Výzkum metod měření světelného výkonu a aplikačních scénářůLED světelné zdroje

Abstraktní

LED (Light-Emitting Diode) se jako polovodičový polovodičový zdroj studeného světla v pevné fázi stala hlavním proudem v oblasti osvětlení díky svým výhodám úspory energie, ochraně životního prostředí a dlouhé životnosti. Světelný výkon LED světelných zdrojů, včetně světelné účinnosti, světelného toku, úhlu paprsku, teploty barev a indexu podání barev, přímo ovlivňuje uživatelskou zkušenost. Tato studie měří hlavní parametry světelného výkonu různých běžně používanýchLED světlozdroje a porovnává výsledky měření. Na základě analýzy různých aplikačních scénářů se doporučují vhodné světelné zdroje LED, které poskytují reference pro praktické aplikace. Výzkum ukazuje, že bodové světelné zdroje, světlomety, nástěnné ostřikovače a pouliční osvětlení mají každý odlišné výkonnostní charakteristiky, které určují jejich vhodnost pro různá osvětlovací prostředí, jako je vnitřní osvětlení, průmyslové osvětlení, osvětlení prostorů, krajinné osvětlení a osvětlení silnic. S neustálým pokrokem technologií bude LED osvětlení hrát významnější roli v inteligentních domácnostech a zdravém osvětlení.

1. Úvod

Vývoj osvětlovací techniky prošel hlubokou evolucí a přešel od žárovek, zářivek a halogenidových výbojek k energickému rozvoji technologie LED. Světelné zdroje LED se staly vrcholem v oboru osvětlení díky své mimořádné energetické účinnosti, spolehlivosti, dlouhé životnosti a šetrnosti k životnímu prostředí. Jsou široce používány v indikátorech, signálních světlech, displejích, vnitřním osvětlení, silničním osvětlení, osvětlení místa konání a osvětlení krajiny. Na rozdíl od tradičních světelných zdrojů využívají LED světelné zdroje jako luminiscenční materiály pevné polovodičové čipy. Když se nosiče rekombinují v polovodiči, přebytečná energie se uvolní ve formě fotonů, které přímo vyzařují červené, žluté, modré a zelené světlo. Uplatněním principu tří-primárních barev a přidáním fosforu mohou světelné zdroje LED produkovat světlo jakékoli barvy.

VýkonLED světlozdroje je rozhodující pro jejich aplikační účinky. Mezi klíčové parametry světelného výkonu patří světelný tok, světelná účinnost, rozložení intenzity světla, index podání barev a teplota barev. Přesné měření těchto parametrů je základem pro hodnocení kvality LED a výběr vhodných produktů pro konkrétní scénáře. V současné době jsou hlavními metodami měření výkonu LED světla metoda integrující koule a metoda goniofotometru. Metoda integrující koule je striktně omezena na malé-rozměrové bodové světelné zdroje LED kvůli požadavkům na typ a velikost měřeného světelného zdroje, zatímco metoda goniofotometru je více používána pro jiné typy a velikosti LED světelných zdrojů. Předchozí studie zkoumaly metody měření, výhody měření v blízkém poli v optickém designu a důležitost křivek rozložení intenzity světla. Chybí však-hloubková analýza rozdílů ve výkonu mezi různými světelnými zdroji LED a jejich praktické aplikace. Cílem tohoto výzkumu je zaplnit tuto mezeru systematickým měřením a porovnáváním různých typů LED a jejich přiřazováním k vhodným aplikačním scénářům.

2. Metody měření světelného výkonuLED světelné zdroje

2.1 Metoda měření světelného toku

Světelný tok se týká množství světla emitovaného světelným zdrojem za jednotku času, obvykle vyjádřené v lumenech (lm). Je to indikátor celkového světelného výkonu světelného zdroje, ekvivalentní optickému výkonu. Vyšší světelný tok znamená, že zdroj světla vyzařuje více světla, což přímo ovlivňuje vnímání jasu lidským okem a slouží jako klíčový parametr pro hodnocení celkového jasu. V praktických aplikacích je světelný tok kritickým faktorem při výběru LED: zdroje s vysokým-světelným-tokem jsou vhodné pro zajištění silného osvětlení, zatímco zdroje s nízkým-světelným-tokem jsou ideální pro místní nebo nízké-osvětlení oblastí.

Podle metody měření specifikované v GB/T 24824-2009 "Testovací metody pro moduly LED pro obecné osvětlení" se měření světelného toku provádí v optické temné komoře. TestovanéLED světlozdroj nebo svítidlo je instalováno ve středu rotace goniofotometru a je zapnuto, aby fungovalo za specifikovaných podmínek. Otočné rameno pohání světelný zdroj nebo svítidlo tak, aby se otáčelo kolem své svislé osy, čímž vytváří virtuální kulovou plochu. Fotometrický detektor goniofotometru měří osvětlení v různých bodech této virtuální koule a zajišťuje dostatečné vzorkování na více rovinách vyzařujících světlo- s malými úhlovými intervaly. Vzdálenost mezi fotometrickým detektorem a světelným středem testovaného objektu slouží jako poloměr virtuální koule. Typicky je úhlový interval mezi rovinami 5 stupňů a interval v každé rovině je 1 stupeň. Pro světelné zdroje nebo svítidla s velkými rozměry nebo úzkými úhly vyzařování se používají menší intervaly, aby byla zajištěna integrita vzorkování distribuce osvětlení.

Vzhledem k tomu, že naměřená intenzita osvětlení je úměrná intenzitě světla zdroje v tomto směru, goniofotometr automaticky integruje osvětlení nad každým drobným povrchovým prvkem na kouli pro výpočet světelného toku. Celkový světelný tok se vypočítá pomocí metody numerické integrace, jak je znázorněno ve vzorci (1):

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

Kde Φtot je celkový světelný tok (lm), r je poloměr virtuální koule (m); SM​ je plocha virtuální koule (m²); a (ε,η) představuje prostorový úhel.

2.2 Měření rozložení intenzity světla a úhlu paprsku

Distribuce intenzity světla popisuje intenzitu světla vyzařovaného zdrojem v různých směrech. Detekcí údajů o rozložení intenzity světla za specifických podmínek instalace lze vyhodnotit rovnoměrnost osvětlení a efektivní oblast pokrytí, což má velký význam pro různé scénáře použití, jako je osvětlení domácností, komerční osvětlení a průmyslové osvětlení. Úhel paprsku se vztahuje k úhlu divergence světla vyzařovaného zdrojem, který přímo ovlivňuje koncentraci a rozptyl světelného efektu, čímž určuje jeho použitelné příležitosti. Tyto dva parametry jsou klíčové pro uplatnění na trhuLED světelné zdroje.

Během měření musí být vzdálenost mezi detektorem a testovaným objektem alespoň 5násobkem maximální světelné plochy otvoru objektu, s ohledem na světelnou plochu, intenzitu světla a úhel vyzařování LED světelného zdroje nebo svítidla. Testovaný objekt je umístěn na otočném rámu goniofotometru, který se může otáčet kolem dvou os. Na charakteristické světelné ploše LED je ve vzdáleném poli umístěn bodový měřič jasu nebo spektrální radiometr, který shromažďuje údaje o intenzitě světla vzdáleného pole. Interval měření není větší než 1/20 polovičního-špičkového úhlu paprsku. Pro měření s úhlem paprsku menším než 10 stupňů nebo přísnými požadavky na směrové úhly se k instalaci a vyrovnání počáteční polohy testovaného objektu používají lasery nebo účinnější metody. Jak se světelný zdroj otáčí kolem dvou os, shromažďují se data z celého okolního prostoru, aby se vygenerovala data křivky rozložení intenzity světla, na základě kterých se vypočítá poloviční-úhel paprsku.

Metoda měření pomocí goniofotometru se dvěma zrcadly, specifikovaná v GB/T 24824-2009, umístí testovaný objekt do středu rotace goniofotometru se dvěma zrcadly, který se otáčí pouze kolem své svislé osy. Kolem testovaného LED světelného zdroje nebo svítidla se otáčí rotující reflektor, který odráží světelný paprsek měřený v určitém směru do druhého reflektoru na určitou vzdálenost, který jej pak odráží k optickému detektoru. Tato metoda udržuje testovanou LED ve stacionárním provozním stavu a nabízí výhody vysoké stability měření a malého zabírání místa v systému.

3. SrovnáníSvětloVýsledky měření výkonu různých LED světelných zdrojů

Pomocí standardních metod měření uvedených výše byly měřeny hlavní parametry světelného výkonu (svítivost, teplota barev, index podání barev a úhel paprsku) různých typů světelných zdrojů LED. Konkrétní výsledky jsou uvedeny v tabulce 1.

Tabulka 1: Hodnoty měření světelného výkonu různých světelných zdrojů LED

V současné době,LED světlozdroje upravují distribuci intenzity světla především prostřednictvím tvaru a propustnosti průsvitného krytu, který obaluje světelné-diody. Každý typ světelného zdroje LED má jedinečný vzor rozložení intenzity světla. Bodové světelné zdroje při své malé velikosti vykazují široký rozsah polovičních{3}}špičkových úhlů paprsku a vysoký index podání barev, což naznačuje jejich schopnost poskytovat rovnoměrné a přirozené osvětlení. Světlomety se vyznačují vysokou světelnou účinností a úzkým polovičním -špičkovým úhlem paprsku, prokazující silné možnosti zaostřování a vynikající výkon osvětlení, díky čemuž jsou vhodné pro-dálkové a koncentrované osvětlení. Nástěnné podložky mají vyvážené výkonové parametry, silné prostorové vrstvení a trojrozměrnost světla, což je ideální pro obrysové osvětlení. Pouliční světla vynikají vysokou světelnou účinností a širokým rozsahem úhlu vyzařování, což jim umožňuje poskytovat jasné a rovnoměrné osvětlení velkých ploch.

4. Požadavky na světelný výkon v různých aplikačních scénářích

LED osvětlení má širokou škálu aplikačních scénářů, včetně vnitřního osvětlení, průmyslového osvětlení, osvětlení míst, krajinného osvětlení a osvětlení vozovek v každodenním životě a práci. Různé aplikační scénáře mají odlišné požadavky na světelný výkon na základě cílů návrhu a potřeb uživatelů, jak je podrobně uvedeno v tabulce 2.

Tabulka 2 Požadavky na světelný výkon v různých aplikačních scénářích

Analýzou požadavků na světelný výkon různých aplikačních scénářů a jejich kombinací s charakteristikami různých světelných zdrojů LED jsou navržena následující odpovídající doporučení:

Vnitřní osvětlení: Bodové světelné zdroje LED jsou vhodné pro různé vnitřní prostory, které vyžadují přesné umístění osvětlení. Jejich vysoký index podání barev (Ra=86.0) zajišťuje, že objekty vypadají věrně svým původním barvám, zatímco široký úhel paprsku (kolem 119 stupňů) poskytuje komplexní pokrytí, takže jsou ideální pro domácnosti, kanceláře, komerční prostory a továrny.

Osvětlení místa konání: LED světlomety a bodové světelné zdroje se doporučují pro stadiony, pódia, výstavní síně a muzea. Světlomety nabízejí vysokou světelnou účinnost (135,1 lm/W) a silné směrové osvětlení, které může splnit vysoké-požadavky na jas velkých prostor. Bodové světelné zdroje se svým vynikajícím podáním barev jsou vhodné do výstavních síní a muzeí, kde je rozhodující barevná přesnost.

Osvětlení krajiny: LED nástěnné podložky jsou preferovanou volbou pro osvětlení budov, dekorace a vytváření vnitřní atmosféry. Jejich tvar dlouhého pásu, vyvážený světelný výkon (96,1 lm/W) a bohaté barevné možnosti jim umožňují efektivně narýsovat architektonické a krajinné obrysy, díky čemuž jsou vhodné pro venkovní osvětlení stěn jednotlivých budov a historických komplexů budov, stejně jako osvětlení zelené krajiny a osvětlení billboardů.

Silniční osvětlení: LED pouliční osvětleníjsou speciálně navrženy pro městské dopravní tepny, vedlejší silnice, venkovské silnice, průmyslové parky, náměstí a scénické oblasti. S nejvyšší světelnou účinností (149,7 lm/W) a širokým rozsahem úhlu vyzařování (149,4 stupňů v rovině C0/180 stupňů) poskytují rovnoměrné a jasné osvětlení, zajišťující bezpečnost provozu pro vozidla a chodce a splňující vizuální potřeby činností lidí.

Průmyslové osvětlení: Kombinací bodových světelných zdrojů LED a světlometů lze dosáhnout vyváženého osvětlení v dílnách a skladech. Bodové zdroje světla zajišťují rovnoměrné osvětlení velkých ploch, zatímco světlomety se mohou zaměřit na pracovní plochy, které vyžadují vyšší jas.

5. Závěr

Ve srovnání s tradičními technologiemi osvětleníLED světlozdroje nabízejí vyšší energetickou účinnost, delší životnost a lepší ekologické vlastnosti. Jejich flexibilní funkce nastavení teploty a barev z nich činí optimální řešení pro aplikace inteligentního osvětlení domácnosti. Tato studie systematicky měří a porovnává parametry světelného výkonu různých typů LED světelných zdrojů, včetně bodových světelných zdrojů, světlometů, nástěnných ostřikovačů a pouličního osvětlení. Výsledky ukazují, že každý typ světelného zdroje LED má jedinečné vlastnosti, pokud jde o světelnou účinnost, teplotu barev, index podání barev a úhel paprsku, které určují jejich vhodnost pro konkrétní aplikační scénáře.

Bodové světelné zdroje LED s vysokým indexem podání barev a širokým vyzařovacím úhlem jsou vhodné pro vnitřní osvětlení v domácnostech, kancelářích, komerčních prostorech a továrnách.LED světlomety, vyznačující se vysokou světelnou účinností a silným směrovým osvětlením, jsou ideální pro osvětlení míst, jako jsou stadiony a výstavní haly. LED nástěnné podložky vynikají v krajinném osvětlení a architektonické výzdobě díky svému vyváženému výkonu a konturovacím schopnostem. Pouliční LED světla poskytují spolehlivé a účinné osvětlení pro různé typy komunikací a zajišťují bezpečnost provozu.

S neustálým pokrokem v technologii a snižováním nákladů se technologie LED osvětlení stane populárnější. V budoucnu budou světelné zdroje LED hrát důležitější roli v chytrých domácnostech, zdravém osvětlení a dalších oblastech a přinesou-kvalitní osvětlovací prostředí více lidem. Další výzkum se může zaměřit na optimalizaci metod měření pro zlepšení přesnosti a zkoumání použití světelných zdrojů LED v nově vznikajících oblastech, jako je zdravé osvětlení a chytrá města.

Reference

[1] Yu, AQ, Ju, JQ a Chen, DH (2018). Diskuse o výhodách LED ve funkčním osvětlení. China Lighting Electrical Appliances, (10), 10-17.[2] Huang, Y. (2017). Některé problémy při aplikaci LED osvětlení. Light & Lighting, (01), 56-58.[3] Shen, YQ, Zhu, TF a Jia, Z. (2016). Analýza a výzkum aplikace metody goniofotometru při testování optického výkonu LED svítidel. Světelné zdroje a osvětlení, (04), 8-10.[4] Fan, HZ, Cao, M., & Li, SZ (2012). Aplikace a výzkum blízkého pole měření světelných zdrojů v LED optickém designu. Acta Optica Sinica, (12), 1-5.[5] Ai, J. (2015). LED svítidla a křivky rozložení světla. Technology & Enterprise, (20), 237-238.[6] Cai, Y., Wang, ZH, & Zhu, TF (2016). Nová technologie pro rychlé měření prostorové chromatičnosti LED a fotometrické distribuce. Optical Instruments, (06), 481-487.[7] GB/T 24824-2009. Zkušební metody pro LED moduly pro obecné osvětlení (S).[8] Yang, WX (2024). Aplikace domácích inteligentních systémů v moderním bytovém designu. Standardizace a kvalita lehkého průmyslu, (05), 127-130.

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

Shenzhen Benwei Lighting Technology Co., Ltd.

E-mail:bwzm15@benweilighting.com

Web:www.benweilight.com

Whatsapp: 19113306783