Как измерить световой поток: Как измерить световой поток? |Светодиодное освещение

Как измерить световой поток? |Светодиодное освещение

Простой способ измерения светового потока, подходит для приближенной оценки светового потока большинства светильников или светодиодных модулей. Измерение светового потока своими руками.

Большинство бытовых и офисных матовых светильников имеют круглосимметричную «косинусную» кривую силы света (КСС) в нижней полусфере, то есть в направлении фотометрической оси (ориентация светильника – основной поток света вниз). Ширина угла излучения (по уровню 0,5) составляет 120°.

Для измерения светового потока потребуется: рулетка до 3 метров и бытовой люксметр для измерения освещенности. Измерение лучше всего проводить в большой комнате с темными стенами, при отсутствии естественного освещения и выключенных посторонних источниках света. Измерительный датчик люксметра располагают на расстоянии 2,5 метра от центра стекла (рассеивателя) светильника. Для первого измерения, плоскость стекла светильника должна быть перпендикулярна направлению на люксметр.

Для второго измерения, можно повернуть светильник на месте, или переместить по окружности датчик, так чтобы расстояние до центра стекла не изменилось, а угол между плоскостью стекла и направлением на датчик люксметра стал 45⁰.

Далее смотрим таблицу соответствия освещенности и светового потока, выбираем ближайшее к измеренному значение освещенности из таблицы, и соответствующее значение светового потока в люменах. Зависимость освещенности и светового потока – линейная, поэтому промежуточные значения можно аппроксимировать через пропорцию. Для косинусной формы КСС первое измерение больше второго в 1,41 раза. Если соотношение другое, то форма КСС не косинусная и таблица не подходит. Для измерения светового потока с любой формой КСС можно обратиться в нашу светотехническую лабораторию.

Вид «косинусной» КСС в полярных и декартовых координатах.

 

Разоблачаем мировой заговор или как измерить световой поток светодиодов на коленке

Все вы, наверное, слышали про мировой заговор.

Масоны, инопланетяне и евреи Производители электрических лампочек вступили в него сто лет назад, чтобы лампочки не служили вечно, а перегорали каждый месяц и жрали уйму электричества. И только сейчас путы заговора разорваны и лампочковые магнаты раздавлены великой империей Китая, завалившей весь мир вечными и экономичными светодиодными лампами. Но не расслабляйтесь – мировой заговор не сдается. Теперь он явился в виде Великой Светодиодной Ложи Лажи Лжи. Короче, все врут (с).

Шутки шутками, а в той или иной степени врут, наверное, все производители LED-светотехники. Кто-то нагло и откровенно, кто-то так, слегка подвирает – но так или иначе, кажется, нет ни одной фирмы, которая не завышала бы параметров своих изделий. Разными способами – кто-то просто пишет красивые цифры от фонаря, порой запредельные с точки зрения здравого смысла. А кто-то – просто пишет характеристики вполне правдивые, но полученные в условиях, далеких от реальных условий эксплуатации. Например, световой поток, измеренный при температуре 25°С в импульсном режиме.

Так или иначе, а 15-20% «припуска на вранье» давать придется.

Освещенность измерить просто, световой поток – сложно и дорого. Необходимо собрать весь свет, испущенный лампой и в равной степени учесть лучи по всем направлениям. То есть, нужен фотоприемник в виде полой сферы с одинаковой светочувствительностью каждого участка ее поверхности. Изготовление такой фотометрической сферы и ее последующая калибровка – задача весьма непростая.

Другой подход – по точкам промерить диаграмму направленности источника света и проинтегрировать по всей сфере. Но и это непросто: надо иметь солидных размеров темное помещение с темными стенами. И гониометрическая головка с двумя осями нужна, желательно с автоматическим приводом, чтобы не задолбаться вручную выставлять углы для каждой из нескольких сотен точек.

Впрочем, есть пара частных случаев, которые часто встречаются на практике и для которых можно ограничиться одним измерением. Об одном из них я и хочу поведать хабрасообществу.

Этот частный случай – плоский косинусный излучатель.

Косинусным называется такой излучатель, яркость которого не зависит от угла между нормалью к его поверхности и направлением на наблюдателя. Диаграмма направленности такого излучателя определяется исключительно геометрией – а именно видимой площадью поверхности. И для плоского косинусного излучателя существует простое соотношение между световым потоком и силой света в направлении нормали к плоскости:

.

То есть достаточно измерить люксметром освещенность в метре от источника света и умножить ее на 3,14 – и мы уже имеем величину светового потока (либо, если расстояние не равно метру, его придется учесть по закону обратных квадратов). Разумеется, источник света должен быть много меньше расстояния до люксметра – иначе закон обратных квадратов работать не будет и результат измерения будет завышен.

Какие же источники света можно с достаточной для практики точностью считать плоскими косинусными излучателями? Это практически любые белые осветительные светодиоды без линзы и плоские сборки на их основе.

Всевозможные китайские 5730, 2835, 5050, 3030 и прочие, что встречаются обычно в светодиодных лампах с алиэкспресса, а также продаются там же отдельно в катушках за копейки – это оно. А также матрицы. И китайские квадратные на 10 ватт, и Cree CXA и CXB. А вот для любых светодиодов с линзой, а также для светодиодов без люминофора (например, RGB) такой метод не годится — их диаграмма направленности существенно отличается от косинусной. Плоские светильники, встраиваемые в потолок и закрытые молочным стеклом, также неплохо соответствуют этой модели.

Итак, давайте уже что-нибудь измерим. В качестве подопытных кроликов у нас сегодня:

1. Сборка китайская на 90 ватт из 156 светодиодов 5730 (в каждом по два кристалла 13х30 mil) со встроенным драйвером на CYT3000B. По заверениям китайцев, должна давать 9200 лм.


Потребляемая мощность по приборам — 85 Вт, на ней и остаемся.

2. Матрица CXA2530, новая версия, 3000 кельвин, Ra>80. Световой поток при 800 мА и 85°С согласно даташиту — не менее 3440 лм, а при 25°С (такой температуры не бывает, если только не захолодить сам светодиод до температуры ниже нуля — тепловое сопротивление не даст) — не менее 4150 лм.


Заводим на токе 800 мА, потребляемая мощность составила 28,64 Вт.

3. HPR20D-19K20 — древняя, как мамонт (покупалась году в 2010, если не раньше) матрица на 20 ватт фирмы HueyJann, похожая на нынешние 10-ваттные матрицы, отличается от них большим количеством кристаллов под люминофором — их 16 штук вместо девяти (4 штуки последовательно в каждой из четырех параллельно включенных цепочек). Заявлено 1830 лм при токе 1,7 А, реально на глаз не ярче, чем CXA2011 с подводимой мощностью 11 Вт.

Запускаем на паспортном токе 1,7 А, напряжение составило 12,2 В, мощность 20,74 Вт.

Освещенность измеряем люксметром UT382 (Uni-T), на "глазок" которого надеваем бленду из черной бумаги, чтобы не ловил отраженный от стен свет в неподготовленном помещении. Расстояние во всех случаях — метр. Результаты в таблице.

Выходит, что световой поток китайской сборки соответствует заявленному (в пределах погрешности люксметра), у Cree'шной матрицы тоже все в пределах даташита (учитывая, что температура ее неизвестна), а вот у HueyJann'овской матрицы обещанных люменов нет и близко.

Но что-то затерзали меня смутные сомнения: 9000 с хвостиком люмен при 85 ваттах, учитывая КПД драйвера 80% и при том, что светодиоды работают далеко не в облегченном режиме, по полватта на корпус, а пиковый ток вдвое больше среднего (никакого фильтрующего конденсатора у этих плат нет) — это очень даже круто. Вдобавок как-то не видно от этой сборки значительно большей освещенности в комнате по сравнению с люстрой, в которой пять лампочек по 950 лм (энергосберегайки).

Подозрение падает на люксметр — не все из них адекватно измеряют светодиодные источники. Те из них, что сделаны на базе фотодиода BPW21R, имеют очень приблизительное соответствие спектральной чувствительности стандартной кривой видности, и относительная чувствительность к излучению 450 нм (это длина волны, соответствующая синему пику, имеющемуся в спектре почти всех белых светодиодов) превышает относительную чувствительность глаза в этой области в несколько раз.

В данном приборе фотоприемник другой, что и являлось одним из критериев при выборе прибора, но все же сходим в охрану труда и возьмем другой люксметр. Это оказался ТКА-Люкс. В его методике поверки содержится проверка спектральной характеристики, то есть она должна соответствовать кривой видности с нормируемой погрешностью. Повторяем измерения с ним. Вот результаты:

Ну что тут сказать? Врут не только производители светодиодных ламп, но и мой люксметр. Причем врет, как и ожидалось, по-разному для разных светодиодов. Для матрицы CXA2530 разница с профессиональным аппаратом минимальная, скорее в пределах погрешности обоих приборов. Но у этой матрицы провал в спектре почти незаметен, если смотреть через компакт-диск (реально он, конечно, есть). А вот остальные подопытные "провалились" прилично. И теперь прекрасно видно, что до заявленных люменов они не дотягивают более чем заметно: китайская 90-ваттная сборка — на 25%, а матрица HPR20D-19K20 — почти вдвое.

Отсюда можно сделать следующие выводы:


  1. Да, описанным образом можно оценить световой поток, испускаемый светодиодами, матрицами и сборками (в пределах описанного частного случая).
  2. С измерением освещенности от светодиодов люксметром надо быть осторожным и убедиться, что он имеет корректную кривую спектральной чувствительности. Ибо врут все (с).
  3. Если измерения показывают, что китайским изделием достигнуты заявленные характеристики, значит, вполне вероятно, что прибор проградуирован в китайских люксах:).

Если вам захочется таким же образом оценить световой поток светодиодной лампочки с полусферическим рассеивателем, нужно снять рассеиватель. Под ним скорее всего будут вполне подходящие светодиоды. Но сам рассеиватель вносит потери 15-20 и более процентов светового потока.

Да, и последнее. Описанная методика ни в коей мере не является ни метрологически строгой, ни точной. Она оценочная и не более того. Именно поэтому я не привел здесь анализа погрешностей.

Страница не найдена - ЛампаГид

Лампы накаливания

Лампы накаливания – это весьма распространенный источник света. В люстрах и других светильниках, так

Люминесцентные лампы

В наш век повсеместной электрификации мы привыкли считать электрический разряд чем-то неправильным и где-то

Квартира и офис

Существует ошибочное мнение, что на натяжные потолки принято устанавливать лишь маленькие светильники. Привычные большие

Компоненты

Многие задаются вопросом, как правильно паять SMD-компоненты. Но перед тем как разобраться с этой

Квартира и офис

До сих пор освещение квартиры естественным светом не удавалось полностью повторить никакими ухищрениями и

Компоненты

Стабильность напряжения – это весьма важная характеристика электропитания для большинства электронных устройств. В них

Страница не найдена - ЛампаГид

Лампы накаливания

В век энергосберегающих и светодиодных ламп многие подзабыли уже, как пользовались простейшими лампами накаливания

Светодиоды

Из-за большой стоимости LED-лампы выкидывать ее после поломки – не лучшая идея. Обидно, если

Прочее

Правильно установленная система освещения крайне важна для автомобиля, всегда актуален вопрос бесперебойной работы дальнего

Монтаж

Развитие технологий обусловило применение в бытовых помещениях, квартирах и частных домах современного оборудования систем

Квартира и офис

В то время как прогресс в мире электротехники идет вперед, создавая все новые материалы,

Компоненты

В связи с глобальным развитием технологий широкое применение в электронике получили светодиоды. Они обладают

Страница не найдена - ЛампаГид

Светодиоды

Выбирая фонарь, каждый хочет, чтобы его световой поток был ярче, а срок службы дольше.

Компоненты

Прошли времена вводных радиодеталей, при помощи которых радиолюбитель ремонтировал ламповые телевизоры и старые радиоприемники.

Светодиоды

На сегодняшний день модели диодной лампы на 220 В начали стремительно заменять стандартные лампы

Светодиоды

С тех пор как появились более экономичные, чем лампы накаливания, светильники, у многих есть

Монтаж

Развитие технологий обусловило применение в бытовых помещениях, квартирах и частных домах современного оборудования систем

Дом и участок

У большинства автомобилистов имеется гараж для хранения автомобиля. Более ответственные владельцы обустраивают гаражное помещение

Люксметром, как им пользоваться

Люксметр — переносной прибор для измерения освещённости, один из видов фотометров.

Фотометрический прибор для измерения освещенности называется люксметром. Кроме непосредственно освещенности, многие люксметры измеряют также яркость, а некоторые и коэффициент пульсаций света. Данные измерения проводят для того, чтобы определить качество источников света, а также характеристики освещения на рабочем месте и в быту.

Дело в том, что свет влияет на наши глаза и настроение. Тусклый свет или свет со значительными пульсациями вызывает напряжение глаз, быструю утомляемость, депрессию… Чтобы этого не происходило, свет должен быть правильно настроен, лампы должны быть качественными. В достижении этих целей как раз и помогает люксметр.

Фотодатчик люксметра воспринимает направленное на него видимое излучение, которое инициирует в схеме измерительного устройства ток, величина которого пропорциональна освещенности. Таким образом, по величине и другим параметрам данного тока можно судить об освещенности и других параметрах света: о яркости, о пульсациях.

Измерения при помощи люксметра необходимо проводить правильно, чтобы получить адекватные результаты измерений, и затем на их основе наладить соответствующим образом освещение рабочего места и помещений в доме или на работе, дабы параметры используемого света укладывались в санитарные нормы. Далее поговорим об измерении освещенности, яркости, коэффициента пульсаций света, о способах замера и о некоторых немаловажных сопутствующих вещах.

Освещенность

Под освещенностью понимают отношение светового потока в люменах к площади в квадратных метрах, на которую данный световой поток падает. Освещенность не зависит от направления источника света и измеряется в Люксах (1 Лк = 1 Лм/кв.м).

Измеряя освещенность при помощи люксметра, мы проверяем условия нашего собственного пребывания, а также обстановку для комнатных растений и домашних животных. Кроме того, исходя из полученных показаний о текущей освещенности настраивают различную фото- и видеоаппаратуру.

Измерения освещенности поверхностей проводятся так: люксметр переводят в соответствующий режим, а затем размещают его на поверхности так, чтобы его фотодатчик был направлен в сторону источника света или источников света, если их несколько, освещающих данную поверхность. После этого нажимают на кнопку проведения измерений, и считывают показания с дисплея прибора.

Таким образом мы определим, какое количество света попадает на поверхность со всех сторон. Когда нужно узнать параметры только одного осветительного прибора, например настольной лампы, то другие приборы (люстру, светильник и т. д.) на время проведения измерений гасят.

Регламентированные нормы (САНПИН 2.2.1/2.1.1.1278-03) указывают нижнюю границу освещенности:

  • рабочих письменных столов и комнат - 500 Лк;
  • для компьютерных столов, столов для чтения и игровых комнат детских садов - 400 Лк;
  • для библиотек и мастерских — 300 Лк.

При недостаточной освещенности развиваются проблемы со зрением, быстро наступает усталость, падает производительность труда. Особенно это касается инженерных и школьных кабинетов, где недостаток света приводит к быстрой усталости глаз от перенапряжения. Поэтому следует позаботиться о том, чтобы света было достаточно.

Яркость

Яркость отражает то, насколько интенсивно свет излучается поверхностью единичной площади. Измеряется яркость в Канделах на квадратный метр. Поскольку данная характеристика сильно зависит от отражающей способности поверхности, то при одной и той же освещенности яркость на разных направлениях может отличаться.

Как недостаточная, так и избыточная яркость источников света и экранов вызывают у человека чувство эмоционального дискомфорта, которое ухудшает концентрацию внимания и производительность труда. Поэтому, например, яркость экранов мониторов необходимо настраивать корректно. Поверхности осветительных приборов обычно не плоские, поэтому измерения произвести непросто.

Измерение яркости экрана производится следующим образом: на экран выводят сплошную заливку белого цвета, затем переводят прибор в режим измерения яркости. Фотоэлемент люксметра подносят на расстояние 1 см к экрану. Если измеряется яркость лампы, действия аналогичны, но можно измерить несколько мест, а после — усреднить показания.

В процессе измерений прибор держат неподвижно. Нажимают кнопку. Считывают результат с дисплея. Наиболее оптимальная яркость экрана монитора — в районе 200 Кд/кв.м. Если больше — это вредно для глаз и нервной системы.

Коэффициент пульсаций света

Коэффициентом пульсаций называется характеристика, отражающая неравномерность светового потока во времени, выраженная в процентах. Это может быть пульсация освещенности и пульсация яркости. Существует регламент касательно норм (СП 52.13330.2011), основанный на медицинских исследованиях.

Медики выяснили, что пульсации с частотой до 300 Гц, будучи восприняты человеческим глазом, воздействуют на нервную систему человека пагубно, как минимум - нарушается естественный гормональный фон и искажаются природные биоритмы. Поэтому необходимо знать степень пульсации излучающих свет приборов, которые вас окружают: ламп, дисплеев, даже смартфона.

Измерения пульсаций проводятся так: люксметр с функцией измерения коэффициента пульсаций переводится в соответствующий режим и кладется на ровную поверхность (стол, пол, ниша и т.д) так, чтобы световой поток источника света был направлен прямо на фотодатчик прибора. После нажатия на кнопку проведения измерений можно считать показания с дисплея люксметра.

Если измеряются пульсации дисплея, то фотодатчик просто подносится возможно ближе к дисплею. Важно чтобы источник света сначала вышел на номинальный режим (например лампе дневного света требуется для этого 5 минут). Проследите, чтобы сторонние источники света и предметы не влияли на проводимые вами замеры.

Согласно регламентированным нормам, пульсации света в санузлах, зонах ожидания, мастерских, не должны превышать 20%, для офисов верхняя граница 15%, для жилых помещений - 10% и для рабочих помещений - 5%. Если коэффициент пульсаций света будет выше, то это негативно скажется на работоспособности, настроении и на состоянии центральной нервной системы в целом.

Ранее ЭлектроВести писали, что в норвежском городе построят энергонезависимый район посреди озера. Проект разрабатывает лондонское бюро Waugh Thistleton в норвежском городе Берген на озере Store Lungegardsvann.

По материалам: electrik.info.

измерение, коэффициент использования и мощность

На чтение 7 мин Просмотров 113 Опубликовано Обновлено

Для определения количества света на квадратный метр площади используется понятие световой поток. Величина измеряется в люменах и позволяет уточнить, сколько света выдает отдельная лампа или система освещения.

Что такое световой поток

Соотношение мощности лампы со светоотдачей

Под потоком света понимается мощность излучения, которое может увидеть человек или световая энергия, поступающая от поверхности (свечение или отражение луча). Полный поток без учета сосредоточенной эффективности приборов, но с учетом бесполезного света, замеряется в люмен-секундах.

Световая величина не является аналогом энергетической, характеризующей свет без зрительных ощущений. Световая, или лучистая энергия может измеряться в джоулях. Единица измерения светового потока – люмен, что значит свечение от одного источника с силой 1 кандела. Телесный угол в данном случае составляет 1 стерадиан.

Количество люменов излучения зависит от яркости источника.

Как освещенность связана со световым потоком

Освещенность и световой поток – разные, хотя и сходные понятия. Измерение освещенности производится в люксах, а не люменах. 1 люкс означает попадание 1 люмена на 1 м2 участка.

Для наглядности можно сравнить силу и давление. Используя небольшую иголку и прилагая минимум силы, создается высокий коэффициент удельного давления для конкретной точки. Аналогичным образом световой слабый поток может освещать отдельную зону.

Взаимодействие потока света и освещенности легко понять на примере настольной лампы со световым потоком 1000 Лм. Чтобы освещение было полноценным, ориентируются на нормативы СНиП 52.13330. Для рабочего места применяется значение 350 Люкс, для произведения манипуляций с мелкими деталями – 500 Люкс. На освещенность также влияет отдаления источника света, расцветка посторонних предметов, наличие зеркала или окна. То есть, стол рядом с белой стеной получит больше люксов, чем стол, стоящий у темной.

Для замера освещенности используйте прибор-люксметр или приложение-измеритель на смартфоне.

Отличие освещенности от светового потока

Спектральная эффективность светового потока

Освещенность – это поверхностная плотность при попадании светового потока на участок. В условиях горизонтальной плоскости поверхность освещается при горизонтали. Для обозначения величины используется литера Е. Рассчитать параметры освещенности (Люксы) можно по формуле Е = Ф/S, где:

  • Ф – светопоток в Люменах;
  • S – площадь поверхности в мм2.

Разница между физическими величинами – 1 люкс равняется 1 люмену на м2 площади освещения.

Для определения освещенности понадобится соотнести световую силу с расстоянием до конкретного участка. Когда свет падает под прямым углом на поверхность, площадь светового потока меньше. При увеличении угла процент освещенности уменьшается.

Меньше света попадет на объект, расположенный вдали от источников излучения.

Нормы освещения помещений по использованию (СНиП)

Норма освещенности обязательно учитывается при обустройстве административных, образовательных, досуговых учреждений, бытовых предприятий, торговых объектов, жилых домов, придомовых территорий, гостиниц, предприятий, а также пешеходно-автомобильных зон в городах и селах.

При подборе осветительной системы руководствуются документами СНиП 23-05-95 от 1995 г. и его обновленной версией СП 52.13330 от 2011 г. для естественных и искусственных источников света.

Освещение в офисе

От уровня освещения будут зависеть стрессоустойчивость, концентрация внимания, умственная деятельность персонала. Ознакомиться с нормативными требованиями можно в таблице.

Тип помещенияОсвещенность, лк
Большой офис с компьютерной техникой200-300
Большой офис с планировкой свободного типа400
Офис для работы с чертежами500
Конференц-зал200
Лестница50-100
Холлы, коридоры50-75
Архивные помещения75
Подсобки50

Интенсивность освещенности на производстве

Для определения показателя принимается во внимание зрительная нагрузка.

Зрительная работа, разрядНапряжение органов зренияКомбинированное освещениеОбщее освещение
1Наивысшая точность1500-5000400-1250
2Очень высокая точность1000-4000300-750
3Высокоточная400-2000200-500
4Средняя точность400-700200-300
5Минимальная точность400200-300
6Грубая200
7Контроль производства (системы наблюдения)400200-300

Освещение на складах

Интенсивность источников света зависит от типа хранения и разновидности ламп.

ХранениеЛампы
ГазоразрядныеНакаливания
На полу7550
На полках200100

Параметры освещения в жилых домах и досуговых центрах

Для кабинета, бильярдной, библиотеки стандартная высота стола – 0,8 м от линии пола.

Тип помещенияОсвещение, лк
Лифтовые шахты5
Ходы по этажам, чердакам, коридорам20
Помещения для коммуникационного оборудования20
Помещения для колясок и велосипедов30
Лестницы20
Пункты консьержа150
Санузлы, душевые, ванны50
Бильярдные300
Тренажерные залы150
Раздевалки, бассейны, сауны100
Гардеробные помещения75
Подсобки300
Коридоры и холлы в квартирах50
Библиотеки, кабинеты300
Детская комната200
Кухня150
Жилые помещения150
Вестибюль30

Указанные нормы принимаются во внимание при обустройстве электропроводки и установке осветительных приборов.

Расчет светового потока

Лампа LED D60х108мм Матовая колба 320º 1600Лм A60 23229, Gauss

Для вычисления светового потока можно применить специальный измерительный прибор или ориентироваться на показатель светоотдачи в зависимости от потока:

  • светодиодная лампочка в матовой колбе – мощность прибора, умноженная на 80 лм/Вт, будет величиной светового потока;
  • филаментные источники – мощность лампы умножается на 100 лм/Вт;
  • энергосберегающие устройства КЛЛ – умножается на 60 лм/Вт;
  • ДРЛ – мощность требуется умножить на 58 лм/Вт.

Эффективность метода зависит от интенсивности светового потока в лампе, норм освещенности, коэффициентов запаса (чистота объекта и тип источника), использования светопотока, поправочного, количества светильников, площади комнаты. При расчетах также ориентируются на конструкцию устройства, наличие защитного покрытия.

Погрешность теоретических вычислений составляет около 30%.

Сила света

Под силой света понимают величину светового потока, разделенную на телесный угол, в пределах которого он находится. Если световой луч установить в качестве объема, сила будет пространственной плотностью. Показатель измеряется в канделах (Кд).

Канделой называется единица измерения силы света, которую имеет пульсация восковой свечи. Она равна 1/683 Вт при частоте от 540 до 1012 Гц, что соответствует зеленому оттенку. 1 кандела совпадает с 1 люменом только при условии распространения светового луча под конусным углом 65 градусов. Милликанделы применяют для обозначения прибора направленного действия – индикаторных светодиодов, небольших фонариков.

Ватты и люмены

До недавнего времени при выборе лампочек ориентировались на мощность, или количество ватт. Чем оно больше, тем выше лучше было освещение. Сейчас обозначение качества освещения производится в люменах.

Но Ватт нельзя просто перевести в Люмен, поскольку первое обозначение – мощность, а второй – объем световых лучей источников. Для трансформации требуется знать светоотдачу (лм/Вт), а также тип лампы, эффективность светоотражателя, потери при наличии рассеивателя, процент утечки светового потока.


Вместо длительных расчетов стоит ориентироваться на сводную таблицу.
Мощность, ВтСветовой поток, Лм
Лампы накаливания
20250
40400
60700
75900
1001200
1501800
Люминесцентные светильники
5-7250
10-12400
15-16700
18-20900
25-301200
40-501800
Светодиодные источники
3-4250-300
4-6300-450
6-8450-600
8-10600-900
10-12900-1100
12-141100-1250
14-161250-1400

Если хотите сэкономить, замените лампочку накаливания 1000 Вт на люминесцентный (25-30 Вт) или светодиодный (12-15 Вт) прибор.

Как и в чем измеряется световой поток

Световая величина – СП измеряется в люменах. Один люмен аналогичен СП изотропного источника света с силой 1 канделу и углом 1 стерадиан.

На производстве для замеров используют специальные приборы. Этот метод позволяет точно определить СП:

  • Фотометр – устройство со сферой-камерой. Коэффициент отражения внутренней части равен 1. Измерение проводится по принципу размещения лампочки в центре камеры и установления рассеянного светового луча.
  • Гониометр – фотометрический прибор со встроенным люксметром, способным перемещаться по сфере. В процессе интеграции освещенностей выводится величина в люменах.
Фотометр Гониометр

Калибровка люксметра осуществляется в абсолютных показателях: 1 лм/м2 равняется 1 лк.

Обычному человеку, выбирая светильник или лампу, не обязательно углубляться в точную систему измерений. Заменяя прибор накаливания на галогенный, стоит помнить, что ватты – это не люмены. Первые используются для определения мощности, вторые – от освещенности, а при эксплуатации стандартная лампа теряет 15 % яркости, люминесцентная – 30 %, светодиодная – от 5 до 10 %.

Поймите, как измерить световой поток и мощность излучения (ЖУРНАЛ)

В этом отрывке из готовящегося к выпуску справочника под названием «Справочник по светодиодной и SSL-метрологии», ГЮНТЕР ЛЕШХОРН и РИЧАРД ЯНГ объясняет основы светового потока и мощности излучения. измерения - важнейшая задача при разработке продуктов твердотельного освещения (SSL).

Обычно световой поток и мощность излучения являются наиболее важными оптическими параметрами для светодиодов, хотя иногда также требуется пространственное распределение интенсивности. Для небольших устройств средняя интенсивность светодиода в состоянии B по-прежнему является обычным явлением. Частичный поток светодиода - это величина, которая получает все большее признание, но все еще не широко измеряется. Для источников SSL важны фотометрические и колориметрические характеристики излучения.

Заинтересованы в статьях и объявлениях о тестировании / метрологии светодиодов и SSL?

Двумя основными методами измерения общей мощности излучения и светового потока являются использование либо интегрирующей сферы, либо гониофотометра / гониоспектрорадиометра.В следующих двух разделах объясняются эти два метода измерения с учетом типичных задач измерения.

Метод интегрирующей сферы и геометрия измерения

Величину светового потока иногда называют общим световым потоком, чтобы подчеркнуть тот факт, что он является суммой для всех направлений. Его также называют потоком 4π, поскольку полная сфера имеет 4π стерадиана телесного угла. Чтобы собрать весь свет в пределах 4π стерадианов, источник должен находиться в центре сферы. Эта 4π-геометрия является стандартной конфигурацией для измерения светового потока (см. Рис. 1a). Улавливается излучение, испускаемое во всех направлениях, и измеряется общий световой поток.

Для источников света, которые имеют пренебрежимо малое излучение или не имеют никакого излучения, направленного назад, полный поток может быть измерен в более удобном прямом потоке или геометрии 2π. Здесь источник света расположен в отверстии в стенке сферы. Для измерения регистрируется только световое излучение, испускаемое в передней полусфере (см. Рис.1б). Это прямое излучение типично для большинства светодиодных продуктов. Интегрирующая сфера должна быть откалибрована абсолютно на основе геометрии измерения в соответствии с принципом замещения. Этот принцип гласит, что тестовый источник света всегда следует измерять путем сравнения со стандартным источником, имеющим аналогичные пространственные и спектральные распределения.

Рекомендации по выбору правильного размера

Испытуемый образец всегда должен быть значительно меньше внутреннего диаметра сферы, чтобы фактор интерференции, вызванный самим образцом, был как можно ниже. Однако интенсивность падающего света на детектор уменьшается по мере увеличения сферы. Как показывает практика, светопропускная способность интегрирующей сферы является функцией обратного квадрата радиуса сферы. Поэтому выбор правильного соотношения между размером тестового объекта и размером сферы имеет решающее значение для эффективного баланса между высоким качеством измерения и хорошей пропускной способностью (см. Также рис. 2).

Существуют рекомендации по выбору правильного размера сферы для заданного размера тестового образца.При использовании геометрии 4π общая поверхность испытуемого образца должна быть меньше 2% поверхности сферы. Длина линейной лампы должна быть менее 2/3 диаметра шара. При использовании геометрии 2π диаметр измерительного порта и, следовательно, максимальное удлинение испытуемого образца не должны превышать 1/3 диаметра сферы.

РИС. 1. Рекомендуемая CIE геометрия сфер для всех источников (a) и для источников без обратного излучения (b).

Поправка на самопоглощение

Тестовый объект сам способствует поглощению светового излучения в интегрирующей сфере.Эта форма помех, известная как самопоглощение, может привести к значительному ослаблению светового излучения и к отклонениям в измерениях. Это затухание становится более выраженным, когда испытуемый образец становится больше и темнее. На рис. 3 показаны два типичных примера испытуемого образца и полученная зависимость пропускания от длины волны. Самостоятельное поглощение может привести к коррекции до нескольких десятков процентов.

РИС. 2. Сфера диаметром 1 м (слева) идеально подходит для измерения большинства светодиодов и модулей с рекомендованной геометрией 4π и 2π.2-метровая сфера (справа) идеально подходит для больших светильников и продуктов SSL.

Коррекция самопоглощения с помощью подходящего вспомогательного источника света поэтому необходима для точных измерений. Для этой цели обычно используется галогенная лампа с широким спектральным диапазоном. Вспомогательный источник света должен быть расположен за перегородкой, чтобы избежать прямого освещения образца, и он должен работать от стабильного источника питания. Этот источник света используется для определения характеристик спектрального поглощения испытуемого устройства, держателя образца и соединительных кабелей, а затем смещения с фактическим измерением.Эффект самопоглощения увеличивается по мере увеличения отражательной способности покрытия и уменьшения отношения площади сферы к исследуемому образцу.

Поглощение в ближнем поле

Любой объект (например, розетка), находящийся в непосредственной близости от источника света, значительно поглощает свет и может вызвать большие ошибки. Это так называемое поглощение в ближнем поле не может быть исправлено измерением самопоглощения. Таким образом, следует избегать причины этого эффекта. Предмет следует размещать как можно дальше от лампы, избегая образования полостей.Кроме того, рекомендуется покрытие поверхности объекта материалом с высоким коэффициентом отражения. В качестве примера хорошее решение линейного держателя трубки показано на Рис. 4.

Рис. 3. Спектры собственного поглощения для двух типичных ИУ (тестируемых устройств).

Положение горения

Как описано в другой главе книги, измерения пассивно охлаждаемых источников SSL следует выполнять в положении горения, определенном производителем. Это также относится к сферической фотометрии.При измерении в геометрии 4π удобно использовать внутренний фонарный столб, который может быть установлен вверх-вниз или вниз-вверх, чтобы реализовать проектное положение горения источника света. В случае 2π-геометрии предпочтительным методом является вращающаяся сфера (см., Например, рис. 5). Вся сфера может вращаться внутри монтажной рамы. Таким образом, измерительный порт расположен сбоку, сверху или снизу.

Учет ошибок измерения

Вклады в ошибки измерения многочисленны.Анализ ошибок при использовании спектрорадиометра в качестве детектора можно найти в другой главе книги. Широкий диапазон характеристик излучения, отображаемых светодиодами, может привести к ошибкам калибровки при измерении светового потока. Отклонение 5% может быть получено для компонентов с диффузным излучением, но отклонения более 10% возможны для светодиодов с узким углом наклона.

Как описано выше, выбор правильного размера шара, выполнение коррекции самопоглощения, предотвращение поглощения ближнего поля и измерение в заданном положении горения источника света имеют решающее значение для высокоточного измерения.

Узнайте, как измерить световой поток и мощность излучения для светодиодов и продуктов SSL

РИС. 4. Пример исключения эффектов поглощения в ближней зоне. Держатель линейной трубки размещен как можно дальше от источника света и покрыт материалом с высоким коэффициентом отражения.

Еще одна большая часть ошибки вносит вклад при запуске измерения до того, как источник станет термически стабильным. Кроме того, при испытаниях в соответствии с CIE S 025 или EN 13032-4 рекомендуется температура окружающей среды 25 ° C. Если поместить источник тепла в корпус (интегрирующий шар), температура окружающей среды (температура в сфере) повысится, и она будет отличаться от «нормальных» рабочих условий. Поэтому при измерениях в конфигурации 4π рекомендуется стабилизировать источник с открытыми полусферами сфер. Сфера должна быть закрыта непосредственно перед измерением. Таким образом, можно лучше всего смоделировать окружающие условия при нормальной работе. Следует проявлять осторожность, чтобы неуловимо закрыть сферу, чтобы избежать движения воздуха, которое может нежелательным образом способствовать регулированию температуры.

Метод гониофотометра

Хотя измерение светового потока или мощности излучения с помощью гониофотометра занимает больше времени по сравнению с использованием интегрирующих сфер, оно намного точнее. Эта процедура измерения не требует эталонных ламп светового потока в качестве эталонного значения, как это имеет место при сферической фотометрии. Это метод выбора, если необходимо измерить лампы с различным распределением силы света, и это базовый уровень для калибровки эталонных ламп светового потока, который обеспечивает эталонное значение для других процедур испытаний. Другой отличительной чертой гониофотометрии по сравнению с сферической фотометрией является возможность измерения парциального светового потока и угла половинной интенсивности. Эти значения необходимо определять при измерении характеристик, относящихся к энергоэффективности и соответствию спецификациям Zhaga.

Метод лучше всего описать воображаемой сферой, окружающей светодиод. Детектор с косинусной коррекцией движется по поверхности сферы по определенным траекториям на расстоянии r (радиус сферы).Детектор используется для определения энергетической освещенности E , возникающей в результате падающего на область детектора dA парциального лучистого потока d Φ в зависимости от θ и φ.

Чтобы определить полную мощность излучения, детектор перемещают постепенно под углом θ. Для каждого угла θ выполняется несколько измерений, причем угол φ изменяется от 0 ° до 360 °. Сканируются отдельные зоны, соответствующие постоянной широте сферы. Общая мощность излучения Φ составляет

. В качестве альтернативы, вместо перемещения детектора, которое может потребовать значительных механических усилий, можно использовать стационарный детектор, и светодиод сканируется вокруг его конца.Однако для модулей и светильников с конвекционным охлаждением это может не применяться, и может быть указана поправка на положение светильника.

РИС. 5. Вращающаяся сфера длиной 1 м. Позиционно-чувствительные источники света могут быть измерены в их расчетном рабочем положении.

На рис. 6 показана установка для этого типа светодиодного гониофотометра. Угол φ регулируется поворотом светодиода вокруг его механической оси, а угол θ - поворотом вокруг его наконечника. Детектор установлен на оптической рейке, что позволяет проводить измерения на различных расстояниях.

РИС. 6. Гониоспектрорадиометр в компактном светозащитном кожухе. Светодиод перемещается вместо извещателя. Угол φ регулируется поворотом светодиода вокруг его механической оси, а угол θ - поворотом вокруг его наконечника.

Большие расстояния необходимы для распределения силы света в условиях дальнего поля. Для измерения полного потока с помощью гониометра большие расстояния не требуются. При условии, что детектор имеет хороший косинусоидальный отклик, энергетическую освещенность можно точно измерить под всеми углами.Освещенность - это не свойство лампы, а свет, падающий на поверхность. Путем измерения энергетической освещенности в достаточных местах вокруг виртуальной сферы, окружающей лампу, можно получить общий поток путем интегрирования. При условии отсутствия взаимодействия между источником и детектором размер источника может быть почти размером с виртуальную сферу.

Эффективность и эффективность

Если общая оптическая мощность, излучаемая светодиодом, модулем или светильником, известна, то ее можно объединить с электрической мощностью P [Вт или ватт], подаваемой на устройство, для повышения эффективности:

Эффективность безразмерная (единицы в числителе и знаменателе отменяют) и зависит от условий измерения. Эффективность драйвера может быть включена или исключена, и для практических применений может потребоваться снижение номинальных значений температуры в соответствии с рабочими условиями.

Световая отдача рассчитывается аналогично, но с использованием общего светового потока:

Световая отдача выражается в лм / Вт. Как и эффективность, значения световой отдачи зависят от условий измерения и могут включать или исключать эффективность драйвера и температурные эффекты.

ПОДТВЕРЖДЕНИЕ

Этот текст взят из Handbook of LED and SSL Metrology , который будет опубликован компанией Instrument Systems в конце 2016 года.Ссылки на рисунки были изменены по сравнению с оригиналом для ясности.


ГЮНТЕР ЛЕШХОРН - руководитель отдела управления продуктами в компании Instrument Systems (instrumentsystems.com). РИЧАРД ЯНГ недавно ушел на пенсию с должности главного научного сотрудника и теперь работает консультантом в компании Instrument Systems.

Полное руководство по измерению освещенности


Это новое руководство покажет вам все, что вам нужно знать об измерении света.

Важно понимать различные термины, используемые для описания света. Это руководство охватывает все, от измерения света в электромагнитном спектре до понимания воспринимаемой яркости человеческим глазом, интенсивности света и инструментов, используемых для измерения света.

Погрузимся в ...

Хотите узнать больше об измерении освещенности? Получите бесплатный PDF

Я пришлю вам копию, чтобы вы могли прочитать ее, когда вам будет удобно.Просто дайте мне знать, куда его отправить (занимает 5 секунд):

Состав

Глава 1. Единицы света - Общие термины измерения освещенности

Глава 2: Радиометрия - Сколько света там

Глава 3: Фотометрия - Как вы видите свет (человеческое восприятие)

Глава 4: Спектрометрия - Измерение длины волны

Глава 5: Способы измерения света - Как измерить интенсивность света

Глава 6. Инструменты для измерения освещенности - Какие инструменты используются для измерения освещенности

Глава 1:

Единицы света

(Общие термины измерения освещенности)

В осветительной промышленности для измерения света используются несколько различных единиц измерения, в зависимости от того, какая информация требуется.

Ниже приведены несколько наиболее распространенных единиц и терминов:

Поток (световой поток) - Произошедшее от латинского слова «Fluxus», означающего поток , поток - это количество энергии, излучаемой светом в секунду, измеряемое в люмен (лм) .

Когда дело доходит до освещения, необходимо учитывать Вт (Вт), (потребляемая энергия) по сравнению с люмен (лм), (яркость). Или потребление электроэнергии по сравнению с светоотдачей. Люмены оцениваются для человеческого восприятия, а ватты - нет.

  • Люмен (лм) - единица светового потока в системе СИ, это единица светового потока.
  • Вт (Вт) - единица измерения электрической мощности, это радиометрическое измерение.

Интенсивность света - Количество видимого света, излучаемого в единицу времени на единицу телесного угла

  • Кандела (кд) - базовая единица измерения силы света в системе СИ. Это единица силы света источника света в определенном направлении.2 = 1 нит
    • Nit (nt) - Название, данное для единицы яркости

Для облегчения понимания представьте себе лампу, излучающую свет.

  • Свет от лампы измеряется в люменах (мера силы света)
  • Свет, падающий на поверхность, выражается в люксах
  • Человеческий глаз видит это визуально с точки зрения яркости или яркости, которая измеряется в канделах

Глава 2

Радиометрия - Сколько там света

Что такое радиометрия

В целом радиометрия - это наука об измерении электромагнитного излучения. Что касается оптики, это относится к обнаружению и измерению световых волн в оптической части электромагнитного спектра (инфракрасного, видимого и ультрафиолетового). Радиометрия также включает определение распределения абсолютной мощности излучения.

Почему важна радиометрия

Радиометрия охватывает широкий спектр задач по обнаружению и измерению света.

Вот несколько распространенных приложений:

[источник]

4 Традиционно используемые геометрические описания в радиометрии

Основная единица радиометрии называется Radiant Flux .

1. Radiant Flux / Power - Выраженный в ваттах, лучистый поток можно определить как полную оптическую мощность источника света. Его также можно определить как скорость потока лучистой энергии. Вы можете думать об этом как об общем количестве света, излучаемого лампочкой.

2. Интенсивность излучения - Также измеряется в ваттах, интенсивность излучения - это количество потока, излучаемого через известный телесный угол.

3. Энергия излучения - Энергия освещенности, измеряемая в ваттах на квадратный метр, представляет собой измерение лучистого потока на известной площади поверхности.

4. Сияние - Сияние, измеряемое в ваттах на квадратный метр, стерадиан, является мерой силы излучения, излучаемого из единицы площади источника.

Глава 3:

Фотометрия - как вы видите свет

(видимый свет)

Что такое фотометрия

Фотометрия - это разновидность радиометрии, которая применяется только к видимой части электромагнитного спектра. В то время как радиометрия фокусируется на измерении энергии излучения с точки зрения абсолютной мощности, фотометрия учитывает реакцию человеческого глаза и фокусируется на измерении света с точки зрения воспринимаемой яркости.

Фотометрия - это «наука об измерении силы света, где« свет »относится к общему интегрированному диапазону излучения, к которому чувствителен глаз.

Фотометрия отличается от радиометрии, в которой каждая отдельная длина волны в электромагнитном спектре обнаруживается и измеряется, включая ультрафиолетовое и инфракрасное ». Фотометрия. В EDU.photonics.com/Photometry: Ответ на вопрос о восприятии света Получено с https : //www.photonics.ru / a25119 / Photometry_The_Answer_to_How_Light_Is_Perceived

Почему важна фотометрия

Фотометрия измеряет видимый свет с точки зрения человека.

Общие приложения для фотометрии:

Как и радиометрия, применение фотометрии также разнообразно. Он используется в ряде отраслей для проверки интенсивности света, производимого дисплеями, приборными панелями, приборами ночного видения и т. Д.

Основной единицей фотометрии является люмен.Фотометрия состоит из четырех основных понятий:

1. Световой поток - Световой поток, измеряемый в люменах, является мерой общей воспринимаемой мощности, излучаемой источником света во всех направлениях.

2. Сила света - Сила света в канделах - это количество света, излучаемого источником в определенном направлении.

3. Освещенность - Освещенность измеряется в люменах на единицу площади. Это количество света, падающего на поверхность.Освещенность также можно назвать фут-свечой.

4. Яркость - Яркость, измеряемая в канделах на квадратный метр или нит, представляет собой общий свет, излучаемый или отраженный от поверхности в заданном направлении. Он показывает, насколько ярко мы воспринимаем результат взаимодействия падающего света и поверхности.

Изображение предоставлено: J.C. Walker, Light Sources - Technology and Applications [CC Attribution-ShareAlike 3.0]

Глава 4:

Спектрометрия - Измерение длины волны

Спектрометрия известна наукой и использованием спектрометров для измерения и анализа.Это исследование взаимодействия между светом и веществом, а также реакций и измерения интенсивности излучения и длины волны .

На схеме ниже показано, как спектрометрия используется для анализа образца. Образец показан на этапе 2. Спектрометрия также может использоваться для анализа длин волн, присутствующих в данном источнике света. В этом случае между источником и дифракционной решеткой не было бы образца.

i Предоставлено: По диаграмме спектрометрии публичной лаборатории [CC BY 2.0] (https://creativecommons.org/licenses/by/2.0/), с flickr

Используется для спектрометрии:

В статье «Что такое спектрометрия и для чего она используется», написанной ATA Scientific Instruments, подробно описаны современные способы использования спектроскопии:

  • В астрономии мы можем использовать уникальные спектры для определения химического состава объектов в космосе.
  • Мы также можем использовать его для определения свойств космических объектов: в основном их температуры, а также их скорости.
  • Он используется для скрининга метаболитов, а также для анализа и улучшения структуры лекарственных средств.

Биомедицинское использование света состоит из диагностических и терапевтических применений. Узнайте больше о спектроскопии в биомедицинских услугах.

Спектрорадиометрия - это «измерение энергии света на отдельных длинах волн в пределах электромагнитного спектра. Оно может быть измерено по всему спектру или в определенной полосе длин волн».

Спектрорадиометрия.В KonicaMinolta.us: Радиометрия, спектрорадиометрия и фотометрия Получено с: https://sensing.konicaminolta.us/learning-center/light-measurement/radiometry-spectroradiometry-photometry/

Две основные концепции спектрорадиометрии:

Spectral Radiance - яркость поверхности на единицу частоты или длины волны. Единицы СИ для спектральной яркости - стерадианный нанометр ватт / квадратный метр.

Спектральная освещенность - энергетическая освещенность поверхности на единицу частоты или длины волны.В системе СИ для спектральной освещенности используется ватт / кубический метр.

Глава 5:

Как измерить интенсивность света

Расчет интенсивности света зависит от источника света и направления, в котором он излучает свет. Количество света, падающего на поверхность, называется освещенностью и измеряется в люксах.

Sciencing написал пошаговую статью / эксперимент о том, как рассчитать интенсивность света с помощью силы света вокруг лампочки, которая излучает свет одинаково во всех направлениях.В заключении уточняется, что «интенсивность света в вашей точке на сфере равна количеству ватт, которое излучает лампочка, деленному на площадь поверхности сферы». Полные расчеты можно найти здесь.

В фотометрии сила света является мерой мощности излучения, излучаемой объектом в определенном направлении , и зависит от длины волны излучаемого света.

Что наиболее важно с точки зрения измерения силы света , так это фактическое количество люменов, падающих на определенную поверхность ().

Измерение уровня освещенности

Как отмечалось выше, поток - это общий световой поток. Ватты относятся к абсолютной мощности, а люмены - к человеческому восприятию.

В чем разница между яркостью и освещенностью

«Яркость - это количество света, отраженного от освещаемой поверхности».

Освещенность - это количество света, падающего на поверхность.

Яркость - это то, что мы измеряем по поверхности, на которую падает свет.

Top Light Co назвала его лучшим ...

Думайте об этом так: IL-яркость, IL, I = падающий свет. Освещенность измеряет падающий свет. Яркость - это то, что уходит с поверхности - L = уходит. Освещенность измеряет происшествие, яркость измеряет то, что уходит.

Глава 6:

Какие инструменты используются для измерения света

1. Фотометр

Фотометр - это прибор для измерения силы света. Его можно определить как прибор, измеряющий видимый свет.

Два типа фотометров:

1. Измерители яркости - определяют выходную видимую энергию источника света

Измерения яркости используются для таких продуктов, как светофоры и автомобильные задние фонари.

2. Измерители освещенности - измеряют видимую энергию, падающую на поверхность объекта.

Измерители яркости и колориметры

2.Интегрирующая сфера

«Интегрирующая сфера собирает электромагнитное излучение от источника, полностью внешнего по отношению к оптическому устройству, обычно для измерения потока или оптического ослабления».

Основы интеграции и приложения Sphere

3. Спектрометр

«Основная функция спектрометра состоит в том, чтобы улавливать свет, разбивать его на его спектральные составляющие, оцифровывать сигнал в зависимости от длины волны, считывать его и отображать через компьютер.

Спектрометр

4. Измеритель освещенности

Люксметр - это прибор, используемый для измерения уровня освещенности . Уровень освещенности - это количество света, измеренное на плоскости.

Заключение

Когда речь идет о мощности света и его измерении, используется множество терминов и технологий. Ключ к пониманию того, как сочетаются все эти уникальные аспекты.

Понимание измерения света помогает нам, как поставщику световых решений, соответствовать требованиям яркости и однородности для ваших конкретных приложений.

Световой поток

Световой поток (Φ v ) - это энергия в единицу времени (dQ / dt), которая излучается источником в видимых длинах волн. Более конкретно, это энергия, излучаемая на длинах волн, чувствительных к человеческому глазу, от примерно 330 до 780 нм. Таким образом, световой поток представляет собой средневзвешенное значение лучистого потока в видимой области спектра. Это средневзвешенное значение, поскольку человеческий глаз не реагирует одинаково на все видимые длины волн.

Чувствительность глаза достигает максимума при 555 нм и падает примерно до 10 -4 при 380 и 750 нм. Это диапазон чувствительности к дневному свету или фотопического зрения. Ночная чувствительность глаза, называемая скотопическим зрением, смещается в сторону синего края видимого, достигая максимума при 507 нм и снижаясь до 10 -4 при 340 и 670 нм. Этот весовой коэффициент или световая отдача (V λ ) позволяет преобразовывать лучистый поток в световой поток на любой длине волны.В фотопической области пику при 555 нм соответствует значение преобразования 683 люмен на ватт. Люмен - это единица светового потока, которая определяется в канделах, базовой единице СИ, такой как метр или секунда. 1 люмен определяется как 1 / 4π кандела, базовая единица измерения силы света в системе СИ.

Поскольку глаз не видит все длины волн одинаково хорошо, кривая эффективности является очень важным способом определения светового потока от источника. Световой поток от монохроматического источника, излучающего свет на одной длине волны, определить проще всего.

Φ v = Φ * V λ * (683 лм / Вт)

Например, лазерная указка мощностью 5 мВт, использующая длину волны 680 нм, дает

0,005 Вт * 0,017 * 683 лм / Вт = 0,058 лм

В то время как лазерная указка мощностью 5 мВт на длине волны 630 нм дает

.005 Вт * .265 * 683 лм / Вт = 0,905 лм, значительно больший световой поток.

Определить световой поток от источника, излучающего по спектру, сложнее. Необходимо определить спектральное распределение мощности для конкретного источника.Как только это будет сделано, необходимо рассчитать световой поток на каждой длине волны или через равные промежутки времени для непрерывных спектров. Суммирование потока на каждой длине волны дает общий поток, создаваемый источником в видимом спектре.

С некоторыми источниками это сделать проще, чем с другими. Стандартная лампа накаливания излучает непрерывный спектр в видимом диапазоне, и для определения светового потока необходимо использовать различные интервалы. Однако для таких источников, как ртутная лампа, это немного проще.Меркурий излучает свет в основном в линейчатом спектре. Он излучает лучистый поток на 6 основных длинах волн. Это упрощает определение светового потока этой лампы по сравнению с лампой накаливания.

Как правило, самостоятельно определять световой поток не нужно. Обычно это значение указывается для лампы на основании лабораторных испытаний во время производства. Например, световой поток лампы накаливания мощностью 100 Вт составляет примерно 1700 лм. Мы можем использовать эту информацию для экстраполяции на аналогичные лампы.Таким образом, средняя световая отдача лампы накаливания составляет около 17 лм / Вт. Теперь мы можем использовать это как приближение для аналогичных источников накаливания при различной мощности. Часто производитель указывает «начальные люмены» в своих данных для лампы. Это световой поток лампы. Он указан таким образом, потому что по мере старения лампы ее распределение мощности немного меняется и больше не излучает точно те длины волн, которые были в то время, когда она была новой. Однако для всех целей и целей «начальные люмены» могут использоваться для светового потока для любых необходимых вычислений.

Index

Концепции фотометрии

Концепции Vision

Объяснение измерений освещенности | LEDwatcher

Что такое люмен? Как измерить свет? Сколько ватт потребляет светодиодная лампа? Это лишь некоторые из тем о свете, затронутых в этой статье. Мы попытались объяснить основы света и то, как измеряются различные аспекты света, на реальных примерах, выделив наиболее важные формулы, используя информационные изображения, графики и таблицы, а также сделали несколько калькуляторов для упрощения расчетов.Надеюсь, вы найдете эту статью полезной, и если у вас есть какие-либо комментарии, предложения или дополнения, не стесняйтесь использовать форму комментариев под статьей.

Вот содержание со ссылками на темы, затронутые в этой статье, для упрощения навигации:

  1. ЛЮМЫ И КАНДЕЛИ (световой поток, сила света)
  2. ОСВЕЩЕНИЕ, ОСВЕЩЕНИЕ, ЛЮКС И НОЖНЫЕ СВЕЧИ
  3. КАК ИЗМЕРИТЬ СВЕТ?
    1. Световые метры
    2. Приложения для экспонометра
  4. ЛЮМЫ И ВОДА
    1. Калькулятор световой отдачи
    2. Калькулятор люмен в ватт
    3. Калькулятор ватт в люмен
    4. Диаграмма люменов

ЛЮМЫ И КАНДЕЛИ

Что такое просвет?

Световой поток или сила света измеряет общее количество света, излучаемого источником света за период времени. Проще говоря, световой поток показывает, сколько света излучает лампа во всех направлениях в секунду, световой поток выражается в единицах, называемых люмен (лм) . Световой поток измеряет только свет, излучаемый человеческим глазом в видимых длинах волн в диапазоне примерно 400-750 нм.

Световой поток - люмен (лм) - единица измерения светового потока или силы света. Один люмен равен количеству света, излучаемого источником света (излучающим равное количество света во всех направлениях) через телесный угол в один стерадиан с интенсивностью 1 кандела.

Световой поток (в люменах) обычно указывается на упаковке лампочки (или его можно найти в специальных каталогах лампочек) и используется в качестве объективного измерения светоотдачи источника света для лучшего сравнить различные типы лампочек. Однако, поскольку люмен измеряется на определенном расстоянии во всех направлениях от источника света, это не лучшее измерение, чтобы описать, насколько ярким будет свет в определенной области. Для описания этого используется термин «освещенность» и единицы измерения, называемые люкс или фут-свеча.

Сила света (кандела)

Сила света - это сила света или количество видимого света, излучаемого источником света в заданном направлении на единицу телесного угла. Сила света измеряется в канделах (кд) , что является базовой единицей СИ. По сути, он измеряет количество видимого света, излучаемого под одним определенным углом от источника света, что является полезным измерением при сравнении устройств, производящих сфокусированный луч света, таких как прожекторы, фонарики и лазерные указки.

Определение канделы - кандела (кд) - единица измерения силы света в СИ. Кандела заменил старую единицу измерения силы света - силу свечи. Одна обычная свеча излучает приблизительно 1 канделу силы света, поэтому канделу в прежние времена называли свечой.

Поскольку свеча не была самым точным источником света для измерения силы света, были определены гораздо более строгие правила и определения для измерения силы света, официальное определение канделы:

Кандела - это сила света в заданном направлении источника, который испускает монохроматическое излучение с частотой 540 x 1012 герц и имеет силу излучения в этом направлении 1/683 ватт на стерадиан.
Из http://physics.nist.gov/cuu/Units/current.html

Пояснение

Напомним, световой поток измеряет, сколько всего видимого света излучается источником света, единицей светового потока является люмен (лм) . Сила света измеряет, сколько света излучается источником света в одном направлении, единицей силы света является кандела (кд) . Итак, в основном, если вам нужна лампочка, которая излучает свет во всех направлениях (например, потолочный светильник в доме) , посмотрите на люмены при сравнении различных лампочек, однако, если вам нужен свет, который может сфокусировать максимальное количество яркости в луч меньшего размера, такой как прожектор или фонарик, смотрите на свечи при сравнении таких огней.Помимо этих двух, освещенность также является важным показателем, измеряющим количество света, падающего на заданную поверхность (измеряется в люксах или фут-канделах) , но позже с этим.

Классический пример объяснения люменов и кандел. Представьте, что вы помещаете прозрачную сферу радиусом 1 метр над свечой. Свеча дает силу света в 1 канделу и равномерно излучает свет во всех направлениях. Если вы прорежете в сфере отверстие размером 1 квадратный метр, из этого отверстия будет выходить 1 люмен света.Это дает в виде уравнения:

1лм = 1кд * ср

где:

  • 1 лм = один люмен;
  • 1 кд = одна кандела;
  • sr = стерадиан (квадратный радиан, один квадратный радиан общей сферы можно рассчитать с помощью уравнения A = r², где r - радиус сферы) .

Так в данном случае:

1лм = 1кд * 1

1 люмен = 1 кандела; источник света с силой света 1 кандела дает световой поток 1 люмен в сфере с площадью поверхности 1 квадратный метр.

Мы также можем рассчитать световой поток всей сферы, используя то же уравнение. Для этого сначала нам нужно знать площадь поверхности сферы, ее можно рассчитать по формуле:

4π r² = 4 * 3,14 * 1 = 12,56sr

Итак, если мы возьмем предыдущее уравнение 1lm = 1cd * sr и узнаем, что интенсивность света равна 1cd , а площадь поверхности сферы 12,57m² , мы можем вычислить:

1лм = 1кд * 12,57ср
лм = 12,57 ; источник света с интенсивностью 1 кандела излучает световой поток 12,57 люмен в сфере с радиусом 1 метр (или площадью поверхности 12,57 м²).

То же уравнение можно преобразовать для вычисления кандел:

1 кд = 1 лм / ср

Давайте посмотрим на новый пример, у нас есть лампочка, излучающая 700 люмен света равномерно во всех направлениях, с такой же прозрачной сферой с радиусом 1 м над лампочкой.

Теперь, если мы возьмем преобразованную формулу 1 кд = 1 лм / ср и узнаем, что световой поток равен 700 лм , а площадь поверхности сферы равна 12,57 м² , мы можем вычислить силу света лампы:

1лм / ср = 1кд
700лм / 12,57см / 12,57см ≈ 56 кд

Но если мы хотим вычислить интенсивность света в определенном направлении, скажем, проходя через один стерадиан , как в первом примере, мы можем использовать ту же формулу:

700лм / 1ср ≈ 700 кд; это подтверждает первое правило, что 1 люмен = 1 кандела, когда свет проходит через сферу в 1 стерадиан.

Чтобы еще лучше проиллюстрировать разницу между световым потоком (люмен) и силой света (кандел) , представьте себе лампочку, которая производит 1 канделу или 12,57 люмен, если вы закроете одну сторону лампы, она все равно будет производить такая же сила света в 1 кандела, но вдвое меньше светового потока - 6,28лм. Это связано с тем, что свечи измеряют мощность света, насколько яркий свет будет в определенном направлении, поэтому в этом случае покрытие половины лампы не повлияет на интенсивность света (если она измеряется на непокрытой части лампы. ) .Но поскольку люмены измеряют общее количество видимого света от источника, покрытие половины лампы уменьшит общее количество видимого света вдвое.

Вот почему вам следует сравнивать кандели при покупке точечного светильника или фонарика с концентрированным световым лучом и люмен (или люкс) при покупке внутреннего освещения, такого как потолочные светильники или наружное освещение.

Эти предыдущие вычисления и формулы в основном относились к источнику света, который является изотропным или, другими словами, излучает свет равномерно во всех направлениях.Теперь давайте посмотрим, как рассчитать канделы и люмены в лампах под определенными углами.

Люмен, кандел, углы обзора

В том же уравнении 1cd = 1lm / sr sr указывает угол обзора (также называемый углом при вершине) , через который излучается свет при вычислении силы света и светового потока. В предыдущих примерах мы рассчитывали люмены и свечи, предполагая, что свет излучается равномерно во всех направлениях (или в одном примере через телесный угол в один стерадиан, где 1 люмен равен 1 канделе) , но обычно мы покупаем осветительные приборы, которые освещают свет в под определенным углом прожекторы освещают под более узким углом, чтобы обеспечить более сфокусированный луч, в то время как прожекторы освещают под более широким углом, чтобы покрыть большую площадь поверхности.

Рассматривая то же уравнение 1cd = 1 лм / ср , мы можем заключить, что, увеличивая силу света (кандел) , мы должны уменьшить угол обзора (стерадианы) , чтобы получить тот же световой поток (люменов). ) .

И наоборот, если мы уменьшим силу света (кандел) , мы должны увеличить угол обзора (стерадианы) , чтобы получить тот же световой поток (люмен) .Таким образом, мы можем сказать, что сила света обратно пропорциональна углу обзора, что означает, что, увеличивая одно значение с той же скоростью, другое будет уменьшаться.

В то же время при расчете светового потока, если мы увеличиваем либо силу света, либо угол обзора, световой поток увеличивается, и наоборот, если мы уменьшаем силу света или угол обзора, световой поток также будет уменьшаться. .

Итак, как мы можем определить этот угол при вершине светового луча?
В основном, угол при вершине - это угол между осью источника света, который дает наибольшую силу света, и осью, где сила света уменьшается до 50%.Формула для вычисления телесного угла (Ω) в стерадианах (sr) :

Ом = 2π (1 − cos (α / 2))

где α - угол при вершине, измеренный в градусах.

Так, например, если вы хотите вычислить телесный угол (Ω) в стерадианах (sr) , чтобы вычислить люмены или канделы светового курса, допустим, для светового луча с углом при вершине 40 ° , используя приведенное выше уравнение, получаем:

Ом = 2π (1 − cos (40/2))
Ом ≈ 2 * 3,14 * (1-0,94)
Ом ≈ 6,28 * 0,06
Ом ≈ 0,38sr

Теперь, если мы хотим рассчитать световой поток источника света с интенсивностью 1 кандела и углом обзора 40 ° , мы можем вставить ранее рассчитанный телесный угол Ом ≈ 0,38sr в основное уравнение :

1 лм = 1 кд * ср
лм = 1 * 0,38
лм ≈ 0,38

Полное уравнение для расчета светового потока (люмен) источника света, если мы знаем силу света (кандел) и угол при вершине (стерадианы) :

Φ = I2π (1 − cos (α / 2))

люмен = канделы * 2π * (1-cos (угол при вершине / 2))

  • Φ - световой поток (лм)
  • I - сила света (кд)
  • π - постоянная (≈3,14)
  • α - угол при вершине (°)

Для расчета силы света (кандел) , если известны световой поток (люмен) и угол при вершине (стерадианы) , используйте это уравнение:

I = Φ / (2π * (1 − cos½ * α))

кандел = люмен / (2π * (1-cos½ * угол при вершине))

Теперь давайте проверим это уравнение на более практическом примере. Допустим, у нас есть лампа, которая дает силу света 3cd при угле при вершине 40 ° , и мы хотим рассчитать люмены для этой лампы. Мы можем использовать предыдущее уравнение:

Φ = I2π (1 − cos (α / 2))
лм = 3cd * 2 * π * (1-cos (40 ° / 2))
лм = 18,84 * 0,06
лм ≈ 1, 13 (осветительный прибор с силой света 3 кд при угле при вершине 40 ° дает световой поток около 1,13 лм)

Если мы увеличим угол обзора с 40 ° до 70 ° и оставим силу света на уровне 3cd , общий световой поток должен увеличиться:

лм = 3cd * 2 * π * (1-cos (70 ° / 2))
лм ≈ 3,39

Итак, это правда, если мы увеличим угол наклона лампы, сохраняя при этом силу света той же самой, световой поток также увеличится.

Мы также можем проверить это наоборот, оставив угол при вершине 70 ° , но уменьшив интенсивность света наполовину, с 3 кд до 1,5 кд . Теперь лампа должна давать меньше люмен:

лм = 1,5 кд * 2 * π * (1-cos (70 ° / 2))
лм ≈ 1,69

Так оно и есть, 3,39 лм> 1,69 лм.

Сводка люменов и кандел

Итак, световой поток измеряет общее количество видимого света, излучаемого во всех направлениях, единицей светового потока является люмен (лм) .Сила света измеряет количество видимого света, излучаемого источником света в заданном направлении под телесным углом, единицей силы света является кандела (кд) . Уравнение для расчета люменов, когда известны канделы и телесный угол источника света: 1lm = 1cd * sr .

Канделы в основном используются для описания яркости осветительных приборов, которые создают сфокусированный луч света под более узким углом в одном направлении, например, лазерная указка, фонарик и прожектор.Люмены используются для сравнения лампочек или осветительных приборов, которые освещают под широким углом и должны производить свет одинаково во всех направлениях, например потолочные светильники и некоторые типы пищевых светильников. Как правило, чем шире угол луча света, тем ниже его интенсивность, а чем уже угол луча, тем выше интенсивность света.

ОСВЕЩЕНИЕ, ОСВЕЩЕНИЕ, ЛЮКС, НОЖНАЯ СВЕЧА

Освещенность

Освещенность - это количество света или светового потока, падающего на поверхность.Освещенность измеряется в люксах (люмен на квадратный метр) или фут-канделах (люмен на квадратный фут) с использованием американских и британских метрик. Освещенность не зависит от типа поверхности, на которую она освещается, и зависит только от количества света, падающего на эту поверхность, поэтому она будет одинаковой при освещении на стене, земле, полу, дереве или любом другом объекте. Освещенность (в отличие от люменов и других показателей освещения) можно легко измерить с помощью простого устройства, называемого люксметром, или даже с помощью смартфона, на котором установлено специальное приложение.

Люкс

Определение люкс - люкс (лк) - это единица измерения освещенности, люкс измеряет световой поток на единицу площади или количество света, падающего на заданную поверхность. По сути, люкс определяет, насколько яркой будет освещенная поверхность. Один люкс равен одному люмену на квадратный метр площади поверхности:

1лк = 1лм / м²

или

1 люкс = 1 кд * ср / м²

, потому что 1 лм = 1 кд * ср

В приведенных выше формулах м² представляет собой целевую площадь поверхности, на которую падает свет.

Фут-свеча

В британских и американских системах измерения вместо люкс используется термин фут-свеча (fc) . Фут-свеча также измеряет количество света, падающего на поверхность, но вместо люмен на квадратный метр, используемых для измерения люкс, люмен на квадратный фут используются для измерения фут-свечки. Одна фут-свеча составляет прибл. 10,764 лк. Фут-свечи рассчитываются по формуле:

1fc = 1 лм / фут²

Пояснение

Освещенность можно легко рассчитать, если известны световой поток (люмен), выходного источника света и площадь освещенной поверхности. Например, сконцентрированный луч света со световым потоком 400 люмен осветит большую площадь 1 квадратный метр с освещенностью 400 люкс:

лк = 400 лм / 1 м²
лк = 400

Однако, если мы увеличим площадь поверхности, на которую падает свет в два раза, с 1 квадратного метра до 2 квадратных метра и оставим световой поток на уровне 400 люмен , освещенность на этой площади уменьшится в два раза :

лк = 400 лм / 2 м²
лк = 200

Это означает, что чем дальше расстояние от освещаемой поверхности или больше угол освещения, тем ниже будет освещенность света, падающего на поверхность.

Освещенность полезна при выборе подходящих лампочек или осветительных приборов для определенных областей, таких как спальня, гостиная, офис, магазин, театры, сцены и тому подобное. Люкс также является важным показателем при выборе освещения для выращивания растений в помещении.

Яркость

Яркость - это сила света, которая отражается или излучается от объекта на единицу площади в определенном направлении. Яркость зависит от того, сколько света попадает на объект и от отражения света от этой поверхности.Единица измерения яркости - кандела на квадратный метр - кд / м² .

В основном, яркость используется для расчета того, сколько световой мощности будет излучаться от данной поверхности под определенным углом обзора и обнаруживаться человеческим глазом, или, другими словами, насколько яркой будет данная поверхность для человеческого глаза. На самом деле яркость - это единственная световая форма, которую мы можем видеть. Яркость используется, например, при оформлении дорожных знаков и дорожного освещения.

КАК ИЗМЕРИТЬ СВЕТ?

Измерение люменов

Многие думают, что люмены для лампочки или осветительного прибора можно легко измерить с помощью дешевого люксметра или даже мобильного приложения, но на самом деле для этого требуется специальное устройство, называемое интегрирующей сферой . должен быть установлен, который может отображать несколько показателей, таких как световой поток или люмен, световая отдача, распределение светового спектра, цветовая температура и другие характеристики освещения.На самом деле люменметр - это не маленькое портативное устройство, которое вы можете приобрести за пару долларов, а больше похоже на лабораторию для измерения люменов и других показателей лампочек.

Вот видео от Diode Dynamics, демонстрирующее интегрирующую сферу, используемую для измерения люменов.

Световые метры

Существуют также другие типы измерителей для измерения различных световых метрик:

  • люксметр для измерения освещенности (люкс или фут-свечи) ;
  • измеритель силы света для измерения силы света кандел ;
  • измеритель яркости для измерения яркости.

Люксметры - самые распространенные из них, которые используются для измерения освещенности или количества света, падающего на поверхность. Люксметр используется для измерения количества света при фото- и видеосъемке в отдельных домах и многих общественных местах, таких как офисы, магазины, библиотеки, музеи и другие места, чтобы определить, имеет ли место достаточный уровень яркости в целях безопасности. условия труда сотрудников (в офисах) или просто в целях проектирования (в художественных галереях), а также для определения видимости на открытых площадках, например, при выборе подходящего уличного освещения.

Люксметр

часто называют люксметром из-за его популярности по сравнению с другими устройствами для измерения освещенности. На рынке доступен широкий ассортимент люксметров в зависимости от их цены, функциональности и точности, от пары долларов до нескольких сотен долларов за более продвинутые счетчики. Есть даже множество приложений для люксметров (бесплатных и платных) , доступных на устройствах iOS и Android, которые могут измерять освещенность, и некоторые из этих приложений на самом деле довольно хороши для основных задач измерения освещенности.

Приложения для экспонометра

Вот несколько самых популярных приложений для экспонометров для устройств iOS или Android, которые вы можете протестировать самостоятельно.

Приложения для экспонометра iOS:

  1. Карманный измеритель освещенности (от Nuwaste studios) ;
  2. myLightMeter Free (Дэвид Куилс).

Приложения для экспонометра Android:

  1. LightMeter Free (Дэвид Квилс) ;
  2. люксметр (Borce Trajkovski) ;
  3. Измеритель света beeCam (FM.Bee Corp.).

ЛЮМЫ И МОЩНОСТЬ

Измерение, которое описывает соотношение между люменами и ваттами, составляет световая отдача . Световая отдача - это соотношение между световым потоком и электрической мощностью источника света, она измеряет, насколько эффективен источник света при преобразовании электрической энергии в видимый свет. Единица световой отдачи - лм / Вт (люмен на ватт) .

Калькулятор световой отдачи

Световую отдачу можно легко рассчитать по формуле:

Световая отдача (лм / Вт) = световой поток (лм) / мощность (Вт)

Так, например, световая отдача лампы 10 Вт , которая дает 600 люмен , будет равна 60 лм / Вт :

600 лм / 10 Вт = 60 лм / Вт


Калькулятор для перевода

люмен в ватт

Мы также можем преобразовать это уравнение для расчета мощности лампочки, если мы знаем световой поток (люмен) и световую отдачу этой лампы.Возьмем тот же пример, если мы знаем, что лампочка дает 600 люменов с эффективностью 60 лм / Вт , используя уравнение:

мощность = люмен / люмен на ватт-час

600 лм / 60 лм / Вт = 10 Вт

мы можем подсчитать, что лампочка потребляет 10 ватт электроэнергии, чтобы произвести 600 люмен света.


Калькулятор для преобразования

ватт в люмены

Точно так же мы можем рассчитать световой поток (люмен) лампочки, если мы знаем мощность и световую отдачу лампы , преобразовав ту же формулу:

люмен = мощность * люмен на ватт-час

10 Вт * 60 лм / Вт = 600 лм


Сравнение люменов

Количество люмен в ватте зависит от типа лампы, используемой в осветительном приборе.В среднем старые вольфрамовые лампы накаливания производят 15 люмен на ватт, а эффективные светодиодные лампы - около 75 люмен на ватт.

Среднее преобразование люмен в ватт для светодиодных, CFL, галогенных ламп и ламп накаливания:

  • LED КПД лампы накаливания ≈ 75 люмен на ватт (лм / Вт) ;
  • CFL КПД лампы накаливания ≈ 65 люмен на ватт (лм / Вт) ;
  • Галогенная лампа КПД лампы ≈ 20 люмен на ватт (лм / Вт) ;
  • Лампа накаливания Эффективность лампы накаливания ≈ 15 люмен на ватт (лм / Вт) .

Люмен диаграмма

Здесь мы составили сравнительную таблицу светового потока для светодиодных, CFL, галогенных ламп и ламп накаливания (с использованием среднего значения люмен на ватт для каждого типа лампы) .

Общие сведения о световом потоке (люмен) и освещенности (люкс) _ YUJILEDS

Мы часто видим данные о световом потоке или освещенности на упаковке лампочек или других ламп. Возможно, вы знаете, что эти два параметра используются для описания яркости света.Но каковы конкретные определения светового потока и освещенности? В чем разница между ними?

Что такое световой поток?

Световой поток - это мера общего количества видимого света, излучаемого лампой. Он отличается от лучистого потока. Поток излучения - это измерение всего испускаемого электромагнитного излучения (включая инфракрасное, ультрафиолетовое и видимое), которое представляет собой общее количество света объектива. Световой поток - это количество света, которое воспринимает человеческий глаз. Он отражает чувствительность человеческого глаза путем взвешивания каждой длины волны с помощью функции яркости. Таким образом, это взвешенная сумма всех длин волн мощности в диапазоне видимого света, исключая инфракрасный и ультрафиолетовый.

Что такое функция яркости?

Функция яркости описывает относительную чувствительность глаз человека к свету с разной длиной волны путем субъективной оценки яркости света разных цветов.Его не следует считать совершенно точным, но он дает хорошее представление о зрительной чувствительности человеческого глаза и является ценным исходным показателем для экспериментальных целей.

Рисунок 1: Фотопическая (черная) и скотопическая (зеленая) функции светимости

Единица светового потока - Люмен

Единицей светового потока в системе СИ является люмен (лм). Люмен определяется по отношению к канделе, которая является единицей силы света, как

1 лм = 1 кд sr

То есть, когда световой угол источника света равен одному телесному углу, а световой поток равен 1 люмену, его сила света составляет 1 канделу. Когда световой поток источника света также составляет 1 люмен, но световой угол становится 1/2 телесного угла, сила света этого источника света считается равной 2 канделам.

И наоборот, когда сила света точечного источника света, который излучает свет во всех направлениях, равна 1 канделе, поскольку полная сфера имеет телесный угол 4π стерадиан, световой поток этого источника света составляет 4π люмен или 12,56 люмен.

Рисунок 2: Графическое представление 1 стерадиана.

Что такое освещенность?

В фотометрии освещенность - это полный световой поток света, падающий на единицу площади. Другими словами, световой поток представляет собой общее количество света, излучаемого источником, а освещенность - это общее количество света, получаемого объектом.

Связь между освещенностью и световым потоком аналогична соотношению между энергетической яркостью и потоком излучения, то есть потоком излучения, принимаемым на единицу площади. Однако освещенность взвешивается в соответствии с чувствительностью человеческих глаз к свету с разными длинами волн, что представляет собой интенсивность света, воспринимаемого человеческими глазами.

Единица освещенности - люкс

Единица освещенности в системе СИ - люкс (лк). Он равен одному люмену на квадратный метр.

1 лк = 1 лм / м2 = 1 кд · ср / м2.

В фотографии также есть неметрическая единица освещенности - фут-свеча.Фут-свеча означает «свечение источника свечи на поверхности на расстоянии одного фута». Таким образом, одна фут-свеча равна одному люмену на квадратный фут или примерно 10 люксам.

И расстояние, и наклон влияют на освещение

Освещенность - это количество люмен на квадратный метр. Это означает, что когда источник света в 1000 люмен освещает площадь в 1 квадратный метр, освещенность в этой плоскости составляет 1000 лк. Когда источник света в 1000 люмен освещает площадь в 10 квадратных метров, освещенность на плоскости становится 100 лк.

Так что, покупая лампочки, мы не должны выбирать их только по количеству люменов. Это связано с тем, что, когда в гостиной и туалете устанавливаются лампы с одинаковым световым потоком, из-за разного размера комнат разница в освещенности, которая может восприниматься глазами, может быть значительной.

Конвертер силы света и светового потока

Конвертер силы света и светового потока

Введение

Много лет назад, когда лампы накаливания широко использовались и почти не использовались. стандартный источник света для повседневного использования, выбор подходящей лампы был довольно просто: нужно было «всего лишь» выбрать наиболее подходящую мощность для предполагаемое приложение.Сегодня все намного сложнее: есть стандартные лампочки накаливания, галогенные лампы, компактные люминесцентные лампы, люминесцентные лампы и светодиоды лампы самых разных видов. Все эти лампы имеют разный КПД и разные формы свечения, что позволяет выбор намного сложнее.

Просто глядя на мощность лампы в ваттах, мало что можно сказать об эффективном световой поток. Для решения этой проблемы сила света I v (выраженная в канделах) и световой поток F (в люменах) являются лучший выбор, но, к сожалению, лишь немногие люди привыкли к этим агрегатам и их значение иногда неверно истолковывают.Производители ламп часто указывают на упаковке одну из этих цифр, но редко и то и другое, поэтому сравнивая лампу мощностью 1000 лм с другой произвести 250 кд непросто: будут ли они светиться такая же яркость? Цель этого калькулятора - помочь преобразовать люмены в канделы для выбор подходящего источника света.


Эта компактная люминесцентная лампа потребляет 20 Вт электроэнергии и обеспечивает (номинальный) световой поток 1'300 лм. Предположим, что диаграмма направленности направлена ​​во всех направлениях (угол конуса 360 °), с с помощью калькулятора, представленного ниже, вы можете оценить силу света около 103 кд.Вы также можете рассчитать эффективность лампы 65 лм / Вт. (нажмите для увеличения)


Эта светодиодная лампа потребляет 4 Вт электроэнергии и производит (номинальную) сила света 350 кд в конусе с полным углом 36 °. С помощью калькулятора, представленного ниже, вы можете оценить световой поток около 108 лм. Вы можете рассчитать эффективность лампы 27 лм / Вт. (нажмите для увеличения)


Почему фотометрические единицы?

В физике используется радиометрических единиц: например, заданное излучение (световой) источник излучает мощность P (измеряется в ваттах) и мы можем легко вычислить интенсивность излучения Дж (измеряется в Вт / стер) или освещенность E (измеряется в Вт / м 2 ), если мы хотим знать количество мощности, излучаемой в заданном направлении (телесный угол) или в заданном поверхность соответственно.

Но когда мы говорим о видимом свете, мы должны учитывать чувствительность человеческого глаза, потому что ощущение яркости зависит от цвета (спектра) света. Поэтому предпочтительнее фотометрических единиц .

Фотометрический эквивалент мощности излучения - световой поток. (или сила света) F (измеряется в люменах). Тогда сила света I v (выраженная в канделах) соответствует световому потоку в заданном телесном угле Ом (1 кд = 1 лм / стер), а освещенность E v (измеряется в люксах) соответствует световому потоку на заданной площади (1 лк = 1 лм / м 2 ).

Радиометрические единицы Фотометрические единицы
Мощность излучения
P
Вт
[Вт]
Световой поток
F
Люмен
[лм]
Интенсивность излучения
Дж
Вт на стерадиан
[Вт / стер]
Сила света
I v
Кандел
[кд = лм / стер]
Энергия излучения
E
Ватт на квадратный метр
[Вт / м 2 ]
Освещенность
E v
Люкс
[лк = лм / м 2 ]

Зависимость силы света от светового потока

В фотометрии световой поток является мерой всего воспринимаемого света. сила света, в то время как сила света - мера воспринимаемого мощность, излучаемая источником света в определенном направлении на единицу твердого тела угол.Это означает, что максимальная сила света зависит от общей световой поток источника света, но также и его диаграмма направленности (то, как свет источник излучает во всех направлениях).


Общий световой поток - это сумма всех излучаемых потоков направления, независимо от диаграммы направленности источника света.


Сила света - это световой поток в заданном телесном угле. Вот два примера разной силы света в двух произвольных конусах, предположим, что диаграмма направленности этой лампы неоднородна.

Итак, один и тот же источник света, излучающий тот же световой поток (те же люмены) может давать разную силу света (разные свечи) в зависимости от его способность концентрировать свет. Если поставить линзу перед лампой, чтобы сосредоточить свет в одном направлении, сила света в этом направлении увеличится, а общая световой поток остается прежним. Чем выше способность концентрировать свет в одном направлении, тем терка сила света.


Эти 2 светодиода имеют один и тот же чип, обеспечивающий одинаковый световой поток 0.2 лм при токе 30 мА. У того, что слева, есть линза, которая концентрирует свет в узком конусе. 15 °, в то время как тот, что справа, имеет другую линзу, концентрирующую свет в конусе 30 °. В результате сила света светодиода слева составляет 3,7 кд. и 0,9 кд для правого. (нажмите, чтобы увеличить)


Те же 2 светодиода, проецирующиеся на экран на расстоянии около 5 см. Обратите внимание, что светодиод слева дает меньшее и яркое пятно.К сожалению, на этом HDR-изображении разница в яркости едва заметна. видимый. (нажмите для увеличения)


Точное преобразование силы света в световой поток

Чтобы точно рассчитать общий световой поток F , нам необходимо: учитывать диаграмму направленности I (θ) светового источник. Без диаграммы направленности выполнить преобразование невозможно. Точные числовые данные диаграммы направленности доступны очень редко, но если у кого-то есть шанс иметь таблицу с красивым графиком диаграммы направленности, бесплатную программу, такую ​​как Engauge Digitizer, можно использовать для преобразования графика в числовые значения.Практически все источники света имеют симметричную диаграмму направленности, поэтому мы используйте только данные от 0 ° до 180 ° (от 0 до π), и мы предполагаем, что это будет остается неизменным, если устройство вращается вокруг своей оптической оси.

Зная I (θ) , мы можем вычислить эквивалентный телесный угол Ом (в стерадианах):

Чтобы вычислить этот интеграл, вам понадобится числовая вычислительная программа, например MATLAB, бесплатный Scilab или, возможно, даже электронная таблица. В любом случае это недоступно для простого калькулятора JavaScript, такого как тот, который вы найдете на этих страницах.

Обратите внимание, что I (θ) необходимо нормировать по амплитуде перед вычисляя вышеуказанный интеграл, что означает, что макс (I (θ)) = 1 .

Ом представляет собой телесный угол, пропускающий постоянную и однородную поток равен потоку, передаваемому I (θ) в 4π стерадианах (вся поверхность сферы).

На самом деле это должен быть двойной интеграл в θ и φ . покрывает всю сферу вокруг источника света, но из-за симметричная диаграмма направленности большинства источников света, интеграл в φ можно упростить до коэффициента 2π.

Теперь легко рассчитать световой поток F в люменах:

Где I v - максимальная сила света, измеренная в кандела (компакт-диск).


Простой преобразователь силы света / потока

Очень часто диаграмма направленности лампы неизвестна, но если мы знаем ширина луча (расходимость луча) , который является углом конуса свет излучаемый, мы можем сделать приблизительный расчет.Это приблизительное значение, поскольку оно предполагает, что вся мощность равномерно распределена. распределяется внутри этого конуса, и снаружи не излучается энергия. Ширина луча обычно определяется как полный угол конуса , что составляет удвоение угла конуса θ между осью и конусом.


На этом чертеже вы можете видеть синим цветом угол конуса θ и в красный конус полный угол .

В этом приближении мы предполагаем, что весь поток равномерно распределен в указанный конус и что снаружи нет излучения.Это, конечно, не очень точно. Имейте в виду, что реальные цифры могут значительно отличаться, но это лучшее, что вы можете получить только с углом конуса. Но обычно порядок величины правильный. Преимущество в том, что преобразование теперь легко и может быть выполнено с помощью карманный калькулятор или этот конвертер JavaScript.

Зная ширину луча , мы можем легко вычислить соответствующий телесный угол Ом в стерадианах с:

Затем мы можем использовать то же уравнение, что и раньше, для преобразования между светящимися поток F и максимальная сила света I v :

Следующий калькулятор выполнит вычисления за вас:

Мобильная версия доступна здесь, если вы нужно делать преобразования при покупке ламп...

Введите все известные данные в калькулятор ниже и оставьте поля на вычислить пустое значение, затем нажмите кнопку "вычислить", чтобы вычислить и заполнить бланки. Возможны не все комбинации; если данных недостаточно; всплывающее окно коробка предупредит вас. Убедитесь, что неизвестные поля полностью пусты: пробел не будет Работа.


А как насчет силы излучения?

Теперь, когда мы знаем световой поток F , можем ли мы вычислить мощность излучения P или наоборот? Что ж, теоретически да, но это не так просто, потому что вам нужно знать спектр P (λ) излучаемого света для расчета соответствующий коэффициент преобразования.Иногда производители предоставляют вам красивый график спектра, в противном случае вам нужно измерить его с помощью оптического спектрометра (и если он у вас есть, вы, вероятно, не нужны пояснения на этой странице). Без точных спектральных данных преобразование из F в П .

Предполагая, что вы знаете P (λ) (измерено, оцифровано с графика предоставлено производителем), первое, что вам нужно сделать, это нормализовать его в поверхности (поверхность под кривой должна быть равна единице):

Опять же, это недоступно для этого калькулятора JavaScript, и вам понадобится мощная числовая вычислительная программа.

Убедившись, что P (λ) нормализовано, вы можете рассчитать коэффициент преобразования лучистого потока в световой η v :

Где В (λ) - стандартное функция яркости (фотопическое зрение), и вы должны интегрировать весь видимый спектр (скажем, от λ мин = От 380 нм до λ макс = 770 нм) или не менее часть, где P (λ) отлична от нуля.

Зная η v , теперь возможно преобразование между лучистый и световой поток со следующим соотношением:

Обратите внимание, что η v выражается в лм / Вт, но не эффективность лампы, это просто мера видимости света для человеческого глаза. Эффективность лампы, выраженная также в лм / Вт, также учитывает потери лампы.

Другими словами, если у вас есть точные спектральные данные и подходящий числовой вычислительное программное обеспечение, вы можете это сделать, но все же вам нужно много мотивации чтобы преодолеть эти два препятствия.И не нужно просто покупать лампочку…


Световая отдача лампы

Световая отдача лампы - это соотношение между производимой световой отдачей. поток и используемая электрическая мощность и выражается в люменах на ватт. (лм / Вт), чем выше, тем лучше. В основном это зависит от технологии изготовления ламп: у старых ламп накаливания очень низкий КПД, галогенные лампы немного лучше, люминесцентные лампы и светодиоды имеют лучшая эффективность (для белого света) на сегодняшний день (2013 г.).

Обратите внимание, что используемая электрическая мощность отличается от (и всегда выше, чем) мощность излучения обсуждалась ранее. Чтобы вычислить эффективность лампы, нет необходимости вычислять или знать лучистая сила.


Эта старинная лампа накаливания потребляет 75 Вт электроэнергии и обеспечивает (номинальный) световой поток 950 лм. Предположим, что диаграмма направленности направлена ​​во всех направлениях (угол конуса 360 °), с С помощью калькулятора, приведенного выше, вы можете оценить силу света около 76 кд.Вы также можете рассчитать эффективность лампы 13 лм / Вт. (нажмите для увеличения)

Лампы накаливания, независимо от того, галогенные они или нет, лучше подходят для большие силы, потому что чем горячее нить накала генерирует более видимый свет. Таким образом, одна лампочка мощностью 75 Вт и ее 13 лм / Вт эффективнее. чем две лампы мощностью 40 Вт с мощностью всего 10 лм / Вт.

Цветные лампы накаливания имеют очень низкий КПД, потому что большинство свет отфильтровывается цветным стеклом, оставляя только одну часть спектр.С другой стороны, цветные газоразрядные лампы или светодиоды обладают очень высокой эффективностью. потому что излучается только требуемый цвет и не делается никаких компромиссов получить белый свет. По этой причине во многих странах уличные фонари желтые: натриевые лампы. имеют очень хорошую светоотдачу, но излучают уродливый желтый свет.

Для белых ламп, как правило, наиболее эффективны газоразрядные или светодиодные лампы. излучают холодный (голубоватый) свет и плохо передают цвета; это может изменения в будущем.

Наконец, прозрачные лампы имеют лучшую эффективность, чем диффузные, но они иногда тревожно смотреть. Добавление диффузора к прозрачной лампе, конечно, снизит ее эффективность.

В следующей таблице приведены обычные значения световой отдачи обычного белого цвета. домашние лампы:

Тип лампы: Световая отдача:
Эталонные лампы накаливания 8 ... 15 лм / Вт
Галогенные лампы накаливания 15...20 лм / Вт
Лампы люминесцентные компактные 30 ... 60 лм / Вт
Люминесцентные лампы 60 ... 110 лм / Вт
Современные светодиодные лампы 60 ... 100 лм / Вт

Практически для всех типов ламп, кроме светодиодных, световая отдача больше или меньше. менее стабильный уже много лет, и здесь нет больших сюрпризов. Для светодиодов эффективность постоянно повышается: десять лет назад эффективность Светодиодные лампы были сравнимы с галогенными лампами, первые эффективные светодиоды имели очень низкие уровни мощности и были практически бесполезны.Сегодня (в 2013 году) можно купить хорошие светодиодные лампы с превышением КПД. 100 лм / Вт в местном универсальном магазине, и эта цифра продолжает расти.


Заключение

Два основных фотометрических понятия, световой поток и сила света, имеют были кратко описаны и простой примерный калькулятор для преобразования между два доступны на этой странице. Чем отличаются некоторые аспекты преобразования лучистого потока в световой поток. было объяснено, но, к сожалению, нет простого способа конвертировать между их.Наконец, была обсуждена световая отдача лампы. Цель состоит в том, чтобы помочь сравнить лампы или источники света в целом после завершения технические данные отсутствуют.


Библиография и дополнительная литература

[1] Уоррен Дж. Смит. Современная оптическая инженерия - Дизайн оптических систем. 3 rd Edition, McGraw-Hill, 2000 г., Глава 8.
[2] А.Даешлер, Г. Кампоново. Elettrotecnica. Edizioni Casagrande, Беллинцона, 1974 г., capitolo 11.


Измерение светодиодов - LED professional

Введение

Разрабатываются и внедряются различные новые типы светоизлучающих диодов (СИД) для общего освещения и других применений, и возрастает потребность в точных измерениях различных оптических параметров светодиодов.Традиционные стандартные лампы не удовлетворяют требованиям калибровки для измерений светодиодов, поскольку светодиоды существенно отличаются от традиционных ламп с точки зрения физических размеров, уровней потока, спектров и пространственного распределения интенсивности. Температурно-зависимые характеристики и большая вариативность оптических конструкций светодиодов еще больше затрудняют воспроизведение измерений. Для обеспечения высокоточных измерений светодиодов большим спросом пользуются эталонные светодиоды и услуги по калибровке [1]. Национальный институт стандартов и технологий (NIST) недавно разработал и расширил возможности калибровки светодиодов для фотометрических, радиометрических и колориметрических величин и предоставляет различные услуги по калибровке светодиодов.В этой статье обсуждаются измерения силы света, общего светового потока, общего спектрального потока излучения и количества цветов светодиодов, а также средства измерения NIST и услуги по калибровке светодиодов.

Сила света

Сила света (единица измерения: кандела) светодиодов может быть измерена с помощью обычного фотометрического стенда и стандартных фотометров [2] в условиях дальнего поля на достаточно большом расстоянии, чтобы тестовый светодиод можно было рассматривать как точечный источник ( обычно 2 м или больше).Однако обычной практикой в ​​светодиодной индустрии было измерение светодиодов на гораздо более коротких расстояниях, например от 10 до 50 см. Предположительно традиция пришла из тех времен, когда светодиоды были очень тусклыми, а фотометры - не очень чувствительными. Эта практика все еще преобладает, хотя светодиоды намного ярче. Измерение силы света светодиодов на коротких расстояниях проблематично, потому что многие светодиоды имеют эпоксидные линзы, и они не ведут себя как точечный источник, и закон обратных квадратов не выполняется. Эффективный центр излучения светодиода может смещаться от физического центра светодиода.Это вызывает отклонения в измеренной силе света при измерении на разных расстояниях, особенно когда расстояние невелико. Было установлено, что это одна из основных причин различий в измерении силы света.

Для решения этой проблемы Международная комиссия по освещению (CIE) стандартизировала измерительные расстояния (100 мм и 316 мм) для измерений интенсивности светодиода, как первоначально опубликовано в CIE 127 (1997) и в недавней редакции CIE 127: 2007 [3 ]. Эта публикация также стандартизировала апертуру фотометра, сделав ее круглой с площадью 1 см2, расстояние должно измеряться от конца корпуса светодиода, а направление измерения должно совпадать с механической осью светодиода.Эта геометрия CIE показана на рисунке 1.

Сила света, измеренная в этих стандартизованных условиях, называется средней интенсивностью света светодиода CIE, поскольку значение может немного отличаться от реальной силы света светодиода (дальнего поля). Эти два расстояния различаются Условием A и Условием B для 316 мм и 100 мм соответственно. Эту рекомендацию CIE следует использовать для определения интенсивности отдельных светодиодов. Эта рекомендация не применяется к светодиодным кластерам, массивам и светильникам, изготовленным из светодиодов.Тестовые светодиоды сравниваются с откалиброванными стандартными светодиодами или калиброванной стандартной головкой фотометра, при этом при необходимости применяется коррекция спектрального несоответствия.

NIST разработал стандартные фотометры в соответствии с этой рекомендацией CIE и создал службу калибровки для средней силы света светодиодов в условиях A и B. Неопределенность (расширенная неопределенность, k = 2) для этих калибровок обычно составляет от 1% до 3%. в зависимости от тестовых светодиодов. См. Ссылки [4-7] для подробностей.

Общий световой поток

Общий световой поток (единица: люмен), вероятно, является наиболее важной величиной для светодиодов, используемых для освещения. Световая отдача, люмен на ватт, имеет решающее значение для разрабатываемых белых светодиодов. По сравнению с измерениями традиционных ламп накаливания, погрешности измерений светодиодов, как правило, намного больше, в первую очередь из-за узкополосных спектральных распределений и разновидностей диаграмм направленности светодиодов. Общий световой поток светодиодов можно измерить либо с помощью системы интегрирующих сфер, либо с помощью гониофотометра.При использовании интегрирующих сфер в светодиодной индустрии было обычной практикой крепить светодиоды на стене со сферой. Этот метод во многих случаях не подходит, поскольку обратное излучение тестового светодиода исключено, а общий световой поток измеряется неправильно. В новой рекомендации CIE 127: 2007 [3] рекомендуется использовать геометрию интегрирующей сферы, как показано на рисунке 2. В случаях, когда важен только прямой поток, частичный поток светодиода определяется также в новой публикации CIE.

Геометрия (a) на рисунке 2 рекомендуется для всех типов светодиодов, включая светодиоды с узким профилем луча или светодиоды с широким и обратным излучением.Эта геометрия должна использоваться для большинства 5-миллиметровых светодиодов эпоксидного типа, которые имеют обратное излучение. Геометрия (b) приемлема для светодиодов, не имеющих обратного излучения. Например, мощный светодиод с большим теплоотводом и отсутствием обратного излучения можно измерить с помощью геометрии (b), в которой только головка светодиода вставлена ​​в сферу, а большой теплоотвод остается вне сферы. Интегрирующие сферы любой геометрии должны быть откалиброваны стандартным светодиодом общего светового потока, имеющим такое же угловое распределение интенсивности и спектральное распределение, что и тестовые светодиоды, подлежащие измерению, с внесением поправок на спектральное рассогласование по мере необходимости.Для светодиодов обычно используются интегрирующие сферы размером от 20 см до 50 см.

Общий световой поток светодиодов откалиброван в NIST с использованием системы интегрирующих сфер длиной 2,5 м, которая также используется для определения светового потока и калибровки традиционных ламп. Даже при очень большом размере сферы система сфер имеет достаточную чувствительность для измерения светового потока светодиодов. Система сфер диаметром 2,5 м использует метод абсолютной сферы, как показано на рисунке 3. Спектральная пропускная способность сферы NIST была точно определена, и была применена коррекция спектрального рассогласования.Ошибки из-за пространственной неоднородности чувствительности сферы, связанные с различиями в угловом распределении интенсивности светодиода, также были проанализированы для исправления или определения погрешности. Неопределенность (расширенная неопределенность, k = 2) для калибровки светового потока светодиодов в NIST обычно составляет 0,7% для белых светодиодов и от 1% до 3% для одноцветных светодиодов. Подробная информация о сфере NIST 2,5 м [8] и процедурах калибровки светодиода для светового потока доступны в справочных материалах [4,9]. Геометрия (а) рекомендуется для всех типов светодиодов, включая светодиоды с узким профилем луча или светодиоды с широким и обратным излучением.Эта геометрия должна использоваться для большинства 5-миллиметровых светодиодов эпоксидного типа, которые имеют обратное излучение. Геометрия (b) приемлема для светодиодов, не имеющих обратного излучения. Например, мощный светодиод с большим теплоотводом и отсутствием излучения в обратном направлении может быть измерен с помощью геометрии (b), в которой только головка светодиода вставлена ​​в сферу, а большой теплоотвод остается вне сферы. Интегрирующие сферы любой геометрии должны быть откалиброваны стандартным светодиодом общего светового потока, имеющим такое же угловое распределение интенсивности и спектральное распределение, что и тестовые светодиоды, подлежащие измерению, с внесением поправок на спектральное рассогласование по мере необходимости.Для светодиодов обычно используются интегрирующие сферы размером от 20 см до 50 см.

Общий световой поток светодиодов откалиброван в NIST с использованием системы интегрирующих сфер длиной 2,5 м, которая также используется для определения светового потока и калибровки традиционных ламп. Даже при очень большом размере сферы система сфер имеет достаточную чувствительность для измерения светового потока светодиодов. Система сфер диаметром 2,5 м использует метод абсолютной сферы, как показано на рисунке 3. Спектральная пропускная способность сферы NIST была точно определена, и была применена коррекция спектрального рассогласования.Ошибки из-за пространственной неоднородности чувствительности сферы, связанные с различиями в угловом распределении интенсивности светодиода, также были проанализированы для исправления или определения погрешности. Неопределенность (расширенная неопределенность, k = 2) для калибровки светового потока светодиодов в NIST обычно составляет 0,7% для белых светодиодов и от 1% до 3% для одноцветных светодиодов. Подробная информация о сфере NIST 2,5 м [8] и процедурах калибровки светодиода для светового потока доступны в справочных материалах [4,9].

Полный спектральный поток излучения

Интегрирующие сферы, оборудованные спектрорадиометром в качестве детектора сферы, как показано на рисунке 4 (см. Журнал LpR), называемые сфер-спектрорадиометрами, все чаще используются для измерения светодиодов.Это удобный способ одновременного измерения фотометрических величин и величин цвета. Этот тип прибора измеряет общий спектральный поток излучения (единица измерения: Вт / нм), из которого получают общий световой поток, общий поток излучения и цветовые величины (пространственно интегрированные). Еще одно преимущество состоит в том, что общий световой поток может быть измерен теоретически без погрешности спектрального рассогласования. При использовании матричного спектрорадиометра измерение может быть таким же быстрым, как и система сферического фотометра. Такие системы сферических спектрорадиометров необходимо калибровать по эталону полного спектрального потока излучения.

NIST недавно установил шкалу общего спектрального потока излучения для диапазона от 360 до 830 нм, используя систему гонио-спектрорадиометра, как показано на рисунке 5, и предлагает услуги по калибровке [10]. Шкала распространяется путем выпуска калиброванных эталонных ламп полного спектрального лучистого потока (кварцевые галогенные лампы мощностью 75 Вт) и калибровки ламп, представленных потребителями.

См. Рисунок 5 (см. Журнал LpR)

Общий поток излучения

Полный лучистый поток (единица измерения: ватт) - это спектрально и пространственно интегрированный полный лучистый поток источника.Мощность излучения и оптическая сила также часто используются для одного и того же значения для светодиодов. Это количество необходимо для определения светодиодов в УФ- и ИК-диапазонах, а также полезно для одноцветных светодиодов, поскольку значения светового потока резко меняются в зависимости от максимальной длины волны даже в пределах одного и того же цветового диапазона, что затрудняет сравнение значений светового потока. Для светодиодов в видимой области общий лучистый поток может быть преобразован из значения светового потока и относительного спектрального распределения светодиода. Однако неопределенность увеличивается, особенно вблизи крыльев функции V ().NIST предоставляет услуги по калибровке общего лучистого потока светодиодов в диапазоне от 360 до 830 нм с использованием системы абсолютных сфер NIST 2,5 м, настроенной для режима полного спектрального лучистого потока, как показано на рисунке 6. Калибровка основана на спектральной энергетической освещенности NIST. шкала. Спектрорадиометр представляет собой тип ПЗС-матрицы и корректируется на спектральный паразитный свет [11]. Подробнее о калибровке полного лучистого потока см. Ссылку [12].

См. Рисунок 6 (см. Журнал LpR)

Количество цветов

Параметры цвета, такие как координаты цветности, доминирующая длина волны, коррелированная цветовая температура (для белых светодиодов) и индекс цветопередачи (для белых светодиодов), используются для определения цветовых характеристик светодиодов.Даже если используется спектрорадиометр, откалиброванный по национальным стандартам, погрешность измеренного цвета светодиодов часто неизвестна или неожиданно велика, и поэтому пользователям часто требуются эталонные светодиоды, откалиброванные в национальных лабораториях, для проверки точности измерений цвета светодиодов.

См. Рисунок 7 (см. Журнал LpR)

NIST разработал эталонный спектрорадиометр для измерения цвета светодиода (геометрия CIE Condition B), использующий монохроматор с двойной решеткой и оптической системой ввода излучения.Этот спектрорадиометр настроен на треугольную полосу пропускания шириной 2,5 нм (FWHM) и сканирование с интервалами 2,5 нм. Погрешности калибровки светодиодов для любого цвета находятся в пределах 0,001 цветности CIE (u ’, v’). На рисунке 7 показана оптическая конструкция системы спектрорадиометра NIST. Более подробную информацию об эталонном спектрорадиометре можно найти в ссылке [13].

В дополнение к направленной калибровке цвета, пространственно усредненные количества цветов светодиодов, интегрированные по всем углам излучения, доступны из измерения общего спектрального потока излучения, как описано выше.Рекомендуется измерять белые светодиоды для получения пространственно усредненных значений, поскольку цвет имеет тенденцию смещаться с углом обзора. Усредненные по пространству цветовые величины измеряются в NIST с использованием описанной выше установки для полного лучистого потока. Калибровку направленного или усредненного по пространству количества цветов светодиодов можно получить в NIST.

Стратегия на стандартных светодиодах в калибровке NIST услуг

Некоторые службы калибровки NIST выдают откалиброванные артефакты, а другие калибруют артефакты, представленные клиентами.Мы решили не готовить и не выпускать «стандартные светодиоды», потому что существует так много типов светодиодов, и постоянно появляются новые типы светодиодов, и, таким образом, любой стандартный светодиод, который мы могли бы разработать, не удовлетворил бы многих клиентов и быстро устареет. Мы стремимся предоставлять калибровки для любого типа светодиодов, представленных нашими клиентами, которые затем могут использоваться в качестве эталонных стандартных светодиодов того типа, который необходим в лаборатории заказчика.

0 comments on “Как измерить световой поток: Как измерить световой поток? |Светодиодное освещение

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *