Badania nad metodami pomiaru wydajności oświetlenia i scenariuszami zastosowańŹródła światła LED

Abstrakcyjny

Jako półprzewodnikowe, półprzewodnikowe źródło zimnego światła, dioda LED (-dioda elektroluminescencyjna) stała się głównym nurtem w branży oświetleniowej ze względu na zalety oszczędzania energii, ochrony środowiska i długiej żywotności. Parametry świetlne źródeł światła LED, w tym skuteczność świetlna, strumień świetlny, kąt rozsyłu światła, temperatura barwowa i współczynnik oddawania barw, bezpośrednio wpływają na wrażenia użytkownika. W badaniu tym mierzono główne parametry wydajności świetlnej różnych powszechnie stosowanych oprawŚwiatło LEDźródła i porównuje wyniki pomiarów. Na podstawie analizy różnych scenariuszy zastosowań zaleca się stosowanie odpowiednich źródeł światła LED w celu zapewnienia odniesienia do zastosowań praktycznych. Badania pokazują, że punktowe źródła światła, reflektory, oświetlacze ścienne i lampy uliczne mają odrębną charakterystykę działania, która określa ich przydatność w różnych środowiskach oświetleniowych, takich jak oświetlenie wewnętrzne, oświetlenie przemysłowe, oświetlenie obiektów, oświetlenie krajobrazu i oświetlenie drogowe. Wraz z ciągłym rozwojem technologii oświetlenie LED będzie odgrywać coraz większą rolę w inteligentnych domach i zdrowym oświetleniu.

1. Wprowadzenie

Rozwój technologii oświetleniowej przeszedł głęboką ewolucję, przechodząc od żarówek, świetlówek i lamp metalohalogenkowych do energicznego rozwoju technologii LED. Źródła światła LED stały się najważniejszym elementem branży oświetleniowej ze względu na ich wyjątkową efektywność energetyczną, niezawodność, długą żywotność i przyjazność dla środowiska. Są szeroko stosowane we wskaźnikach, światłach sygnalizacyjnych, wyświetlaczach, oświetleniu wnętrz, oświetleniu dróg, oświetleniu obiektów i oświetleniu krajobrazu. W przeciwieństwie do tradycyjnych źródeł światła, źródła światła LED wykorzystują stałe chipy półprzewodnikowe jako materiały luminescencyjne. Kiedy nośniki łączą się ponownie w półprzewodniku, nadmiar energii jest uwalniany w postaci fotonów, które bezpośrednio emitują światło czerwone, żółte, niebieskie i zielone. Dzięki zastosowaniu zasady trzech-kolorów podstawowych i dodaniu luminoforów źródła światła LED mogą wytwarzać światło o dowolnej barwie.

WykonanieŚwiatło LEDźródeł ma kluczowe znaczenie dla efektów ich stosowania. Kluczowe parametry wydajności świetlnej obejmują strumień świetlny, skuteczność świetlną, rozkład natężenia światła, współczynnik oddawania barw i temperaturę barwową. Dokładny pomiar tych parametrów jest podstawą oceny jakości diod LED i doboru odpowiednich produktów do konkretnych scenariuszy. Obecnie głównymi metodami pomiaru wydajności światła LED są metoda sfery całkującej i metoda goniofotometru. Metoda sfery całkującej jest ściśle ograniczona do małych-punktowych źródeł światła LED ze względu na wymagania dotyczące rodzaju i wielkości mierzonego źródła światła, natomiast metoda goniofotometryczna jest szerzej stosowana w przypadku innych typów i rozmiarów źródeł światła LED. W poprzednich badaniach analizowano metody pomiaru, zalety-pomiarów bliskiego pola w projektowaniu optycznym oraz znaczenie krzywych rozkładu natężenia światła. Brakuje jednak-dogłębnej analizy różnic w wydajności pomiędzy różnymi źródłami światła LED i ich konsekwencji w praktycznym zastosowaniu. Niniejsze badanie ma na celu wypełnienie tej luki poprzez systematyczne pomiary i porównywanie różnych typów diod LED oraz dopasowywanie ich do odpowiednich scenariuszy zastosowań.

2. Metody pomiaru wydajności świetlnejŹródła światła LED

2.1 Metoda pomiaru strumienia świetlnego

Strumień świetlny odnosi się do ilości światła emitowanego przez źródło światła w jednostce czasu, zwykle wyrażanej w lumenach (lm). Jest to wskaźnik całkowitego strumienia świetlnego źródła światła, równoważny mocy optycznej. Wyższy strumień świetlny oznacza, że ​​źródło światła emituje więcej światła, co bezpośrednio wpływa na postrzeganie jasności przez ludzkie oko i służy jako kluczowy parametr do oceny ogólnej jasności. W praktycznych zastosowaniach strumień świetlny jest krytycznym czynnikiem przy wyborze diod LED: źródła o wysokim-świetlnym-strumieniowym strumieniu nadają się do zapewnienia silnego oświetlenia, natomiast źródła o niskim-strumień-świetlnym idealnie nadają się do lokalnych lub słabo-oświetlonych obszarów.

Zgodnie z metodą pomiaru określoną w normie GB/T 24824-2009 „Metody testowania modułów LED do oświetlenia ogólnego” pomiar strumienia świetlnego przeprowadza się w ciemni optycznej. TestowanyŚwiatło LEDźródło lub oprawa jest instalowana w środku obrotu goniofotometru i włączana do pracy w określonych warunkach. Obrotowe ramię wprawia źródło światła lub oprawę w ruch obrotowy wokół własnej osi pionowej, tworząc wirtualną kulistą powierzchnię. Detektor fotometryczny goniofotometru mierzy natężenie oświetlenia w różnych punktach tej wirtualnej kuli, zapewniając wystarczające próbkowanie na wielu płaszczyznach-emitujących światło z małymi odstępami kątowymi. Odległość detektora fotometrycznego od środka świecącego badanego obiektu pełni rolę promienia wirtualnej kuli. Zazwyczaj odstęp kątowy pomiędzy płaszczyznami wynosi 5 stopni, a odstęp w każdej płaszczyźnie wynosi 1 stopień. W przypadku źródeł światła lub opraw o dużych rozmiarach lub wąskich kątach rozsyłu światła przyjmuje się mniejsze odstępy, aby zapewnić integralność próbkowania rozkładu natężenia oświetlenia.

Ponieważ zmierzone natężenie oświetlenia jest proporcjonalne do natężenia światła źródła w tym kierunku, goniofotometr automatycznie całkuje natężenie oświetlenia na każdym najmniejszym elemencie powierzchni kuli, aby obliczyć strumień świetlny. Całkowity strumień świetlny oblicza się metodą całkowania numerycznego, jak pokazano we wzorze (1):

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

Gdzie Φtot to całkowity strumień świetlny (lm), r to promień wirtualnej kuli (m); SM​ to powierzchnia wirtualnej kuli (m²); oraz (ε, η) reprezentuje kąt przestrzenny.

2.2 Pomiar rozkładu natężenia światła i kąta świecenia

Rozkład natężenia światła opisuje natężenie światła emitowanego przez źródło w różnych kierunkach. Wykrywając dane dotyczące rozkładu natężenia światła w określonych warunkach instalacji, można ocenić równomierność oświetlenia i efektywny obszar pokrycia, co ma ogromne znaczenie w przypadku różnych scenariuszy zastosowań, takich jak oświetlenie domu, oświetlenie komercyjne i oświetlenie przemysłowe. Kąt rozsyłu odnosi się do kąta rozbieżności światła emitowanego przez źródło, bezpośrednio wpływając na koncentrację i rozproszenie efektu świetlnego, określając w ten sposób jego odpowiednie okazje. Te dwa parametry są kluczowe dla rynkowego zastosowaniaŹródła światła LED.

Podczas pomiaru odległość detektora od badanego obiektu musi wynosić co najmniej 5-krotność maksymalnej powierzchni świecenia obiektu, biorąc pod uwagę powierzchnię świetlną, natężenie światła i kąt rozsyłu światła źródła światła LED lub oprawy. Badany obiekt umieszcza się na obrotowej ramie goniofotometru, która może obracać się wokół dwóch osi. Na charakterystycznej płaszczyźnie świetlnej diody LED w polu dalekim umieszcza się punktowy miernik luminancji lub radiometr spektralny w celu zebrania danych o natężeniu światła w polu dalekim.- Odstęp pomiarowy nie jest większy niż 1/20 połowy-szczytowego kąta wiązki. W przypadku pomiarów przy kącie wiązki mniejszym niż 10 stopni lub przy rygorystycznych wymaganiach dotyczących kątów kierunkowych, stosuje się lasery lub bardziej skuteczne metody w celu zainstalowania i wyrównania początkowego położenia badanego obiektu. Gdy źródło światła obraca się wokół dwóch osi, zbierane są dane z całej otaczającej przestrzeni w celu wygenerowania danych krzywej rozkładu natężenia światła, na podstawie których obliczany jest pół-szczytowy kąt wiązki światła.

Metoda pomiaru goniofotometrem z podwójnym-lustrom określona w normie GB/T 24824-2009 umieszcza badany obiekt w środku obrotu goniofotometru z podwójnym lustrem, który obraca się jedynie wokół swojej osi pionowej. Wokół badanego źródła światła LED lub oprawy LED obraca się obrotowy odbłyśnik, odbijając mierzoną w określonym kierunku wiązkę światła w pewnej odległości od drugiego odbłyśnika, który następnie odbija ją do detektora optycznego. Metoda ta pozwala na utrzymanie badanej diody LED w stacjonarnym stanie pracy, oferując jednocześnie wysoką stabilność pomiaru i niewielką przestrzeń zajmowaną przez system.

3. PorównanieŚwiatłoWyniki pomiarów wydajności różnych źródeł światła LED

Stosując wymienione powyżej standardowe metody pomiarowe, zmierzono główne parametry świetlne (skuteczność świetlną, temperaturę barwową, współczynnik oddawania barw i kąt rozsyłu światła) różnych typów źródeł światła LED. Konkretne wyniki przedstawiono w tabeli 1.

Tabela 1: Wartości pomiaru wydajności świetlnej różnych źródeł światła LED

Obecnie,Światło LEDźródła dostosowują rozkład natężenia światła głównie poprzez kształt i parametry transmisji półprzezroczystej osłony otaczającej-diody elektroluminescencyjne. Każdy typ źródła światła LED ma unikalny wzór rozkładu natężenia światła. Punktowe źródła światła przy niewielkich rozmiarach charakteryzują się szerokim, pół-szczytowym zakresem kąta świecenia i wysokim współczynnikiem oddawania barw, co wskazuje na ich zdolność do zapewniania równomiernego i naturalnego oświetlenia. Reflektory charakteryzują się wysoką skutecznością świetlną i wąskim-szczytowym kątem rozsyłu światła, co zapewnia duże możliwości skupiania światła i doskonałe parametry oświetlenia, dzięki czemu nadają się do stosowania w przypadku oświetlenia-dużego zasięgu i skupionego oświetlenia. Oprawy ścienne charakteryzują się zrównoważonymi parametrami użytkowymi, mocnym warstwowaniem przestrzennym i-trójwymiarowością światła, co idealnie nadaje się do oświetlenia konturowego. Lampy uliczne wyróżniają się dużą skutecznością świetlną i szerokim zakresem kąta rozsyłu światła, dzięki czemu zapewniają jasne i równomierne oświetlenie dużych powierzchni.

4. Wymagania dotyczące parametrów świetlnych w różnych scenariuszach zastosowań

Oświetlenie LED ma szeroki zakres zastosowań, w tym oświetlenie wewnętrzne, oświetlenie przemysłowe, oświetlenie obiektów, oświetlenie krajobrazu i oświetlenie dróg w życiu codziennym i pracy. Różne scenariusze zastosowań mają różne wymagania dotyczące wydajności świetlnej w oparciu o cele projektowe i potrzeby użytkownika, jak szczegółowo opisano w tabeli 2.

Tabela 2 Wymagania dotyczące wydajności oświetlenia w różnych scenariuszach zastosowań

Analizując wymagania dotyczące wydajności świetlnej w różnych scenariuszach zastosowań i łącząc je z charakterystyką różnych źródeł światła LED, zaproponowano następujące zalecenia dotyczące dopasowania:

Oświetlenie wewnętrzne: Punktowe źródła światła LED nadają się do różnych lokalizacji w pomieszczeniach, które wymagają precyzyjnego rozmieszczenia oświetlenia. Ich wysoki współczynnik oddawania barw (Ra=86.0) gwarantuje, że obiekty wyglądają wiernie swoim oryginalnym kolorom, a szeroki kąt świecenia (około 119 stopni) zapewnia kompleksowe pokrycie, dzięki czemu idealnie nadają się do domów, biur, przestrzeni komercyjnych i fabryk.

Oświetlenie obiektu: Naświetlacze LED i punktowe źródła światła są zalecane na stadionach, scenach, halach wystawowych i muzeach. Reflektory zapewniają wysoką skuteczność świetlną (135,1 lm/W) i silne oświetlenie kierunkowe, które mogą spełnić wysokie-wymagania dotyczące jasności w dużych obiektach. Punktowe źródła światła dzięki doskonałemu oddawaniu barw nadają się do sal wystawowych i muzeów, gdzie kluczowa jest dokładność barw.

Oświetlenie krajobrazu: Oprawy ścienne LED są preferowanym wyborem do oświetlenia budynków, dekoracji i tworzenia atmosfery w pomieszczeniach. Długi kształt listwy, zrównoważona skuteczność świetlna (96,1 lm/W) oraz bogata kolorystyka pozwalają na efektywne zakreślenie konturów architektonicznych i krajobrazowych, dzięki czemu nadają się do zewnętrznego oświetlenia ścian pojedynczych budynków i zespołów budynków zabytkowych, a także oświetlenia zielonego krajobrazu i oświetlenia billboardów.

Oświetlenie drogowe: Lampy uliczne LEDsą specjalnie zaprojektowane do miejskich arterii komunikacyjnych, dróg drugorzędnych, dróg wiejskich, parków przemysłowych, placów i obszarów widokowych. Dzięki najwyższej skuteczności świetlnej (149,7 lm/W) i szerokiemu zakresowi kąta rozsyłu światła (149,4 stopnia w płaszczyźnie C0/180 stopni) zapewniają równomierne i jasne oświetlenie, zapewniając bezpieczeństwo ruchu pojazdów i pieszych oraz spełniając potrzeby wzrokowe aktywności ludzi.

Oświetlenie przemysłowe: W celu uzyskania zrównoważonego oświetlenia w warsztatach i magazynach można zastosować kombinację punktowych źródeł światła LED i reflektorów. Punktowe źródła światła zapewniają równomierne oświetlenie dużych powierzchni, natomiast naświetlacze pozwalają skupić się na powierzchniach roboczych, które wymagają większej jasności.

5. Wniosek

W porównaniu z tradycyjnymi technologiami oświetleniowymi,Światło LEDzapewniają wyższą efektywność energetyczną, dłuższą żywotność i lepszą ochronę środowiska. Dzięki elastycznym funkcjom regulacji temperatury i koloru są one optymalnym rozwiązaniem do zastosowań w inteligentnym oświetleniu domu. W tym badaniu systematycznie mierzy się i porównuje parametry wydajności świetlnej różnych typów źródeł światła LED, w tym punktowych źródeł światła, naświetlaczy, oświetlaczy ściennych i lamp ulicznych. Wyniki pokazują, że każdy typ źródła światła LED ma unikalne cechy pod względem skuteczności świetlnej, temperatury barwowej, współczynnika oddawania barw i kąta rozsyłu światła, które określają ich przydatność w określonych scenariuszach zastosowań.

Punktowe źródła światła LED dzięki wysokiemu współczynnikowi oddawania barw i szerokiemu kątowi rozsyłu światła nadają się do oświetlenia wnętrz w domach, biurach, przestrzeniach komercyjnych i fabrykach.Reflektory LEDcharakteryzujące się wysoką skutecznością świetlną i silnym oświetleniem kierunkowym, idealnie nadają się do oświetlenia obiektów, takich jak stadiony i hale wystawowe. Podświetlacze ścienne LED doskonale sprawdzają się w oświetleniu krajobrazu i dekoracjach architektonicznych ze względu na ich zrównoważoną wydajność i możliwości konturowania. Oprawy uliczne LED zapewniają niezawodne i wydajne oświetlenie różnych typów dróg, zapewniając bezpieczeństwo ruchu.

Wraz z ciągłym rozwojem technologii i redukcją kosztów, technologia oświetlenia LED będzie zyskiwać coraz większą popularność. W przyszłości źródła światła LED będą odgrywać ważniejszą rolę w inteligentnych domach, zdrowym oświetleniu i innych dziedzinach, udostępniając wysokiej-jakości środowisko oświetleniowe większej liczbie osób. Dalsze badania mogą skupiać się na optymalizacji metod pomiarowych w celu poprawy dokładności i badaniu zastosowania źródeł światła LED w nowych dziedzinach, takich jak zdrowe oświetlenie i inteligentne miasta.

Referencje

[1] Yu, AQ, Ju, JQ i Chen, DH (2018). Dyskusja na temat zalet diod LED w oświetleniu funkcjonalnym. Chiny Oświetlenie urządzeń elektrycznych, (10), 10-17.[2] Huang, Y. (2017). Niektóre zagadnienia w zastosowaniu oświetlenia LED. Światło i oświetlenie, (01), 56-58.[3] Shen, YQ, Zhu, TF i Jia, Z. (2016). Analiza i badania nad zastosowaniem metody goniofotometru w badaniach parametrów optycznych opraw LED. Źródła światła i oświetlenie, (04), 8-10.[4] Wentylator, HZ, Cao, M. i Li, SZ (2012). Zastosowanie i badania pomiarów źródeł światła w bliskim polu w projektowaniu optyki LED. Acta Optica Sinica, (12), 1-5.[5] Ai, J. (2015). Oprawy LED i krzywe rozsyłu światła. Technologia i przedsiębiorstwa, (20), 237-238.[6] Cai, Y., Wang, ZH i Zhu, TF (2016). Nowa technologia szybkiego pomiaru chromatyczności przestrzennej diod LED i rozkładu fotometrycznego. Instrumenty optyczne, (06), 481-487.[7] GB/T 24824-2009. Metody testowania modułów LED do oświetlenia ogólnego (S).[8] Yang, WX (2024). Zastosowanie inteligentnych systemów domowych w projektowaniu nowoczesnych domów. Standaryzacja i jakość przemysłu lekkiego, (05), 127-130.

https://www.benweilighting.com/agricultural-oświetlenie/drób-oświetlenie/migotanie-bezpłatne-drób-light-18w.html

Shenzhen Benwei Lighting Technology Co., Ltd.

E-mail:bwzm15@benweilighting.com

Sieć:www.benweilight.com

Whatsapp: 19113306783