Forskning om mätmetoder för ljusprestanda och tillämpningsscenarier förLED-ljuskällor

Abstrakt

Som en solid-halvledar kall ljuskälla har LED (Light-Emitting Diode) blivit huvudströmmen inom belysningsområdet på grund av dess fördelar med energibesparing, miljöskydd och lång livslängd. Ljusprestanda hos LED-ljuskällor, inklusive ljuseffektivitet, ljusflöde, strålvinkel, färgtemperatur och färgåtergivningsindex, påverkar direkt användarupplevelsen. Denna studie mäter de huvudsakliga ljusprestandaparametrarna för olika vanligt användaLED-ljuskällor och jämför mätresultaten. Baserat på analysen av olika tillämpningsscenarier rekommenderas lämpliga LED-ljuskällor för att ge referenser för praktiska tillämpningar. Forskningen visar att punktljuskällor, strålkastare, väggbrickor och gatubelysning var och en har distinkta prestandaegenskaper som bestämmer deras lämplighet för olika belysningsmiljöer som inomhusbelysning, industriell belysning, lokalbelysning, landskapsbelysning och vägbelysning. Med den ständiga utvecklingen av teknik kommer LED-belysning att spela en viktigare roll i smarta hem och hälsosam belysning.

1. Inledning

Utvecklingen av belysningstekniken har genomgått en djupgående utveckling, övergång från glödlampor, lysrör och metallhalogenlampor till den kraftfulla utvecklingen av LED-teknik. LED-ljuskällor har dykt upp som en höjdpunkt inom belysningsbranschen, tack vare deras enastående energieffektivitet, tillförlitlighet, långa livslängd och miljövänlighet. De används i stor utsträckning i indikatorer, signalljus, displayer, inomhusbelysning, vägbelysning, lokalbelysning och landskapsbelysning. Till skillnad från traditionella ljuskällor använder LED-ljuskällor solida halvledarchips som självlysande material. När bärare rekombinerar i halvledaren frigörs överskottsenergi i form av fotoner som direkt avger rött, gult, blått och grönt ljus. Genom att tillämpa principen om tre-primärfärger och lägga till fosfor kan LED-ljuskällor producera ljus i vilken färg som helst.

Utförandet avLED-ljuskällor är avgörande för deras tillämpningseffekter. Viktiga ljusprestandaparametrar inkluderar ljusflöde, ljuseffektivitet, ljusintensitetsfördelning, färgåtergivningsindex och färgtemperatur. Noggrann mätning av dessa parametrar är grunden för att utvärdera LED-kvalitet och välja lämpliga produkter för specifika scenarier. För närvarande är de viktigaste mätmetoderna för LED-ljusprestanda den integrerande sfärmetoden och goniofotometermetoden. Metoden med integrerande sfär är strikt begränsad till små- LED-punktljuskällor på grund av krav på typen och storleken på den uppmätta ljuskällan, medan goniofotometermetoden används mer allmänt för andra typer och storlekar av LED-ljuskällor. Tidigare studier har utforskat mätmetoder, fördelarna med närfältsmätning i optisk design och vikten av ljusintensitetsfördelningskurvor. Det saknas dock djupgående-analyser av prestandaskillnaderna mellan olika LED-ljuskällor och deras praktiska tillämpningskonsekvenser. Denna forskning syftar till att fylla denna lucka genom att systematiskt mäta och jämföra olika LED-typer och matcha dem med lämpliga tillämpningsscenarier.

2. Ljusprestandamätningsmetoder förLED-ljuskällor

2.1 Ljusflödesmätningsmetod

Ljusflöde avser mängden ljus som sänds ut av en ljuskälla per tidsenhet, vanligtvis uttryckt i lumen (lm). Det är en indikator på den totala ljuseffekten från en ljuskälla, motsvarande optisk effekt. Ett högre ljusflöde innebär att ljuskällan avger mer ljus, vilket direkt påverkar det mänskliga ögats uppfattning av ljusstyrkan och fungerar som en nyckelparameter för att utvärdera den totala ljusstyrkan. I praktiska tillämpningar är ljusflödet en kritisk faktor vid val av LED: hög-ljusflöde-källor är lämpliga för att ge stark belysning, medan källor med lågt-ljusflöde-är idealiska för lokala eller låga-belysningsområden.

Enligt mätmetoden specificerad i GB/T 24824-2009 "Testmetoder för LED-moduler för allmän belysning" utförs ljusflödesmätningen i ett optiskt mörkrum. Den testadeLED-ljuskällan eller armaturen installeras i rotationscentrum för en goniofotometer och slås på för att fungera under specificerade förhållanden. En roterande arm driver ljuskällan eller armaturen att rotera runt sin vertikala axel och bildar en virtuell sfärisk yta. Goniofotometerns fotometriska detektor mäter belysningsstyrkan vid olika punkter på denna virtuella sfär, vilket säkerställer tillräcklig sampling på flera ljus-emitterande plan med små vinkelintervall. Avståndet mellan den fotometriska detektorn och det lysande mitten av det testade objektet fungerar som radien för den virtuella sfären. Vanligtvis är vinkelintervallet mellan plan 5 grader och intervallet inom varje plan är 1 grad. För ljuskällor eller armaturer med stora storlekar eller smala strålvinklar används mindre intervall för att säkerställa integriteten hos provtagningen av belysningsstyrkan.

Eftersom den uppmätta belysningsstyrkan är proportionell mot ljusintensiteten hos källan i den riktningen, integrerar goniofotometern automatiskt belysningsstyrkan över varje litet ytelement på sfären för att beräkna ljusflödet. Det totala ljusflödet beräknas med den numeriska integrationsmetoden som visas i formel (1):

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

Där Φtot är det totala ljusflödet (lm), är r radien för den virtuella sfären (m); SM​ är den virtuella sfärens yta (m²); och (ε,η) representerar den rumsliga vinkeln.

2.2 Mätning av ljusintensitetsfördelning och strålvinkel

Ljusintensitetsfördelning beskriver intensiteten av ljus som sänds ut av en källa i olika riktningar. Genom att detektera ljusintensitetsfördelningsdata under specifika installationsförhållanden kan enhetligheten i belysningen och det effektiva täckningsområdet utvärderas, vilket är av stor betydelse för olika tillämpningsscenarier som hembelysning, kommersiell belysning och industriell belysning. Strålvinkeln hänvisar till divergensvinkeln för ljuset som sänds ut av källan, som direkt påverkar koncentrationen och spridningen av ljuseffekten, vilket bestämmer dess tillämpliga tillfällen. Dessa två parametrar är avgörande för marknadstillämpningen avLED-ljuskällor.

Under mätningen måste avståndet mellan detektorn och det testade objektet vara minst 5 gånger objektets maximala lysande öppningsarea, med tanke på ljusarean, ljusintensiteten och strålvinkeln för LED-ljuskällan eller armaturen. Det testade objektet placeras på en roterande ram på goniofotometern som kan rotera runt två axlar. På det karakteristiska ljusplanet för lysdioden är en punktluminansmätare eller spektralradiometer placerad i fjärrfältet för att samla in fjärr-ljusintensitetsdata. Mätintervallet är inte större än 1/20 av halva-toppstrålevinkeln. För mätningar med en strålvinkel mindre än 10 grader eller stränga krav på riktningsvinklar, används lasrar eller mer effektiva metoder för att installera och rikta in utgångspositionen för det testade objektet. När ljuskällan roterar runt två axlar samlas data från hela det omgivande utrymmet in för att generera kurvdata för ljusintensitetsfördelning, baserat på vilken halva-toppstrålevinkeln beräknas.

Den dubbla -spegelgoniofotometerns mätmetod som specificeras i GB/T 24824-2009 placerar det testade objektet i rotationscentrum för goniofotometern med dubbla spegel, som endast roterar runt sin vertikala axel. En roterande reflektor roterar runt den testade LED-ljuskällan eller armaturen och reflekterar ljusstrålen uppmätt i en viss riktning till en andra reflektor på avstånd, som sedan reflekterar den till den optiska detektorn. Denna metod håller den testade lysdioden i ett stationärt driftläge, vilket ger fördelarna med hög mätstabilitet och liten systemutrymmesupptagning.

3. Jämförelse avLjusPrestandamätningsresultat av olika LED-ljuskällor

Med hjälp av de standardmätmetoder som nämns ovan, mättes huvudljusprestandaparametrarna (ljuseffekt, färgtemperatur, färgåtergivningsindex och strålvinkel) för olika typer av LED-ljuskällor. De specifika resultaten visas i tabell 1.

Tabell 1: Mätvärden för ljusprestanda för olika LED-ljuskällor

För närvarande,LED-ljuskällor justerar sin ljusintensitetsfördelning främst genom formen och transmissionsprestanda hos det genomskinliga höljet som omsluter de ljus-emitterande dioderna. Varje typ av LED-ljuskälla har ett unikt ljusintensitetsfördelningsmönster. Punktljuskällor, med sin lilla storlek, uppvisar ett brett halv-toppvinkelområde och högt färgåtergivningsindex, vilket indikerar deras förmåga att ge enhetlig och naturlig belysning. Strålkastare har hög ljuseffektivitet och en smal halv-toppvinkel, som visar starka fokuseringsförmåga och utmärkt belysningsprestanda, vilket gör dem lämpliga för långa-belysning och koncentrerad belysning. Väggbrickor har balanserade prestandaparametrar, med stark rumslig skiktning och tre-ljus, vilket är idealiskt för konturbelysning. Gatubelysning sticker ut med hög ljuseffektivitet och ett brett strålvinkelområde, vilket gör att de kan leverera stark och enhetlig belysning över stora ytor.

4. Krav på ljusprestanda i olika tillämpningsscenarier

LED-belysning har ett brett utbud av applikationsscenarier, inklusive inomhusbelysning, industriell belysning, lokalbelysning, landskapsbelysning och vägbelysning i det dagliga livet och arbetet. Olika applikationsscenarier har distinkta krav på ljusprestanda baserat på designmål och användarbehov, som beskrivs i tabell 2.

Tabell 2 Krav på ljusprestanda i olika tillämpningsscenarier

Genom att analysera ljusprestandakraven för olika applikationsscenarier och kombinera dem med egenskaperna hos olika LED-ljuskällor, föreslås följande matchande rekommendationer:

Inomhusbelysning: LED punktljuskällor är lämpliga för olika inomhusplatser som kräver exakt belysningspositionering. Deras höga färgåtergivningsindex (Ra=86.0) säkerställer att objekt verkar trogna sina ursprungliga färger, medan den breda strålvinkeln (cirka 119 grader) ger omfattande täckning, vilket gör dem idealiska för hem, kontor, kommersiella utrymmen och fabriker.

Lokalbelysning: LED-strålkastare och punktljuskällor rekommenderas för arenor, scener, utställningshallar och museer. Strålkastare erbjuder hög ljuseffektivitet (135,1 lm/W) och stark riktad belysning, vilket kan uppfylla de höga-kraven på ljusstyrka på stora ställen. Punktljuskällor är med sin utmärkta färgåtergivning lämpliga för utställningshallar och museer där färgnoggrannhet är avgörande.

Landskapsbelysning: LED-väggbrickor är det föredragna valet för byggnadsbelysning, dekoration och skapande av atmosfär inomhus. Deras långa remsform, balanserade ljusutbyte (96,1 lm/W) och rika färgalternativ gör att de kan skissera arkitektoniska och landskapskonturer effektivt, vilket gör dem lämpliga för yttre väggbelysning av enskilda byggnader och historiska byggnadskomplex, såväl som grön landskapsbelysning och skyltbelysning.

Vägbelysning: LED gatubelysningär speciellt utformade för stadsvägar, sekundära vägar, landsvägar, industriparker, torg och natursköna områden. Med den högsta ljuseffekten (149,7 lm/W) och ett brett strålvinkelområde (149,4 grader i C0/180 graders plan) ger de enhetlig och stark belysning, säkerställer trafiksäkerhet för fordon och fotgängare och möter de visuella behoven för människors aktiviteter.

Industriell belysning: En kombination av LED-punktljuskällor och strålkastare kan användas för att uppnå balanserad belysning i verkstäder och lager. Punktljuskällor säkerställer enhetlig belysning i stora ytor, medan strålkastare kan fokusera på arbetsytor som kräver högre ljusstyrka.

5. Slutsats

Jämfört med traditionell belysningsteknik,LED-ljuskällor ger högre energieffektivitet, längre livslängd och bättre miljöprestanda. Deras flexibla temperatur- och färgjusteringsfunktioner gör dem till den optimala lösningen för smarta hembelysningstillämpningar. Denna studie mäter och jämför systematiskt ljusprestandaparametrarna för olika typer av LED-ljuskällor, inklusive punktljuskällor, strålkastare, väggbrickor och gatubelysning. Resultaten visar att varje typ av LED-ljuskälla har unika egenskaper när det gäller ljuseffektivitet, färgtemperatur, färgåtergivningsindex och strålvinkel, som avgör deras lämplighet för specifika tillämpningsscenarier.

LED-punktljuskällor, med sitt höga färgåtergivningsindex och breda strålvinkel, är lämpliga för inomhusbelysning i hem, kontor, kommersiella utrymmen och fabriker.LED-strålkastare, med hög ljuseffekt och stark riktad belysning, är idealiska för lokalbelysning som arenor och utställningshallar. LED-väggbrickor utmärker sig i landskapsbelysning och arkitektonisk dekoration på grund av deras balanserade prestanda och konturegenskaper. LED-gatljus ger pålitlig och effektiv belysning för olika vägtyper, vilket säkerställer trafiksäkerheten.

Med den kontinuerliga utvecklingen av tekniken och minskningen av kostnaderna kommer LED-belysningstekniken att bli mer populär. I framtiden kommer LED-ljuskällor att spela en viktigare roll i smarta hem, hälsosam belysning och andra områden, vilket ger belysningsmiljöer av hög-kvalitet till fler människor. Ytterligare forskning kan fokusera på att optimera mätmetoder för att förbättra noggrannheten och utforska tillämpningen av LED-ljuskällor i framväxande områden som hälsosam belysning och smarta städer.

Referenser

[1] Yu, AQ, Ju, JQ och Chen, DH (2018). Diskussion om fördelarna med LED i funktionell belysning. China Lighting Electrical Appliances, (10), 10-17.[2] Huang, Y. (2017). Några frågor i tillämpningen av LED-belysning. Light & Lighting, (01), 56-58.[3] Shen, YQ, Zhu, TF, & Jia, Z. (2016). Analys och forskning om tillämpningen av goniofotometermetoden i optisk prestandatestning av LED-armaturer. Ljuskällor och belysning, (04), 8-10.[4] Fan, HZ, Cao, M., & Li, SZ (2012). Tillämpning och forskning av närfältsmätning av ljuskällor i LED-optisk design. Acta Optica Sinica, (12), 1-5.[5] Ai, J. (2015). LED-armaturer och ljusfördelningskurvor. Technology & Enterprise, (20), 237-238.[6] Cai, Y., Wang, ZH, & Zhu, TF (2016). En ny teknik för snabb mätning av LED rumslig kromaticitet och fotometrisk distribution. Optical Instruments, (06), 481-487.[7] GB/T 24824-2009. Testmetoder för LED-moduler för allmän belysning (S).[8] Yang, WX (2024). Tillämpning av hem intelligenta system i modern hemdesign. Standardisering och kvalitet på lätt industri, (05), 127-130.

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

Shenzhen Benwei Lighting Technology Co., Ltd.

E-post:bwzm15@benweilighting.com

Web:www.benweilight.com

Whatsapp: 19113306783