Изследване на методите за измерване на ефективността на светлината и сценарии за приложение наСветодиодни източници на светлина

Резюме

Като полупроводников източник на студена светлина в твърдо състояние, LED (-светоизлъчващ диод) се превърна в основното течение в областта на осветлението поради своите предимства за пестене на енергия, защита на околната среда и дълъг експлоатационен живот. Светлинната ефективност на LED светлинните източници, включително светлинната ефикасност, светлинният поток, ъгълът на лъча, цветната температура и индексът на цветопредаване, пряко засяга потребителското изживяване. Това проучване измерва основните параметри на светлинната ефективност на различни често използваниLED светлинаизточници и сравнява резултатите от измерването. Въз основа на анализа на различни сценарии на приложение се препоръчват подходящи LED светлинни източници, за да осигурят справки за практически приложения. Изследването показва, че точковите светлинни източници, прожекторите, стенните шайби и уличните лампи имат различни работни характеристики, които определят тяхната пригодност за различни светлинни среди като вътрешно осветление, промишлено осветление, осветление на места, ландшафтно осветление и пътно осветление. С непрекъснатия напредък на технологиите LED осветлението ще играе по-значима роля в интелигентните домове и здравословното осветление.

1. Въведение

Развитието на осветителната технология е претърпяло дълбока еволюция, преминавайки от лампи с нажежаема жичка, флуоресцентни лампи и металхалогенни лампи към енергичното развитие на LED технологията. Светодиодните източници на светлина се превърнаха в акцент в осветителната индустрия, благодарение на тяхната изключителна енергийна ефективност, надеждност, дълъг живот и екологичност. Те се прилагат широко в индикатори, сигнални светлини, дисплеи, вътрешно осветление, пътно осветление, осветление на места и ландшафтно осветление. За разлика от традиционните източници на светлина, LED източниците на светлина използват твърди полупроводникови чипове като луминисцентни материали. Когато носителите се рекомбинират в полупроводника, излишната енергия се освобождава под формата на фотони, директно излъчващи червена, жълта, синя и зелена светлина. Чрез прилагане на принципа на три-основни цвята и добавяне на фосфор, LED източниците на светлина могат да произвеждат светлина от всякакъв цвят.

Изпълнението наLED светлинаизточници е от решаващо значение за ефектите от приложението им. Ключовите параметри на светлинната ефективност включват светлинен поток, светлинна ефективност, разпределение на интензитета на светлината, индекс на цветопредаване и цветна температура. Точното измерване на тези параметри е основата за оценка на качеството на светодиодите и избор на подходящи продукти за конкретни сценарии. Понастоящем основните методи за измерване на ефективността на LED светлината са методът на интегриращата сфера и методът на гониофотометъра. Методът на интегриращата сфера е строго ограничен до малки-размери LED точкови светлинни източници поради изискванията за типа и размера на измервания светлинен източник, докато методът на гониофотометъра се използва по-широко за други видове и размери LED светлинни източници. Предишни проучвания са изследвали методите за измерване, предимствата на измерването на близко поле в оптичния дизайн и значението на кривите на разпределение на интензитета на светлината. Липсва обаче задълбочен-анализ на разликите в производителността между различните светодиодни източници на светлина и тяхното практическо приложение. Това изследване има за цел да запълни тази празнина чрез систематично измерване и сравняване на различни видове LED и съпоставянето им с подходящи сценарии за приложение.

2. Методи за измерване на ефективността на светлинатаСветодиодни източници на светлина

2.1 Метод за измерване на светлинния поток

Светлинният поток се отнася до количеството светлина, излъчвано от светлинен източник за единица време, обикновено изразено в лумени (lm). Това е индикатор за общата светлинна мощност на светлинен източник, еквивалентна на оптична мощност. По-високият светлинен поток означава, че източникът на светлина излъчва повече светлина, което пряко влияе върху възприятието на човешкото око за яркост и служи като ключов параметър за оценка на общата яркост. В практически приложения светлинният поток е критичен фактор при избора на светодиоди: източниците с висок-светлинен-поток са подходящи за осигуряване на силно осветление, докато източниците с нисък-светлинен-поток са идеални за локални или слабо-осветени зони.

Съгласно метода за измерване, посочен в GB/T 24824-2009 „Методи за изпитване на LED модули за общо осветление“, измерването на светлинния поток се извършва в оптична тъмна стая. ТестванотоLED светлинаизточник или осветително тяло е инсталирано в центъра на въртене на гониофотометър и е включено, за да работи при определени условия. Въртящо се рамо задвижва източника на светлина или осветителното тяло да се върти около вертикалната си ос, образувайки виртуална сферична повърхност. Фотометричният детектор на гониофотометъра измерва осветеността в различни точки на тази виртуална сфера, осигурявайки достатъчно вземане на проби от множество светло{2}}излъчващи равнини с малки ъглови интервали. Разстоянието между фотометричния детектор и светлинния център на тествания обект служи като радиус на виртуалната сфера. Обикновено ъгловият интервал между равнините е 5 градуса, а интервалът във всяка равнина е 1 градус. За източници на светлина или осветителни тела с големи размери или тесни ъгли на лъча се приемат по-малки интервали, за да се гарантира целостта на пробите на разпределението на осветеността.

Тъй като измерената осветеност е пропорционална на интензитета на светлината на източника в тази посока, гониофотометърът автоматично интегрира осветеността върху всеки малък повърхностен елемент на сферата, за да изчисли светлинния поток. Общият светлинен поток се изчислява с помощта на метода на числено интегриране, както е показано във формула (1):

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

Където Φtot е общият светлинен поток (lm), r е радиусът на виртуалната сфера (m); SM​ е повърхността на виртуалната сфера (m²); и (ε,η) представлява пространствения ъгъл.

2.2 Измерване на разпределението на интензитета на светлината и ъгъла на лъча

Разпределението на интензитета на светлината описва интензитета на светлината, излъчвана от източник в различни посоки. Чрез откриване на данни за разпределение на интензитета на светлината при специфични условия на инсталиране, може да се оцени равномерността на осветеността и ефективната площ на покритие, което е от голямо значение за различни сценарии на приложение, като домашно осветление, търговско осветление и индустриално осветление. Ъгълът на лъча се отнася до ъгъла на отклонение на светлината, излъчвана от източника, пряко влияе върху концентрацията и дифузията на светлинния ефект, като по този начин определя приложимите му случаи. Тези два параметъра са от решаващо значение за пазарното приложение наLED източници на светлина.

По време на измерване разстоянието между детектора и тествания обект трябва да бъде най-малко 5 пъти по-голямо от максималната светлинна площ на обекта, като се има предвид светлинната площ, интензитета на светлината и ъгъла на лъча на LED светлинния източник или осветителното тяло. Изследваният обект се поставя върху въртяща се рамка на гониофотометъра, която може да се върти около две оси. Върху характерната светлинна равнина на светодиода в далечното поле се поставя точков измервател на яркост или спектрален радиометър, за да се събират данни за интензитета на светлината в далечното{3}}поле. Интервалът на измерване не е по-голям от 1/20 от половин-върховия ъгъл на лъча. За измервания с ъгъл на лъча по-малък от 10 градуса или строги изисквания за ъгли на посока се използват лазери или по-ефективни методи за инсталиране и центриране на първоначалната позиция на изпитвания обект. Тъй като източникът на светлина се върти около две оси, се събират данни от цялото заобикалящо пространство, за да се генерират данни за кривата на разпределение на интензитета на светлината, въз основа на които се изчислява половин-върховият ъгъл на лъча.

Методът за измерване с гониофотометър с двойно огледало, посочен в GB/T 24824-2009, поставя изпитвания обект в центъра на въртене на гониофотометъра с двойно огледало, който се върти само около вертикалната си ос. Въртящ се рефлектор се върти около изпитвания LED светлинен източник или осветително тяло, отразявайки светлинния лъч, измерен в определена посока към втори рефлектор на разстояние, който след това го отразява към оптичния детектор. Този метод поддържа тествания светодиод в стационарно работно състояние, предлагайки предимства на висока стабилност на измерването и заемане на малко пространство в системата.

3. Сравнение насветлинаРезултати от измерване на производителността на различни LED източници на светлина

Използвайки стандартните методи за измерване, споменати по-горе, бяха измерени основните параметри на светлинната ефективност (светлинна ефективност, цветна температура, индекс на цветопредаване и ъгъл на лъча) на различни видове LED светлинни източници. Конкретните резултати са показани в таблица 1.

Таблица 1: Стойности за измерване на светлинната ефективност на различни LED източници на светлина

в момента,LED светлинаизточниците регулират разпределението на интензитета на светлината главно чрез формата и ефективността на предаване на полупрозрачния капак, обгръщащ -диодите, излъчващи светлина. Всеки тип LED светлинен източник има уникален модел на разпределение на интензитета на светлината. Точковите източници на светлина, с малкия си размер, показват широк диапазон на ъгъла на полу-пиковия лъч и висок индекс на цветопредаване, което показва способността им да осигуряват равномерно и естествено осветление. Прожекторите се отличават с висока светлинна ефективност и тесен половин-пиков ъгъл на лъча, демонстрирайки силни възможности за фокусиране и отлични характеристики на осветяване, което ги прави подходящи за-далечно и концентрирано осветление. Стенните шайби имат балансирани експлоатационни параметри, със силно пространствено наслояване и три-измерност на светлината, което е идеално за контурно осветление. Уличното осветление се отличава с висока светлинна ефективност и широк диапазон на ъгъла на лъча, което им позволява да осигурят ярко и равномерно осветление на големи площи.

4. Изисквания за светлинна производителност при различни сценарии на приложение

LED осветлението има широк спектър от сценарии за приложение, включително вътрешно осветление, индустриално осветление, осветление на места, ландшафтно осветление и пътно осветление в ежедневието и работата. Различните сценарии на приложение имат различни изисквания за светлинна производителност въз основа на целите на дизайна и нуждите на потребителите, както е подробно описано в таблица 2.

Таблица 2 Изисквания за ефективност на светлината при различни сценарии на приложение

Чрез анализиране на изискванията за светлинна производителност на различни сценарии на приложение и комбинирането им с характеристиките на различни LED източници на светлина се предлагат следните съвпадащи препоръки:

Вътрешно осветление: LED точковите светлинни източници са подходящи за различни вътрешни помещения, които изискват прецизно позициониране на осветлението. Техният висок индекс на цветопредаване (Ra=86.0) гарантира, че обектите изглеждат верни на оригиналните си цветове, докато широкият ъгъл на лъча (около 119 градуса) осигурява цялостно покритие, което ги прави идеални за домове, офиси, търговски площи и фабрики.

Осветление на залата: LED прожектори и точкови светлинни източници се препоръчват за стадиони, сцени, изложбени зали и музеи. Прожекторите предлагат висока светлинна ефективност (135,1 lm/W) и силно насочено осветление, което може да отговори на високите-изисквания за яркост на големи зали. Точковите източници на светлина, с тяхното отлично цветопредаване, са подходящи за изложбени зали и музеи, където точността на цветовете е от решаващо значение.

Пейзажно осветление: LED стенните шайби са предпочитан избор за осветление на сгради, декорация и създаване на вътрешна атмосфера. Тяхната форма на дълга лента, балансирана светлинна ефективност (96,1 lm/W) и богати цветови опции им позволяват да очертават архитектурните и ландшафтните контури ефективно, което ги прави подходящи за външно осветление на стени на единични сгради и комплекси от исторически сгради, както и осветление на зелени пейзажи и осветление на билбордове.

Пътно осветление: LED улично осветлениеса специално проектирани за градски магистрали, второкласни пътища, селски пътища, индустриални паркове, площади и живописни зони. С най-висока светлинна ефективност (149,7 lm/W) и широк обхват на ъгъла на лъча (149,4 градуса в равнината C0/180 градуса), те осигуряват равномерно и ярко осветление, като осигуряват безопасност на движението за превозни средства и пешеходци и отговарят на визуалните нужди от дейността на хората.

Индустриално осветление: Комбинация от LED точкови източници на светлина и прожектори може да се използва за постигане на балансирано осветление в работилници и складове. Точковите източници на светлина осигуряват равномерно осветление в големи площи, докато прожекторите могат да се фокусират върху работни повърхности, които изискват по-висока яркост.

5. Заключение

В сравнение с традиционните технологии за осветление,LED светлинаизточниците предлагат по-висока енергийна ефективност, по-дълъг експлоатационен живот и по-добро екологично представяне. Техните гъвкави функции за настройка на температурата и цвета ги правят оптималното решение за интелигентни приложения за домашно осветление. Това проучване систематично измерва и сравнява параметрите на светлинната ефективност на различни видове LED източници на светлина, включително точкови източници на светлина, прожектори, стенни шайби и улични светлини. Резултатите показват, че всеки тип LED светлинен източник има уникални характеристики по отношение на светлинна ефективност, цветова температура, индекс на цветопредаване и ъгъл на лъча, които определят тяхната пригодност за конкретни сценарии на приложение.

Светодиодните точкови източници на светлина, с техния висок индекс на цветопредаване и широк ъгъл на лъча, са подходящи за вътрешно осветление в домове, офиси, търговски помещения и фабрики.LED прожектори, отличаващи се с висока светлинна ефективност и силно насочено осветление, са идеални за осветление на места като стадиони и изложбени зали. Светодиодните стенни шайби се отличават с ландшафтно осветление и архитектурна декорация поради тяхната балансирана производителност и възможности за контуриране. LED уличните осветителни тела осигуряват надеждно и ефективно осветление за различни типове пътища, осигурявайки безопасност на движението.

С непрекъснатото развитие на технологиите и намаляването на разходите, технологията за LED осветление ще стане все по-популярна. В бъдеще LED източниците на светлина ще играят по-важна роля в интелигентните домове, здравословното осветление и други области, осигурявайки високо{1}}качествена осветителна среда за повече хора. По-нататъшните изследвания могат да се съсредоточат върху оптимизиране на методите за измерване за подобряване на точността и проучване на приложението на LED източници на светлина в нововъзникващи области като здравословно осветление и интелигентни градове.

Референции

[1] Yu, AQ, Ju, JQ и Chen, DH (2018). Дискусия за предимствата на LED във функционалното осветление. Китайски осветителни електрически уреди, (10), 10-17.[2] Huang, Y. (2017). Някои проблеми при прилагането на LED осветление. Светлина и осветление, (01), 56-58.[3] Shen, YQ, Zhu, TF, & Jia, Z. (2016). Анализ и изследване на приложението на гониофотометърния метод при тестване на оптичните характеристики на LED осветителни тела. Източници на светлина и осветление, (04), 8-10.[4] Fan, HZ, Cao, M., & Li, SZ (2012). Приложение и изследване на измерване в близко поле на източници на светлина в LED оптичен дизайн. Acta Optica Sinica, (12), 1-5.[5] Ai, J. (2015). LED осветителни тела и криви на разпределение на светлината. Технологии и предприятия, (20), 237-238.[6] Cai, Y., Wang, ZH и Zhu, TF (2016). Нова технология за бързо измерване на пространствената цветност на LED и фотометричното разпределение. Оптични инструменти, (06), 481-487.[7] GB/T 24824-2009. Методи за изпитване на LED модули за общо осветление (S). [8] Янг, WX (2024). Приложение на домашни интелигентни системи в съвременния дизайн на дома. Стандартизация и качество на леката промишленост, (05), 127-130.

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

Shenzhen Benwei Lighting Technology Co., Ltd.

Имейл:bwzm15@benweilighting.com

Уеб:www.benweilight.com

Whatsapp: 19113306783