Forskning i lyspræstationsmålemetoder og anvendelsesscenarier afLED lyskilder

Abstrakt

Som en solid-halvleder kold lyskilde er LED (Light-Emitting Diode) blevet mainstream inden for belysningsområdet på grund af dets fordele med energibesparelse, miljøbeskyttelse og lange levetid. Lysydelsen af ​​LED-lyskilder, herunder lyseffektivitet, lysstrøm, strålevinkel, farvetemperatur og farvegengivelsesindeks, påvirker direkte brugeroplevelsen. Denne undersøgelse måler de vigtigste lyspræstationsparametre for forskellige almindeligt anvendteLED lyskilder og sammenligner måleresultaterne. Baseret på analysen af ​​forskellige anvendelsesscenarier anbefales passende LED-lyskilder til at give referencer til praktiske anvendelser. Forskningen viser, at punktlyskilder, projektører, vægvaskere og gadebelysning hver især har særskilte ydelseskarakteristika, som bestemmer deres egnethed til forskellige belysningsmiljøer såsom indendørs belysning, industriel belysning, mødestedsbelysning, landskabsbelysning og vejbelysning. Med den fortsatte teknologiske udvikling vil LED-belysning spille en mere væsentlig rolle i smarte hjem og sund belysning.

1. Introduktion

Udviklingen af ​​belysningsteknologi har gennemgået en dybtgående udvikling, der er gået fra glødelamper, fluorescerende lamper og metalhalogenlamper til den kraftige udvikling af LED-teknologi. LED-lyskilder er dukket op som et højdepunkt i belysningsindustrien takket være deres enestående energieffektivitet, pålidelighed, lange levetid og miljøvenlighed. De anvendes i vid udstrækning i indikatorer, signallys, displays, indendørs belysning, vejbelysning, spillestedsbelysning og landskabsbelysning. I modsætning til traditionelle lyskilder bruger LED-lyskilder solide halvlederchips som selvlysende materialer. Når bærere rekombinerer i halvlederen, frigives overskydende energi i form af fotoner, der direkte udsender rødt, gult, blåt og grønt lys. Ved at anvende de tre-primære farveprincipper og tilføje fosfor kan LED-lyskilder producere lys af enhver farve.

Udførelsen afLED lyskilder er afgørende for deres anvendelseseffekter. Vigtige lysydeparametre omfatter lysstrøm, lyseffektivitet, lysintensitetsfordeling, farvegengivelsesindeks og farvetemperatur. Nøjagtig måling af disse parametre er grundlaget for evaluering af LED-kvalitet og valg af egnede produkter til specifikke scenarier. I øjeblikket er de vigtigste målemetoder for LED-lysydelse den integrerende kuglemetode og goniofotometermetoden. Den integrerende kuglemetode er strengt begrænset til små-LED-punktlyskilder på grund af krav til typen og størrelsen af ​​den målte lyskilde, mens goniofotometermetoden er mere udbredt til andre typer og størrelser af LED-lyskilder. Tidligere undersøgelser har undersøgt målemetoder, fordelene ved nærfeltsmåling i optisk design og vigtigheden af ​​lysintensitetsfordelingskurver. Der mangler dog en-dybdegående analyse af ydeevneforskellene mellem forskellige LED-lyskilder og deres praktiske anvendelsesimplikationer. Denne forskning har til formål at udfylde dette hul ved systematisk at måle og sammenligne forskellige LED-typer og matche dem med passende applikationsscenarier.

2. Metoder til måling af lysydelseLED lyskilder

2.1 Metode til måling af lysstrøm

Lysstrøm refererer til mængden af ​​lys, der udsendes af en lyskilde pr. tidsenhed, normalt udtrykt i lumen (lm). Det er en indikator for det samlede lysoutput fra en lyskilde, svarende til optisk effekt. En højere lysstrøm betyder, at lyskilden udsender mere lys, hvilket direkte påvirker det menneskelige øjes opfattelse af lysstyrke og fungerer som en nøgleparameter til evaluering af den samlede lysstyrke. I praktiske applikationer er lysstrøm en kritisk faktor ved valg af LED: høj-lysstrøm-kilder er velegnede til at give stærk belysning, mens kilder med lav-lysstrøm- er ideelle til lokale eller lave-belysningsområder.

I henhold til målemetoden specificeret i GB/T 24824-2009 "Testmetoder for LED-moduler til generel belysning" udføres lysstrømsmålingen i et optisk mørkerum. De testedeLED lyskilde eller armatur er installeret i rotationscentret af et goniofotometer og tændt for at fungere under specificerede forhold. En roterende arm driver lyskilden eller armaturet til at rotere omkring dens lodrette akse og danner en virtuel sfærisk overflade. Goniofotometrets fotometriske detektor måler belysningsstyrken på forskellige punkter på denne virtuelle kugle, hvilket sikrer tilstrækkelig sampling på flere lys-emitterende planer med små vinkelintervaller. Afstanden mellem den fotometriske detektor og det lysende centrum af det testede objekt tjener som radius af den virtuelle kugle. Typisk er vinkelintervallet mellem planer 5 grader, og intervallet inden for hvert plan er 1 grad. For lyskilder eller armaturer med store størrelser eller smalle strålevinkler anvendes mindre intervaller for at sikre integriteten af ​​prøveudtagningen af ​​belysningsstyrkefordelingen.

Da den målte belysningsstyrke er proportional med lysintensiteten af ​​kilden i den retning, integrerer goniofotometeret automatisk belysningsstyrken over hvert lille overfladeelement på kuglen for at beregne lysstrømmen. Den samlede lysstrøm beregnes ved hjælp af den numeriske integrationsmetode som vist i formel (1):

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

Hvor Φtot er den totale lysstrøm (lm), er r radius af den virtuelle kugle (m); SM​ er overfladearealet af den virtuelle kugle (m²); og (ε,η) repræsenterer den rumlige vinkel.

2.2 Måling af lysintensitetsfordeling og strålevinkel

Lysintensitetsfordeling beskriver intensiteten af ​​lys, der udsendes af en kilde i forskellige retninger. Ved at detektere lysintensitetsfordelingsdata under specifikke installationsforhold kan ensartetheden af ​​belysningen og det effektive dækningsområde evalueres, hvilket er af stor betydning for forskellige anvendelsesscenarier såsom boligbelysning, kommerciel belysning og industriel belysning. Strålevinklen refererer til divergensvinklen for det lys, der udsendes af kilden, og som direkte påvirker koncentrationen og spredningen af ​​lyseffekten og dermed bestemmer dens anvendelige lejligheder. Disse to parametre er afgørende for markedsanvendelsen afLED lyskilder.

Under måling skal afstanden mellem detektoren og det testede objekt være mindst 5 gange objektets maksimale lysende åbningsareal under hensyntagen til lysområdet, lysintensiteten og strålevinklen for LED-lyskilden eller armaturet. Det testede objekt placeres på en roterende ramme af goniofotometeret, der kan rotere omkring to akser. På det karakteristiske lysende plan af LED'en er en punktluminansmåler eller spektralradiometer placeret i det fjerne felt for at indsamle data for fjern-lysintensitet. Måleintervallet er ikke større end 1/20 af den halve-spidsstrålevinkel. Til målinger med en strålevinkel mindre end 10 grader eller strenge krav til retningsvinkler, bruges lasere eller mere effektive metoder til at installere og justere startpositionen af ​​det testede objekt. Når lyskilden roterer omkring to akser, indsamles data fra hele det omgivende rum for at generere lysintensitetsfordelingskurvedata, baseret på hvilke den halve-spidsstrålevinkel beregnes.

Målemetoden for dobbelt-spejlgoniofotometer, der er specificeret i GB/T 24824-2009, placerer det testede objekt i rotationscentret af det dobbelte spejlgoniofotometer, som kun roterer omkring sin lodrette akse. En roterende reflektor roterer rundt om den testede LED-lyskilde eller armatur og reflekterer lysstrålen målt i en bestemt retning til en anden reflektor i en afstand, som derefter reflekterer den til den optiske detektor. Denne metode holder den testede LED i en stationær driftstilstand, hvilket giver fordele ved høj målestabilitet og lille systemoptagelse.

3. Sammenligning afLysResultater af måling af ydeevne af forskellige LED-lyskilder

Ved hjælp af standardmålemetoderne nævnt ovenfor blev de vigtigste lysydeevneparametre (lyseffektivitet, farvetemperatur, farvegengivelsesindeks og strålevinkel) for forskellige typer LED-lyskilder målt. De specifikke resultater er vist i tabel 1.

Tabel 1: Måleværdier for lysydelse for forskellige LED-lyskilder

For tiden,LED lyskilder justerer deres lysintensitetsfordeling hovedsageligt gennem formen og transmissionsydelsen af ​​det gennemskinnelige dæksel, der omslutter de-lysemitterende dioder. Hver type LED-lyskilde har et unikt lysintensitetsfordelingsmønster. Punktlyskilder udviser med deres lille størrelse et bredt halvt-spidsstråleområde og højt farvegengivelsesindeks, hvilket indikerer deres evne til at give ensartet og naturligt lys. Projektørlamper har høj lyseffektivitet og en smal halv-spids strålevinkel, der viser stærke fokuseringsevner og fremragende belysningsydelse, hvilket gør dem velegnede til lang-belysning og koncentreret belysning. Wall Washers har afbalancerede ydeevneparametre med stærk rumlig lagdeling og tre-lysdimensionalitet, som er ideel til konturbelysning. Gadelys skiller sig ud med høj lyseffektivitet og et bredt strålevinkelområde, hvilket gør dem i stand til at levere skarp og ensartet belysning over store områder.

4. Krav til lysydelse i forskellige applikationsscenarier

LED-belysning har en bred vifte af anvendelsesscenarier, herunder indendørs belysning, industriel belysning, spillestedsbelysning, landskabsbelysning og vejbelysning i dagligdagen og på arbejdet. Forskellige applikationsscenarier har forskellige krav til lysydelse baseret på designmål og brugerbehov, som beskrevet i tabel 2.

Tabel 2 Krav til lysydelse i forskellige applikationsscenarier

Ved at analysere lysydelseskravene for forskellige anvendelsesscenarier og kombinere dem med egenskaberne for forskellige LED-lyskilder, foreslås følgende matchende anbefalinger:

Indendørs belysning: LED punktlyskilder er velegnede til forskellige indendørs steder, der kræver præcis belysningspositionering. Deres høje farvegengivelsesindeks (Ra=86.0) sikrer, at objekter fremstår tro mod deres originale farver, mens den brede strålevinkel (omkring 119 grader) giver omfattende dækning, hvilket gør dem ideelle til hjem, kontorer, kommercielle rum og fabrikker.

Lokalbelysning: LED-projektører og punktlyskilder anbefales til stadioner, scener, udstillingshaller og museer. Projektørlys tilbyder høj lyseffektivitet (135,1 lm/W) og stærk retningsbelysning, som kan opfylde de høje-lysstyrkekrav på store spillesteder. Punktlyskilder er med deres fremragende farvegengivelse velegnede til udstillingshaller og museer, hvor farvenøjagtighed er afgørende.

Landskabsbelysning: LED-vægvaskere er det foretrukne valg til bygningsbelysning, dekoration og skabelse af indendørs atmosfære. Deres lange strimmelform, afbalancerede lysudbytte (96,1 lm/W) og rige farvemuligheder gør det muligt for dem at skitsere arkitektoniske og landskabelige konturer effektivt, hvilket gør dem velegnede til udvendig vægbelysning af enkeltbygninger og historiske bygningskomplekser, såvel som grøn landskabsbelysning og billboardbelysning.

Vejbelysning: LED gadebelysninger specielt designet til urbane arterielle veje, sekundære veje, landlige veje, industriparker, pladser og naturskønne områder. Med den højeste lysudbytte (149,7 lm/W) og et bredt strålevinkelområde (149,4 grader i C0/180 graders plan) giver de ensartet og skarp belysning, hvilket sikrer trafiksikkerhed for køretøjer og fodgængere og opfylder de visuelle behov for folks aktiviteter.

Industriel belysning: En kombination af LED-punktlyskilder og projektører kan bruges til at opnå en balanceret belysning i værksteder og varehuse. Punktlyskilder sikrer ensartet belysning i store områder, mens projektører kan fokusere på arbejdsflader, der kræver højere lysstyrke.

5. Konklusion

Sammenlignet med traditionelle lysteknologier,LED lyskilder giver højere energieffektivitet, længere levetid og bedre miljøpræstation. Deres fleksible temperatur- og farvejusteringsfunktioner gør dem til den optimale løsning til smarte hjemmebelysningsapplikationer. Denne undersøgelse måler og sammenligner systematisk lysydeevneparametrene for forskellige typer LED-lyskilder, herunder punktlyskilder, projektører, vægvaskere og gadelys. Resultaterne viser, at hver type LED-lyskilde har unikke egenskaber i form af lyseffektivitet, farvetemperatur, farvegengivelsesindeks og strålevinkel, som bestemmer deres egnethed til specifikke anvendelsesscenarier.

LED punktlyskilder er med deres høje farvegengivelsesindeks og brede strålevinkel velegnede til indendørs belysning i boliger, kontorer, kommercielle rum og fabrikker.LED projektører, med høj lyseffektivitet og stærk retningsbestemt belysning, er ideelle til belysning af spillesteder såsom stadioner og udstillingshaller. LED-vægvaskere udmærker sig i landskabsbelysning og arkitektonisk dekoration på grund af deres afbalancerede ydeevne og konturegenskaber. LED-gadelys giver pålidelig og effektiv belysning til forskellige vejtyper, hvilket sikrer trafiksikkerheden.

Med den fortsatte udvikling af teknologi og reduktion af omkostningerne, vil LED-belysningsteknologi blive mere populær. I fremtiden vil LED-lyskilder spille en vigtigere rolle i smarte hjem, sund belysning og andre områder, hvilket bringer belysningsmiljøer af høj-kvalitet til flere mennesker. Yderligere forskning kan fokusere på at optimere målemetoder for at forbedre nøjagtigheden og udforske anvendelsen af ​​LED-lyskilder i nye områder såsom sund belysning og smarte byer.

Referencer

[1] Yu, AQ, Ju, JQ, & Chen, DH (2018). Diskussion om fordelene ved LED i funktionel belysning. China Lighting Electrical Appliances, (10), 10-17.[2] Huang, Y. (2017). Nogle problemer i anvendelsen af ​​LED-belysning. Light & Lighting, (01), 56-58.[3] Shen, YQ, Zhu, TF, & Jia, Z. (2016). Analyse og forskning i anvendelsen af ​​goniofotometermetoden i LED-armatur optisk ydeevnetest. Lyskilder og belysning, (04), 8-10.[4] Fan, HZ, Cao, M., & Li, SZ (2012). Anvendelse og forskning af nærfeltsmåling af lyskilder i LED optisk design. Acta Optica Sinica, (12), 1-5.[5] Ai, J. (2015). LED-armaturer og lysfordelingskurver. Technology & Enterprise, (20), 237-238.[6] Cai, Y., Wang, ZH, & Zhu, TF (2016). En ny teknologi til hurtig måling af LED rumlig kromaticitet og fotometrisk distribution. Optical Instruments, (06), 481-487.[7] GB/T 24824-2009. Testmetoder for LED-moduler til generel belysning (S).[8] Yang, WX (2024). Anvendelse af intelligente hjemmesystemer i moderne boligdesign. Standardisering og kvalitet af let industri, (05), 127-130.

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

Shenzhen Benwei Lighting Technology Co., Ltd.

E-mail:bwzm15@benweilighting.com

Web:www.benweilight.com

Whatsapp: 19113306783