Forskning på lysytelsesmålingsmetoder og anvendelsesscenarier avLED lyskilder

Abstrakt

Som en solid-halvleder-kaldlyskilde har LED (Light-Emitting Diode) blitt hovedstrømmen i belysningsfeltet på grunn av fordelene med energisparing, miljøvern og lang levetid. Lysytelsen til LED-lyskilder, inkludert lyseffektivitet, lysstrøm, strålevinkel, fargetemperatur og fargegjengivelsesindeks, påvirker brukeropplevelsen direkte. Denne studien måler de viktigste lysytelsesparametrene for forskjellige ofte brukteLED lyskilder og sammenligner måleresultatene. Basert på analysen av ulike bruksscenarier, anbefales passende LED-lyskilder for å gi referanser for praktiske bruksområder. Forskningen viser at punktlyskilder, flomlys, veggvaskere og gatelys hver har distinkte ytelsesegenskaper, som bestemmer deres egnethet for forskjellige belysningsmiljøer som innendørs belysning, industribelysning, lokalebelysning, landskapsbelysning og veibelysning. Med den kontinuerlige utviklingen av teknologi, vil LED-belysning spille en mer betydelig rolle i smarte hjem og sunn belysning.

1. Introduksjon

Utviklingen av lysteknologi har gjennomgått en dyp evolusjon, og har gått fra glødelamper, lysrør og metallhalogenlamper til den kraftige utviklingen av LED-teknologi. LED-lyskilder har dukket opp som et høydepunkt i belysningsindustrien, takket være deres enestående energieffektivitet, pålitelighet, lange levetid og miljøvennlighet. De er mye brukt i indikatorer, signallys, skjermer, innendørs belysning, veibelysning, lokalebelysning og landskapsbelysning. I motsetning til tradisjonelle lyskilder bruker LED-lyskilder solide halvlederbrikker som selvlysende materialer. Når bærere rekombinerer i halvlederen, frigjøres overflødig energi i form av fotoner, som direkte sender ut rødt, gult, blått og grønt lys. Ved å bruke tre-primærfargeprinsippet og legge til fosfor, kan LED-lyskilder produsere lys i alle farger.

Utførelsen avLED lyskilder er avgjørende for deres anvendelseseffekter. Viktige lysytelsesparametere inkluderer lysstrøm, lyseffektivitet, lysintensitetsfordeling, fargegjengivelsesindeks og fargetemperatur. Nøyaktig måling av disse parameterne er grunnlaget for å evaluere LED-kvalitet og velge passende produkter for spesifikke scenarier. For øyeblikket er de viktigste målemetodene for LED-lysytelse den integrerende sfæremetoden og goniofotometermetoden. Integreringssfæremetoden er strengt begrenset til små-LED-punktlyskilder på grunn av krav til type og størrelse på den målte lyskilden, mens goniofotometermetoden er mer utbredt for andre typer og størrelser av LED-lyskilder. Tidligere studier har utforsket målemetoder, fordelene med nærfeltmåling i optisk design, og viktigheten av lysintensitetsfordelingskurver. Det er imidlertid mangel på en-dybdeanalyse av ytelsesforskjellene mellom ulike LED-lyskilder og deres praktiske anvendelsesimplikasjoner. Denne forskningen tar sikte på å fylle dette gapet ved systematisk å måle og sammenligne ulike LED-typer og matche dem med passende applikasjonsscenarier.

2. Målemetoder for lysytelse avLED lyskilder

2.1 Metode for måling av lysstrøm

Lysstrøm refererer til mengden lys som sendes ut av en lyskilde per tidsenhet, vanligvis uttrykt i lumen (lm). Det er en indikator på den totale lyseffekten til en lyskilde, tilsvarende optisk effekt. En høyere lysstrøm betyr at lyskilden sender ut mer lys, som direkte påvirker det menneskelige øyets oppfatning av lysstyrke og fungerer som en nøkkelparameter for å evaluere den generelle lysstyrken. I praktiske bruksområder er lysstrøm en kritisk faktor ved valg av LED: høy-lysstrøm-kilder er egnet for å gi sterk belysning, mens kilder med lav-lysstrøm- er ideelle for lokale eller lave-lysområder.

I henhold til målemetoden spesifisert i GB/T 24824-2009 "Testmetoder for LED-moduler for generell belysning", utføres lysstrømmålingen i et optisk mørkerom. Den testedeLED lyskilde eller armatur er installert i rotasjonssenteret til et goniofotometer og slått på for å fungere under spesifiserte forhold. En roterende arm driver lyskilden eller armaturen til å rotere rundt sin vertikale akse, og danner en virtuell sfærisk overflate. Goniofotometerets fotometriske detektor måler belysningsstyrken på forskjellige punkter på denne virtuelle sfæren, og sikrer tilstrekkelig prøvetaking på flere lys{2}}avgivende plan med små vinkelintervaller. Avstanden mellom den fotometriske detektoren og det lysende senteret til det testede objektet fungerer som radiusen til den virtuelle sfæren. Vanligvis er vinkelintervallet mellom plan 5 grader, og intervallet innenfor hvert plan er 1 grad. For lyskilder eller armaturer med store størrelser eller smale strålevinkler, brukes mindre intervaller for å sikre integriteten til prøvetakingen av belysningsfordelingen.

Siden den målte belysningsstyrken er proporsjonal med lysintensiteten til kilden i den retningen, integrerer goniofotometeret automatisk belysningsstyrken over hvert ørsmå overflateelement på sfæren for å beregne lysstrømmen. Den totale lysstrømmen beregnes ved hjelp av den numeriske integrasjonsmetoden som vist i formel (1):

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

Der Φtot er den totale lysstrømmen (lm), er r radiusen til den virtuelle sfæren (m); SM​ er overflatearealet til den virtuelle sfæren (m²); og (ε,η) representerer den romlige vinkelen.

2.2 Måling av lysintensitetsfordeling og strålevinkel

Lysintensitetsfordeling beskriver intensiteten til lys som sendes ut av en kilde i forskjellige retninger. Ved å detektere lysintensitetsfordelingsdata under spesifikke installasjonsforhold, kan ensartetheten av belysning og effektivt dekningsområde evalueres, noe som er av stor betydning for ulike bruksscenarier som hjemmebelysning, kommersiell belysning og industriell belysning. Strålevinkelen refererer til divergensvinkelen til lyset som sendes ut av kilden, som direkte påvirker konsentrasjonen og spredningen av lyseffekten, og bestemmer dermed dens aktuelle anledninger. Disse to parameterne er avgjørende for markedsanvendelsen avLED lyskilder.

Under målingen må avstanden mellom detektoren og det testede objektet være minst 5 ganger det maksimale lysende åpningsarealet til objektet, tatt i betraktning lysområdet, lysintensiteten og strålevinkelen til LED-lyskilden eller armaturen. Det testede objektet plasseres på en roterende ramme på goniofotometeret som kan rotere rundt to akser. På det karakteristiske lysende planet til LED-en er en punktluminansmåler eller spektralradiometer plassert i det fjerne feltet for å samle inn data for fjern-lysintensitet. Måleintervallet er ikke større enn 1/20 av den halve-toppstrålevinkelen. For målinger med en strålevinkel mindre enn 10 grader eller strenge krav til retningsvinkler, brukes lasere eller mer effektive metoder for å installere og justere utgangsposisjonen til det testede objektet. Når lyskilden roterer rundt to akser, samles data fra hele det omkringliggende rommet for å generere lysintensitetsfordelingskurvedata, basert på hvilke halv{11}}toppstrålevinkelen beregnes.

Målemetoden for dobbel-speilgoniofotometer spesifisert i GB/T 24824-2009 plasserer det testede objektet i rotasjonssenteret til dobbeltspeilgoniofotometeret, som bare roterer rundt sin vertikale akse. En roterende reflektor roterer rundt den testede LED-lyskilden eller armaturen, og reflekterer lysstrålen målt i en bestemt retning til en andre reflektor på avstand, som deretter reflekterer den til den optiske detektoren. Denne metoden holder den testede LED-en i en stasjonær driftstilstand, og gir fordelene med høy målestabilitet og liten systemplass.

3. Sammenligning avLysYtelsesmålingsresultater av forskjellige LED-lyskilder

Ved å bruke standardmålemetodene nevnt ovenfor, ble de viktigste lysytelsesparametrene (lyseffektivitet, fargetemperatur, fargegjengivelsesindeks og strålevinkel) for forskjellige typer LED-lyskilder målt. De spesifikke resultatene er vist i tabell 1.

Tabell 1: Måleverdier for lysytelse for forskjellige LED-lyskilder

For tiden,LED lyskilder justerer lysintensitetsfordelingen hovedsakelig gjennom formen og overføringsytelsen til det gjennomskinnelige dekselet som omslutter de lysemitterende diodene. Hver type LED-lyskilde har et unikt lysintensitetsfordelingsmønster. Punktlyskilder, med sin lille størrelse, viser et bredt halv-topp strålevinkelområde og høy fargegjengivelsesindeks, noe som indikerer deres evne til å gi jevn og naturlig belysning. Flomlys har høy lyseffektivitet og en smal halv-toppstrålevinkel, og demonstrerer sterke fokuseringsevner og utmerket belysningsytelse, noe som gjør dem egnet for lang-belysning og konsentrert belysning. Veggvaskere har balanserte ytelsesparametere, med sterk romlig lagdeling og tre-dimensjonalitet av lys, som er ideell for konturbelysning. Gatelys skiller seg ut med høy lyseffekt og et bredt strålevinkelområde, noe som gjør at de kan levere skarp og jevn belysning over store områder.

4. Krav til lysytelse i ulike applikasjonsscenarier

LED-belysning har et bredt spekter av bruksscenarier, inkludert innendørs belysning, industribelysning, lokalebelysning, landskapsbelysning og veibelysning i dagliglivet og på jobben. Ulike applikasjonsscenarier har distinkte krav til lysytelse basert på designmål og brukerbehov, som beskrevet i tabell 2.

Tabell 2 Krav til lysytelse i ulike applikasjonsscenarier

Ved å analysere lysytelseskravene til forskjellige applikasjonsscenarier og kombinere dem med egenskapene til forskjellige LED-lyskilder, foreslås følgende samsvarende anbefalinger:

Innendørs belysning: LED-punktlyskilder er egnet for ulike innendørsplasseringer som krever presis belysningsplassering. Deres høye fargegjengivelsesindeks (Ra=86.0) sikrer at objekter fremstår som tro mot sine originale farger, mens den brede strålevinkelen (rundt 119 grader) gir omfattende dekning, noe som gjør dem ideelle for hjem, kontorer, kommersielle rom og fabrikker.

Lokalbelysning: LED-flomlys og punktlyskilder anbefales for stadioner, scener, utstillingshaller og museer. Flomlys gir høy lyseffektivitet (135,1 lm/W) og sterk retningsbelysning, som kan møte de høye-lysstyrkekravene til store arenaer. Punktlyskilder, med sin utmerkede fargegjengivelse, egner seg for utstillingshaller og museer hvor fargenøyaktighet er avgjørende.

Landskapsbelysning: LED-veggvaskere er det foretrukne valget for bygningsbelysning, dekorasjon og skaping av innendørs atmosfære. Deres lange stripeform, balanserte lyseffekt (96,1 lm/W) og rike fargealternativer gjør at de kan skissere arkitektoniske og landskapskonturer effektivt, noe som gjør dem egnet for utvendig veggbelysning av enkeltbygg og historiske bygningskomplekser, samt grønn landskapsbelysning og reklametavlebelysning.

Veibelysning: LED gatelyser spesielt designet for urbane arterielle veier, sekundærveier, landlige veier, industriparker, torg og naturskjønne områder. Med den høyeste lyseffekten (149,7 lm/W) og et bredt strålevinkelområde (149,4 grader i C0/180 graders plan), gir de jevn og skarp belysning, sikrer trafikksikkerhet for kjøretøy og fotgjengere og oppfyller de visuelle behovene til folks aktiviteter.

Industriell belysning: En kombinasjon av LED-punktlyskilder og flomlys kan brukes for å oppnå balansert belysning i verksteder og lager. Punktlyskilder sørger for jevn belysning i store områder, mens flomlys kan fokusere på arbeidsflater som krever høyere lysstyrke.

5. Konklusjon

Sammenlignet med tradisjonelle lysteknologier,LED lyskilder gir høyere energieffektivitet, lengre levetid og bedre miljøytelse. Deres fleksible temperatur- og fargejusteringsfunksjoner gjør dem til den optimale løsningen for smarte hjemmebelysningsapplikasjoner. Denne studien måler og sammenligner systematisk lysytelsesparametrene til forskjellige typer LED-lyskilder, inkludert punktlyskilder, flomlys, veggvaskere og gatelys. Resultatene viser at hver type LED-lyskilde har unike egenskaper når det gjelder lyseffektivitet, fargetemperatur, fargegjengivelsesindeks og strålevinkel, som bestemmer deres egnethet for spesifikke bruksscenarier.

LED punktlyskilder, med sin høye fargegjengivelsesindeks og brede strålevinkel, er egnet for innendørsbelysning i hjem, kontorer, kommersielle rom og fabrikker.LED-lyskastere, med høy lyseffekt og sterk retningsbelysning, er ideelle for arenabelysning som stadioner og utstillingshaller. LED-veggvaskere utmerker seg i landskapsbelysning og arkitektonisk dekorasjon på grunn av deres balanserte ytelse og konturegenskaper. LED-gatelys gir pålitelig og effektiv belysning for ulike veityper, og sikrer trafikksikkerhet.

Med kontinuerlig utvikling av teknologi og reduksjon av kostnader, vil LED-belysningsteknologi bli mer populær. I fremtiden vil LED-lyskilder spille en viktigere rolle i smarte hjem, sunn belysning og andre områder, og bringe lysmiljøer av høy{1}}kvalitet til flere mennesker. Ytterligere forskning kan fokusere på å optimalisere målemetoder for å forbedre nøyaktigheten og utforske bruken av LED-lyskilder i nye felt som sunn belysning og smarte byer.

Referanser

[1] Yu, AQ, Ju, JQ og Chen, DH (2018). Diskusjon om fordelene med LED i funksjonell belysning. China Lighting Electrical Appliances, (10), 10-17.[2] Huang, Y. (2017). Noen problemer i bruken av LED-belysning. Light & Lighting, (01), 56-58.[3] Shen, YQ, Zhu, TF og Jia, Z. (2016). Analyse og forskning på anvendelse av goniofotometermetode i LED-armatur optisk ytelsestesting. Light Sources & Lighting, (04), 8-10.[4] Fan, HZ, Cao, M. og Li, SZ (2012). Anvendelse og forskning av nærfeltsmåling av lyskilder i LED-optisk design. Acta Optica Sinica, (12), 1-5.[5] Ai, J. (2015). LED-armaturer og lysfordelingskurver. Technology & Enterprise, (20), 237-238.[6] Cai, Y., Wang, ZH, & Zhu, TF (2016). En ny teknologi for rask måling av LED romlig kromaticitet og fotometrisk distribusjon. Optical Instruments, (06), 481-487.[7] GB/T 24824-2009. Testmetoder for LED-moduler for generell belysning (S).[8] Yang, WX (2024). Anvendelse av intelligente hjemmesystemer i moderne hjemmedesign. Standardisering og kvalitet på lett industri, (05), 127-130.

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

Shenzhen Benwei Lighting Technology Co., Ltd.

E-post:bwzm15@benweilighting.com

Internett:www.benweilight.com

Whatsapp: 19113306783