkoitetaan lähteen lähettämän valon hajaantumiskulmaa, joka vaikuttaa suoraan valaistusvaikutuksen pitoisuuteen ja diffuusioon, mikä määrittää sen soveltuvat tilanteet. Nämä kaksi parametria ovat ratkaisevia markkinoiden soveltamisen kannaltaLED valonlähteet.

Mittauksen aikana ilmaisimen ja testattavan kohteen välisen etäisyyden tulee olla vähintään 5 kertaa kohteen suurin valoaukko ottaen huomioon LED-valonlähteen tai valaisimen valon pinta-ala, valovoimakkuus ja sädekulma. Testattu esine asetetaan goniofotometrin pyörivälle kehykselle, joka voi pyöriä kahden akselin ympäri. LEDin ominaisvalotasolle kaukokenttään sijoitetaan pisteluminanssimittari tai spektriradiometri kauko-kentän valonvoimakkuustietojen keräämiseksi. Mittausväli ei ole suurempi kuin 1/20 puoli-huipun säteen kulmasta. Mittauksissa, joissa säteen kulma on alle 10 astetta tai tiukat suuntakulmavaatimukset, testattavan kohteen alkuperäisen sijainnin asentamiseen ja kohdistamiseen käytetään lasereita tai tehokkaampia menetelmiä. Kun valonlähde pyörii kahden akselin ympäri, koko ympäröivästä tilasta kerätään tietoja valon intensiteetin jakautumiskäyrän datan luomiseksi, jonka perusteella lasketaan puoli{11}}huipun säteen kulma.

Julkaisussa GB/T 24824-2009 määritelty kaksois{0}}peiligoniofotometrin mittausmenetelmä sijoittaa testatun kohteen kaksoispeilin goniofotometrin kiertokeskukseen, joka pyörii vain pystyakselinsa ympäri. Pyörivä heijastin pyörii testatun LED-valonlähteen tai -valaisimen ympärillä heijastaen tiettyyn suuntaan mitatun valonsäteen etäisyyden päässä olevaan toiseen heijastimeen, joka heijastaa sen sitten optiseen ilmaisimeen. Tämä menetelmä pitää testatun LEDin paikallaan, mikä tarjoaa korkean mittausvakauden ja pienen järjestelmätilan käytön edut.

3. VertailuKevytEri LED-valolähteiden suorituskyvyn mittaustulokset

Edellä mainittujen standardimittausmenetelmien avulla mitattiin erityyppisten LED-valonlähteiden tärkeimmät valotehoparametrit (valotehokkuus, värilämpötila, värintoistoindeksi ja säteen kulma). Tarkat tulokset on esitetty taulukossa 1.

Taulukko 1: Eri LED-valolähteiden valotehon mittausarvot

Tällä hetkellä,LED valolähteet säätelevät valon voimakkuuden jakautumista pääasiassa valodiodeja ympäröivän läpikuultavan kannen muodon ja läpäisykyvyn avulla. Jokaisella LED-valolähteellä on ainutlaatuinen valovoiman jakautumiskuvio. Pienen kokonsa pistevalonlähteillä on laaja puoli-huippusäteen kulma-alue ja korkea värintoistoindeksi, mikä osoittaa niiden kyvyn tarjota tasaista ja luonnollista valaistusta. Valonheittimissä on korkea valoteho ja kapea puoli{5}}huippusädekulma, mikä osoittaa vahvat tarkennusominaisuudet ja erinomaiset valaistusominaisuudet, joten ne sopivat pitkän-etäisyyden ja keskitettyyn valaistukseen. Seinälevyillä on tasapainoiset suorituskykyparametrit, vahva tilakerrostus ja kolmiulotteinen valo, mikä sopii ihanteellisesti ääriviivavalaistukseen. Katuvalot erottuvat edukseen korkealla valotehokkuudella ja laajalla sädekulma-alueella, mikä mahdollistaa kirkkaan ja tasaisen valaistuksen suurille alueille.

4. Vaatimukset valoteholle eri sovellusskenaarioissa

LED-valaistuksella on laaja valikoima käyttöskenaarioita, mukaan lukien sisävalaistus, teollisuusvalaistus, tapahtumapaikan valaistus, maisemavalaistus ja tievalaistus jokapäiväisessä elämässä ja työssä. Eri sovellusskenaarioissa on erilliset vaatimukset valoteholle suunnittelutavoitteiden ja käyttäjien tarpeiden perusteella, kuten taulukossa 2 on kuvattu.

Taulukko 2 Vaatimukset valoteholle eri sovellusskenaarioissa

Analysoimalla eri sovellusskenaarioiden valotehovaatimuksia ja yhdistämällä ne eri LED-valonlähteiden ominaisuuksiin, ehdotetaan seuraavia yhteensopivuussuosituksia:

Sisävalaistus: LED-pistevalonlähteet sopivat erilaisiin sisätiloihin, joissa tarvitaan tarkkaa valaistuksen sijoittelua. Niiden korkea värintoistoindeksi (Ra=86.0) varmistaa, että esineet näyttävät alkuperäisiltä väreiltä, ​​kun taas laaja sädekulma (noin 119 astetta) tarjoaa kattavan peiton, joten ne sopivat ihanteellisesti koteihin, toimistoihin, liiketiloihin ja tehtaisiin.

Tapahtumapaikan valaistus: LED-valonheittimiä ja pistevalonlähteitä suositellaan stadioneille, näyttämöille, näyttelysaleihin ja museoihin. Valonheittimet tarjoavat korkean valotehon (135,1 lm/W) ja voimakkaan suunnatun valaistuksen, mikä voi täyttää suurten tilojen korkeat -kirkkausvaatimukset. Pistevalonlähteet erinomaisella värintoistollaan sopivat näyttelysaleihin ja museoihin, joissa värien tarkkuus on ratkaisevaa.

Maiseman valaistus: LED-seinäpesurit ovat ensisijainen valinta rakennusten valaistukseen, sisustukseen ja sisäilman luomiseen. Niiden pitkä nauhamuoto, tasapainoinen valotehokkuus (96,1 lm/W) ja rikkaat värivaihtoehdot mahdollistavat arkkitehtonisten ja maisemien ääriviivojen tehokkaan hahmottelun, mikä tekee niistä sopivia yksittäisten rakennusten ja historiallisten rakennuskompleksien ulkoseinävalaistukseen sekä vihreään maisemavalaistukseen ja mainostauluvalaistukseen.

Tievalaistus: LED-katuvaloton suunniteltu erityisesti kaupunkien väyläteille, sivuteille, maaseututeille, teollisuuspuistoille, aukioille ja luonnonkauniille alueille. Korkeimmalla valotehokkuudella (149,7 lm/W) ja laajalla sädekulma-alueella (149,4 astetta C0/180 asteen tasossa) ne tarjoavat tasaisen ja kirkkaan valaistuksen varmistaen ajoneuvojen ja jalankulkijoiden liikenneturvallisuuden ja täyttävät ihmisten toiminnan visuaaliset tarpeet.

Teollisuuden valaistus: LED-pistevalonlähteiden ja valonheittimien yhdistelmää voidaan käyttää tasapainoiseen valaistukseen työpajoissa ja varastoissa. Pistevalonlähteet varmistavat tasaisen valaistuksen suurilla alueilla, kun taas valonheittimet voivat keskittyä työpintoihin, jotka vaativat suurempaa kirkkautta.

5. Johtopäätös

Perinteisiin valaistustekniikoihin verrattunaLED valolähteet tarjoavat paremman energiatehokkuuden, pidemmän käyttöiän ja paremman ympäristönsuojelun. Niiden joustavat lämpötilan ja värin säätötoiminnot tekevät niistä optimaalisen ratkaisun älykkään kodin valaistussovelluksiin. Tässä tutkimuksessa mitataan ja verrataan systemaattisesti erityyppisten LED-valonlähteiden valotehoparametreja, mukaan lukien pistevalonlähteet, valonheittimet, seinälevyt ja katuvalot. Tulokset osoittavat, että jokaisella LED-valolähteellä on ainutlaatuiset ominaisuudet valotehokkuuden, värilämpötilan, värintoistoindeksin ja sädekulman suhteen, jotka määrittävät niiden sopivuuden tiettyihin käyttöskenaarioihin.

LED-pistevalonlähteet korkealla värintoistoindeksillään ja laajalla sädekulmallaan sopivat sisävalaistukseen koteihin, toimistoihin, liiketiloihin ja tehtaisiin.LED valonheittimet, jossa on korkea valoteho ja voimakas suuntavalo, ovat ihanteellisia tapahtumapaikkojen, kuten stadionien ja näyttelyhallien, valaistukseen. LED-seinälevyt ovat loistavia maisemavalaistuksessa ja arkkitehtonisessa sisustuksessa tasapainoisen suorituskyvyn ja muotoiluominaisuuksiensa ansiosta. LED-katuvalot tarjoavat luotettavan ja tehokkaan valaistuksen erilaisille tietyypeille ja varmistavat liikenneturvallisuuden.

Teknologian jatkuvan kehittymisen ja kustannusten alenemisen myötä LED-valaistustekniikasta tulee suositumpaa. Tulevaisuudessa LED-valonlähteillä on entistä tärkeämpi rooli älykodeissa, terveellisessä valaistuksessa ja muilla aloilla, ja ne tuovat korkealaatuisia-valaistusympäristöjä useammille ihmisille. Jatkotutkimuksessa voidaan keskittyä mittausmenetelmien optimointiin tarkkuuden parantamiseksi ja LED-valonlähteiden sovellusten tutkimiseen kehittyvillä aloilla, kuten terveellisessä valaistuksessa ja älykkäissä kaupungeissa.

Viitteet

[1] Yu, AQ, Ju, JQ ja Chen, DH (2018). Keskustelua LEDien eduista toiminnallisessa valaistuksessa. China Lighting Electrical Appliances, (10), 10-17.[2] Huang, Y. (2017). Joitakin ongelmia LED-valaistuksen soveltamisessa. Valo ja valaistus, (01), 56-58.[3] Shen, YQ, Zhu, TF ja Jia, Z. (2016). Analyysi ja tutkimus goniofotometrimenetelmän soveltamisesta LED-valaisimien optisen suorituskyvyn testaamiseen. Valonlähteet ja valaistus, (04), 8-10.[4] Fan, HZ, Cao, M. ja Li, SZ (2012). Valonlähteiden lähikenttämittauksen soveltaminen ja tutkimus LED-optisessa suunnittelussa. Acta Optica Sinica, (12), 1-5.[5] Ai, J. (2015). LED-valaisimet ja valonjakokäyrät. Technology & Enterprise, (20), 237-238.[6] Cai, Y., Wang, ZH ja Zhu, TF (2016). Uusi tekniikka LEDien spatiaalisen kromaattisuuden ja fotometrisen jakautumisen nopeaan mittaukseen. Optical Instruments, (06), 481-487.[7] GB/T 24824-2009. Yleisvalaistuksen (S) LED-moduulien testausmenetelmät[8] Yang, WX (2024). Kodin älykkäiden järjestelmien soveltaminen modernissa kodin suunnittelussa. Kevyen teollisuuden standardointi ja laatu, (05), 127-130.

https://www.benweilighting.com/agricultural-lighting/siipikarja-lighting/flicker-ilmainen-siipikarja-light-18w.html

Shenzhen Benwei Lighting Technology Co., Ltd.

Sähköposti:bwzm15@benweilighting.com

Verkko:www.benweilight.com

Whatsapp: 19113306783