Šviesos efektyvumo matavimo metodų ir taikymo scenarijų tyrimasLED šviesos šaltiniai

Abstraktus

Kaip kietojo -puslaidininkinio šalto šviesos šaltinis, šviesos diodas (šviesos{1}}diodas) tapo pagrindiniu apšvietimo srityje dėl energijos taupymo, aplinkos apsaugos ir ilgo eksploatavimo pranašumų. LED šviesos šaltinių šviesos efektyvumas, įskaitant šviesos efektyvumą, šviesos srautą, spindulio kampą, spalvų temperatūrą ir spalvų perteikimo indeksą, tiesiogiai veikia vartotojo patirtį. Šiuo tyrimu matuojami pagrindiniai įvairių dažniausiai naudojamų šviesos efektyvumo parametraiLED šviesašaltinius ir lygina matavimų rezultatus. Remiantis skirtingų taikymo scenarijų analize, rekomenduojami atitinkami LED šviesos šaltiniai, kad būtų galima pateikti praktinio pritaikymo nuorodas. Tyrimas rodo, kad taškiniai šviesos šaltiniai, prožektoriai, sienų poveržlės ir gatvių šviestuvai turi skirtingas veikimo charakteristikas, kurios lemia jų tinkamumą įvairioms apšvietimo aplinkoms, pvz., patalpų apšvietimui, pramoniniam apšvietimui, vietos apšvietimui, kraštovaizdžio apšvietimui ir kelių apšvietimui. Nuolat tobulėjant technologijoms, LED apšvietimas vaidins svarbesnį vaidmenį išmaniuosiuose namuose ir sveikame apšvietime.

1. Įvadas

Apšvietimo technologijų raida patyrė didelę evoliuciją, pereinant nuo kaitrinių lempų, fluorescencinių lempų ir metalo halogeninių lempų prie energingos LED technologijos plėtros. Dėl išskirtinio energijos vartojimo efektyvumo, patikimumo, ilgo tarnavimo laiko ir ekologiškumo LED šviesos šaltiniai išryškėjo apšvietimo pramonėje. Jie plačiai naudojami indikatoriuose, signalinėse lemputėse, ekranuose, patalpų apšvietime, kelių apšvietime, vietos apšvietime ir kraštovaizdžio apšvietime. Skirtingai nuo tradicinių šviesos šaltinių, LED šviesos šaltiniuose kaip liuminescencinės medžiagos naudojamos kietos puslaidininkinės lustai. Kai nešikliai rekombinuojasi puslaidininkyje, perteklinė energija išsiskiria fotonų pavidalu, tiesiogiai skleidžiant raudoną, geltoną, mėlyną ir žalią šviesą. Taikant trijų -pagrindinių spalvų principą ir pridedant fosforo, LED šviesos šaltiniai gali skleisti bet kokios spalvos šviesą.

Spektaklis išLED šviesašaltiniai yra labai svarbūs jų taikymo poveikiui. Pagrindiniai šviesos efektyvumo parametrai apima šviesos srautą, šviesos efektyvumą, šviesos intensyvumo pasiskirstymą, spalvų perteikimo indeksą ir spalvos temperatūrą. Tikslus šių parametrų matavimas yra LED kokybės įvertinimo ir konkrečių scenarijų tinkamų gaminių parinkimo pagrindas. Šiuo metu pagrindiniai LED šviesos efektyvumo matavimo metodai yra integruojančios sferos metodas ir goniofotometras. Integravimo sferos metodas yra griežtai apribotas mažų-dydžių LED taškiniais šviesos šaltiniais dėl matuojamo šviesos šaltinio tipo ir dydžio reikalavimų, o goniofotometras yra plačiau naudojamas kitų tipų ir dydžių LED šviesos šaltiniams. Ankstesniuose tyrimuose buvo nagrinėjami matavimo metodai, artimo lauko matavimo privalumai optiniame projekte ir šviesos intensyvumo pasiskirstymo kreivių svarba. Tačiau trūksta išsamios-įvairių LED šviesos šaltinių veikimo skirtumų analizės ir jų praktinio taikymo pasekmių. Šiuo tyrimu siekiama užpildyti šią spragą sistemingai matuojant ir lyginant skirtingus šviesos diodų tipus ir derinant juos su atitinkamais taikymo scenarijais.

2. Šviesos efektyvumo matavimo metodaiLED šviesos šaltiniai

2.1 Šviesos srauto matavimo metodas

Šviesos srautas reiškia šviesos šaltinio skleidžiamą šviesos kiekį per laiko vienetą, paprastai išreiškiamą liumenais (lm). Tai viso šviesos šaltinio šviesos srauto, atitinkančio optinę galią, rodiklis. Didesnis šviesos srautas reiškia, kad šviesos šaltinis skleidžia daugiau šviesos, tiesiogiai veikiant žmogaus akies ryškumo suvokimą ir yra pagrindinis parametras vertinant bendrą ryškumą. Praktikoje šviesos srautas yra esminis LED pasirinkimo veiksnys: didelio-šviesos srauto- šaltiniai yra tinkami stipriam apšvietimui, o žemo -šviesos srauto- šaltiniai idealiai tinka vietiniam arba silpnam{7}}apšvietimui.

Pagal GB/T 24824-2009 „Bendrajam apšvietimui skirtų LED modulių bandymo metodai“ nurodytą matavimo metodą, šviesos srauto matavimas atliekamas optinėje tamsioje patalpoje. IšbandytasLED šviesašaltinis arba šviestuvas yra sumontuotas goniofotometro sukimosi centre ir įjungiamas, kad veiktų tam tikromis sąlygomis. Besisukanti rankena verčia šviesos šaltinį arba šviestuvą suktis aplink vertikalią ašį, sudarydama virtualų sferinį paviršių. Goniofotometro fotometrinis detektorius matuoja apšvietimą įvairiuose šios virtualios sferos taškuose, užtikrindamas pakankamą atranką keliose šviesą{2}}spinduliuojančiose plokštumose su mažais kampiniais intervalais. Atstumas tarp fotometrinio detektoriaus ir tiriamo objekto šviesos centro yra virtualios sferos spindulys. Paprastai kampinis intervalas tarp plokštumų yra 5 laipsniai, o intervalas kiekvienoje plokštumoje yra 1 laipsnis. Šviesos šaltiniams arba šviestuvams su dideliais dydžiais arba siaurais spindulio kampais naudojami mažesni intervalai, kad būtų užtikrintas apšvietimo pasiskirstymo atrankos vientisumas.

Kadangi išmatuotas apšvietimas yra proporcingas šaltinio šviesos intensyvumui ta kryptimi, goniofotometras automatiškai integruoja apšvietimą per kiekvieną mažą sferos paviršiaus elementą, kad apskaičiuotų šviesos srautą. Bendras šviesos srautas apskaičiuojamas naudojant skaitmeninės integracijos metodą, kaip parodyta (1) formulėje:

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

Kur Φtot yra bendras šviesos srautas (lm), r yra virtualios sferos spindulys (m); SM​ yra virtualios sferos paviršiaus plotas (m²); ir (ε,η) reiškia erdvinį kampą.

2.2 Šviesos intensyvumo pasiskirstymo ir spindulio kampo matavimas

Šviesos intensyvumo pasiskirstymas apibūdina šaltinio įvairiomis kryptimis skleidžiamos šviesos intensyvumą. Aptikus šviesos intensyvumo pasiskirstymo duomenis konkrečiomis įrengimo sąlygomis, galima įvertinti apšvietimo vienodumą ir efektyvų aprėpties plotą, o tai labai svarbu įvairiems pritaikymo scenarijums, tokiems kaip namų apšvietimas, komercinis apšvietimas ir pramoninis apšvietimas. Spindulio kampas reiškia šaltinio skleidžiamos šviesos divergencijos kampą, kuris tiesiogiai veikia apšvietimo efekto koncentraciją ir sklaidą, taip nulemiant jo taikymo atvejus. Šie du parametrai yra labai svarbūs taikant rinkąLED šviesos šaltiniai.

Matavimo metu atstumas tarp detektoriaus ir bandomojo objekto turi būti ne mažesnis kaip 5 kartus didesnis už didžiausią objekto šviesos pralaidumo plotą, atsižvelgiant į LED šviesos šaltinio ar šviestuvo šviesos plotą, šviesos intensyvumą ir spindulio kampą. Bandomas objektas dedamas ant besisukančio goniofotometro rėmo, kuris gali suktis apie dvi ašis. Būdingoje šviesos diodo šviesos plokštumoje tolimajame lauke įdedamas taško skaisčio matuoklis arba spektrinis radiometras, kad būtų renkami tolimojo lauko šviesos intensyvumo duomenys. Matavimo intervalas yra ne didesnis kaip 1/20 pusės-piko spindulio kampo. Atliekant matavimus, kai spindulio kampas mažesnis nei 10 laipsnių arba griežti krypties kampų reikalavimai, naudojami lazeriai arba efektyvesni metodai bandomojo objekto pradinei padėčiai sumontuoti ir išlyginti. Kai šviesos šaltinis sukasi aplink dvi ašis, renkami duomenys iš visos aplinkinės erdvės, kad būtų sukurti šviesos intensyvumo pasiskirstymo kreivės duomenys, pagal kuriuos apskaičiuojamas pusės{11}}piko spindulio kampas.

Taikant dvigubo-veidrodinio goniofotometro matavimo metodą, nurodytą GB/T 24824-2009 m., bandomas objektas yra dvigubo veidrodžio goniofotometro, kuris sukasi tik aplink vertikalią ašį, sukimosi centre. Besisukantis reflektorius sukasi aplink bandomąjį LED šviesos šaltinį ar šviestuvą, tam tikra kryptimi išmatuotą šviesos spindulį atspindėdamas per atstumą iki antrojo reflektoriaus, kuris vėliau atspindi jį į optinį detektorių. Šis metodas išlaiko išbandytą šviesos diodą nejudantį veikimo būseną, o tai suteikia aukšto matavimo stabilumo ir mažos sistemos erdvės užimtumo pranašumus.

3. PalyginimasŠviesaĮvairių LED šviesos šaltinių našumo matavimo rezultatai

Taikant aukščiau paminėtus standartinius matavimo metodus, buvo išmatuoti skirtingų tipų LED šviesos šaltinių pagrindiniai šviesos efektyvumo parametrai (šviesos efektyvumas, spalvos temperatūra, spalvų perteikimo indeksas ir spindulio kampas). Konkretūs rezultatai pateikti 1 lentelėje.

1 lentelė. Įvairių LED šviesos šaltinių šviesos efektyvumo matavimo vertės

Šiuo metuLED šviesašaltiniai reguliuoja savo šviesos intensyvumo pasiskirstymą daugiausia dėl permatomo dangtelio, apvyniojančio šviesos{0}}diodus, formą ir perdavimo efektyvumą. Kiekvienas LED šviesos šaltinio tipas turi unikalų šviesos intensyvumo pasiskirstymo modelį. Mažo dydžio taškiniai šviesos šaltiniai pasižymi plačiu pusės-didžiausio spindulio kampo diapazonu ir aukštu spalvų perteikimo indeksu, rodančiu jų gebėjimą užtikrinti vienodą ir natūralų apšvietimą. Prožektoriai pasižymi dideliu šviesos efektyvumu ir siauru pusės-didžiausio spindulio kampu, todėl pasižymi stipriomis fokusavimo galimybėmis ir puikiu apšvietimu, todėl jie tinka dideliam-atstumui ir koncentruotam apšvietimui. Sienų poveržlės turi subalansuotus našumo parametrus, pasižymi stipriu erdviniu sluoksniu ir trimačiais šviesos -dimensijomis, kurios idealiai tinka kontūriniam apšvietimui. Gatvių žibintai išsiskiria dideliu šviesos efektyvumu ir plačiu spindulio kampų diapazonu, leidžiančiu užtikrinti ryškų ir vienodą apšvietimą dideliuose plotuose.

4. Reikalavimai šviesos efektyvumui įvairiuose taikymo scenarijuose

LED apšvietimas turi platų pritaikymo scenarijų spektrą, įskaitant patalpų apšvietimą, pramoninį apšvietimą, patalpų apšvietimą, kraštovaizdžio apšvietimą ir kelių apšvietimą kasdieniame gyvenime ir darbe. Skirtingi taikymo scenarijai turi skirtingus šviesos veikimo reikalavimus, pagrįstus projektavimo tikslais ir vartotojo poreikiais, kaip išsamiai aprašyta 2 lentelėje.

2 lentelė Šviesos našumo reikalavimai įvairiuose taikymo scenarijuose

Išanalizavus skirtingų taikymo scenarijų šviesos efektyvumo reikalavimus ir derinant juos su įvairių LED šviesos šaltinių charakteristikomis, siūlomos šios derinimo rekomendacijos:

Vidinis apšvietimas: LED taškiniai šviesos šaltiniai tinka įvairioms patalpų vietoms, kuriose reikalinga tiksli apšvietimo padėtis. Jų aukštas spalvų perteikimo indeksas (Ra=86.0) užtikrina, kad objektai atrodytų kaip originalios spalvos, o platus spindulio kampas (apie 119 laipsnių) suteikia visapusišką aprėptį, todėl idealiai tinka namams, biurams, komercinėms patalpoms ir gamykloms.

Vietos apšvietimas: LED prožektoriai ir taškiniai šviesos šaltiniai rekomenduojami stadionuose, scenose, parodų salėse ir muziejuose. Prožektoriai pasižymi dideliu šviesos efektyvumu (135,1 lm/W) ir stipriu kryptiniu apšvietimu, kuris gali atitikti aukštus-šviesumo reikalavimus didelėms erdvėms. Taškiniai šviesos šaltiniai, pasižymintys puikiu spalvų perteikimu, tinka parodų salėms ir muziejams, kur spalvų tikslumas yra itin svarbus.

Kraštovaizdžio apšvietimas: LED sienų poveržlės yra tinkamiausias pasirinkimas pastatų apšvietimui, dekoravimui ir patalpų atmosferos kūrimui. Jų ilga juostos forma, subalansuotas šviesos efektyvumas (96,1 lm/W) ir turtingos spalvų galimybės leidžia efektyviai nubrėžti architektūrinius ir kraštovaizdžio kontūrus, todėl tinka pavienių pastatų ir istorinių pastatų kompleksų išorės sienų apšvietimui, taip pat žaliam kraštovaizdžio apšvietimui ir reklaminių stendų apšvietimui.

Kelio apšvietimas: LED gatvių šviestuvaiyra specialiai sukurti miesto magistraliniams keliams, antriniams keliams, kaimo keliams, pramoniniams parkams, aikštėms ir vaizdingoms vietovėms. Didžiausiu šviesos efektyvumu (149,7 lm/W) ir plačiu spindulio kampo diapazonu (149,4 laipsnio C0/180 laipsnių plokštumoje) užtikrina tolygų ir ryškų apšvietimą, užtikrina transporto priemonių ir pėsčiųjų eismo saugumą bei tenkina vizualinius žmonių veiklos poreikius.

Pramoninis apšvietimas: LED taškinių šviesos šaltinių ir prožektorių derinys gali būti naudojamas subalansuotam apšvietimui dirbtuvėse ir sandėliuose pasiekti. Taškiniai šviesos šaltiniai užtikrina vienodą apšvietimą didelėse srityse, o prožektoriai gali sutelkti dėmesį į darbinius paviršius, kuriems reikalingas didesnis ryškumas.

5. Išvada

Palyginti su tradicinėmis apšvietimo technologijomis,LED šviesašaltiniai užtikrina didesnį energijos vartojimo efektyvumą, ilgesnį tarnavimo laiką ir geresnį aplinkosauginį veiksmingumą. Dėl lanksčių temperatūros ir spalvų reguliavimo funkcijų jie yra optimalus sprendimas išmaniesiems namų apšvietimui. Šiame tyrime sistemingai matuojami ir lyginami skirtingų tipų LED šviesos šaltinių, įskaitant taškinius šviesos šaltinius, prožektorius, sienų poveržles ir gatvių šviestuvus, šviesos efektyvumo parametrai. Rezultatai rodo, kad kiekvienas LED šviesos šaltinio tipas turi unikalias charakteristikas, susijusias su šviesos efektyvumu, spalvų temperatūra, spalvų perteikimo indeksu ir spindulio kampu, o tai lemia jų tinkamumą tam tikriems taikymo scenarijams.

LED taškiniai šviesos šaltiniai, turintys aukštą spalvų perteikimo indeksą ir platų šviesos kampą, tinka namų, biurų, komercinių patalpų ir gamyklų patalpų apšvietimui.LED prožektoriai, pasižymintys dideliu šviesos efektyvumu ir stipriu kryptiniu apšvietimu, idealiai tinka patalpų, pvz., stadionų ir parodų salių, apšvietimui. LED sienų poveržlės puikiai tinka kraštovaizdžio apšvietimui ir architektūriniam dekoravimui dėl subalansuoto veikimo ir kontūravimo galimybių. LED gatvių šviestuvai užtikrina patikimą ir efektyvų įvairių tipų kelių apšvietimą, užtikrinantį eismo saugumą.

Nuolat tobulėjant technologijoms ir mažėjant sąnaudoms, LED apšvietimo technologija taps populiaresnė. Ateityje LED šviesos šaltiniai vaidins svarbesnį vaidmenį išmaniuosiuose namuose, sveikame apšvietime ir kitose srityse, todėl daugiau žmonių galės naudotis aukštos-kokybės apšvietimo aplinka. Tolesni tyrimai gali būti skirti matavimo metodų optimizavimui, siekiant pagerinti tikslumą, ir LED šviesos šaltinių taikymo naujose srityse, tokiose kaip sveikas apšvietimas ir išmanieji miestai, tyrimą.

Nuorodos

[1] Yu, AQ, Ju, JQ ir Chen, DH (2018). Diskusija apie LED pranašumus funkciniame apšvietime. „China Lighting Electrical Appliances“, (10), 10-17.[2] Huang, Y. (2017). Kai kurios LED apšvietimo taikymo problemos. Šviesa ir apšvietimas, (01), 56–58.[3] Shen, YQ, Zhu, TF ir Jia, Z. (2016). Goniofotometro metodo taikymo LED šviestuvų optinio veikimo testavimui analizė ir tyrimai. Šviesos šaltiniai ir apšvietimas, (04), 8–10.[4] Fan, HZ, Cao, M. ir Li, SZ (2012). Šviesos šaltinių artimojo lauko matavimo taikymas ir tyrimas LED optiniame projekte. Acta Optica Sinica, (12), 1–5.[5] Ai, J. (2015). LED šviestuvai ir šviesos pasiskirstymo kreivės. Technology & Enterprise, (20), 237-238.[6] Cai, Y., Wang, ZH ir Zhu, TF (2016). Nauja technologija, skirta greitam LED erdvinio spalvingumo ir fotometrinio pasiskirstymo matavimui. Optiniai instrumentai, (06), 481-487.[7] GB/T 24824-2009. Bendrojo apšvietimo LED modulių bandymo metodai (S).[8] Yang, WX (2024). Namų išmaniųjų sistemų taikymas šiuolaikiniame namų projekte. Lengvosios pramonės standartizavimas ir kokybė, (05), 127-130.

https://www.benweilighting.com/agricultural-lighting/poultry-lighting/flicker-nemokama-paukštiena-light-18w.html

Shenzhen Benwei Lighting Technology Co., Ltd.

El. paštas:bwzm15@benweilighting.com

Tinklalapis:www.benweilight.com

Whatsapp: 19113306783