LED路燈相對(duì)光衰的現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)方法

王巧彬，何明佳，李茂文，李康業(yè)

(廣東省現(xiàn)代控制與光機(jī)電技術(shù)公共實(shí)驗(yàn)室,廣州市光機(jī)電技術(shù)研究院，廣東 廣州　510663)

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LED路燈相對(duì)光衰的現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)方法

王巧彬，何明佳，李茂文，李康業(yè)

(廣東省現(xiàn)代控制與光機(jī)電技術(shù)公共實(shí)驗(yàn)室,廣州市光機(jī)電技術(shù)研究院，廣東 廣州510663)

摘要：采用相對(duì)光衰的測(cè)試原理，研究一種LED路燈現(xiàn)場(chǎng)光衰檢測(cè)方法，實(shí)現(xiàn)LED路燈在實(shí)際應(yīng)用環(huán)境中光衰變化情況的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。本檢測(cè)方法可擴(kuò)展至其它LED照明燈具。

關(guān)鍵詞：LED路燈；相對(duì)光衰；現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)；檢測(cè)方法

引言

LED光源具有耗電量小、壽命長(zhǎng)、智能控制、綠色環(huán)保、顏色可調(diào)、易維護(hù)等優(yōu)點(diǎn)[1-2]，被認(rèn)為是21世紀(jì)最有競(jìng)爭(zhēng)力的新型綠色照明光源。推廣應(yīng)用LED照明已成為解決節(jié)能減排的有效途徑之一。2009年以來(lái)，全國(guó)各地通過(guò)應(yīng)用示范推動(dòng)LED產(chǎn)業(yè)發(fā)展，特別是LED路燈的應(yīng)用推廣進(jìn)展很快。

對(duì)于一個(gè)新興的產(chǎn)品[3]，大功率LED是半導(dǎo)體照明的關(guān)鍵器件[4]，大功率LED在可靠性方面還有不足之處[5]。散熱不暢，會(huì)對(duì) LED 的半導(dǎo)體器件造成不可逆的損傷，導(dǎo)致其光譜紅移，使用壽命縮短[6]和光衰問(wèn)題[7]。由于LED路燈技術(shù)特點(diǎn)及其工作環(huán)境的復(fù)雜性，單一的實(shí)驗(yàn)室檢測(cè)手段很難滿(mǎn)足LED路燈本身嚴(yán)格的測(cè)試要求。而LED路燈的壽命測(cè)試尤為重要，但其現(xiàn)場(chǎng)光衰檢測(cè)技術(shù)及檢測(cè)設(shè)備目前還處于空白狀態(tài)。目前，LED路燈的光衰測(cè)試，一般采用拆燈拿回實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行測(cè)量的方式，但測(cè)試流程繁瑣，實(shí)操性差不易實(shí)現(xiàn)。LED路燈現(xiàn)場(chǎng)光衰測(cè)試方面缺乏明確的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)、檢測(cè)儀器、及有效監(jiān)控手段，這導(dǎo)致目前市場(chǎng)上的LED路燈產(chǎn)品質(zhì)量參差不齊，LED路燈光衰問(wèn)題嚴(yán)重影響部分節(jié)能改造工程的應(yīng)用示范效果。

因此，本文對(duì)LED路燈光衰的現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)方法進(jìn)行深入研究?；谙鄬?duì)光衰的原理，研究得到一種符合LED路燈乃至其它LED照明燈具的現(xiàn)場(chǎng)光衰測(cè)試方法，并開(kāi)發(fā)相應(yīng)測(cè)試裝置，解決目前實(shí)驗(yàn)室燈具光衰壽命檢測(cè)普遍存在與實(shí)際應(yīng)用環(huán)境差別大、測(cè)試時(shí)間過(guò)長(zhǎng)、流程復(fù)雜、成本高及不易于監(jiān)測(cè)光衰導(dǎo)致失效的時(shí)間點(diǎn)等難題，對(duì)于整體提升LED照明產(chǎn)品質(zhì)量和促進(jìn)LED產(chǎn)業(yè)健康發(fā)展具有非常重要的意義。

1實(shí)驗(yàn)室光衰檢測(cè)方法

目前，在LED路燈的光衰壽命檢測(cè)主要是在理想實(shí)驗(yàn)室環(huán)境中進(jìn)行。依據(jù)LB/T 001—2009《整體式LED路燈的測(cè)量方法》、CJ/T 420—2013《LED路燈》、GB/T 24907—2010《道路照明用LED燈 性能要求》、GB/T 24824—2009《普通照明用LED模塊測(cè)試方法》等標(biāo)準(zhǔn)，在標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定條件下，老煉LED路燈，直到老煉時(shí)間t至少達(dá)到6000小時(shí)，至少每隔1000小時(shí)測(cè)量LED路燈的總光通量Φi，按照公式(1)計(jì)算，與初始光通量Φ0比較得到其光通維持率ΔΦ即光衰。同時(shí)部分標(biāo)準(zhǔn)為了測(cè)試簡(jiǎn)便，推薦一種相對(duì)光通維持率(相對(duì)光衰)的測(cè)試方法，即是在規(guī)定距離的燈下點(diǎn)的光照度E替代光通量Φ，按照公式(2)來(lái)計(jì)算光通維持率，測(cè)試示意圖如圖1所示。

圖1　相對(duì)光通維持率(光衰)測(cè)試示意圖Fig.1　Relative lumen maintenance (light attenuation)

(1)

(2)

公式(1)、(2)中，Φ初始和Φi分別代表老煉初始時(shí)間t初始和某時(shí)間點(diǎn)ti的光通量，E初始和Ei分別代表老煉初始時(shí)間t初始和某時(shí)間點(diǎn)ti的相對(duì)照度。

2現(xiàn)場(chǎng)光衰檢測(cè)方法

本文參考實(shí)驗(yàn)室推薦的相對(duì)光通維持率(光衰)的簡(jiǎn)便測(cè)試方法，利用LED路燈在照射范圍內(nèi)某固定點(diǎn)的光照度與整燈光通量基本成線(xiàn)性變化關(guān)系的原理，研究一種LED路燈相對(duì)光衰的現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)方法。如圖2所示，通過(guò)測(cè)試照射范圍內(nèi)燈桿某測(cè)試點(diǎn)的光照度E來(lái)代表相對(duì)光通量Φ，從而計(jì)算LED路燈的相對(duì)光衰變化趨勢(shì)。

圖2　LED路燈現(xiàn)場(chǎng)相對(duì)光衰測(cè)試示意圖Fig.2　LED street lamp onsite relative light attenuation testing

開(kāi)發(fā)符合要求的光照度測(cè)試裝置是LED路燈現(xiàn)場(chǎng)相對(duì)光衰測(cè)試方法的最關(guān)鍵研究?jī)?nèi)容，通過(guò)充分考慮LED路燈道路照明現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用環(huán)境的復(fù)雜性和嚴(yán)酷氣候條件，針對(duì)性開(kāi)發(fā)間隙性光照度測(cè)試裝置，如圖3所示，解決了在現(xiàn)場(chǎng)自動(dòng)檢測(cè)某測(cè)試點(diǎn)照度以其來(lái)計(jì)算LED路燈的相對(duì)光衰的技術(shù)難題。

圖3　間隙性光照度測(cè)試裝置機(jī)械結(jié)構(gòu)圖Fig.3　The mechanical structure drawing of testing equipment of intermittent illumination

在測(cè)試前利用雙向轉(zhuǎn)角電機(jī)實(shí)現(xiàn)照度探頭自動(dòng)彈出，探頭穩(wěn)定30秒后開(kāi)始測(cè)試，再過(guò)30秒完成本次照度測(cè)試并由雙向轉(zhuǎn)角電機(jī)收回照度探頭，利用彈出和收回機(jī)制不但保護(hù)了照度探頭，還有效避免照度探頭長(zhǎng)時(shí)間暴露于光照下而延長(zhǎng)探頭的壽命；為了解決光電探頭較長(zhǎng)時(shí)間使用過(guò)程中存在漂移的問(wèn)題，本測(cè)試裝置專(zhuān)門(mén)添加標(biāo)準(zhǔn)光源和兩個(gè)遮光光欄實(shí)現(xiàn)照度探頭的自校功能；同時(shí)該裝置內(nèi)置于防護(hù)外殼，以達(dá)到保護(hù)核心部件避免雨淋或其它可能破壞裝置的氣候因素，整體提升測(cè)試裝置的可靠性。

光照度檢測(cè)裝置還包括基于C51單片機(jī)開(kāi)發(fā)的控制電路，該控制電路與照度探頭、雙向轉(zhuǎn)角電機(jī)及標(biāo)準(zhǔn)光源對(duì)應(yīng)連接，控制電路可控制雙向轉(zhuǎn)角電機(jī)、標(biāo)準(zhǔn)光源通斷以及照度探頭采集照度值并臨時(shí)存儲(chǔ)，再通過(guò)GPRS或ZigBee無(wú)線(xiàn)通信方式將所測(cè)得的光照度值遠(yuǎn)程傳輸至上位機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)存儲(chǔ)及跟蹤分析。

3現(xiàn)場(chǎng)光衰測(cè)試結(jié)果分析

利用本單位自有道路建設(shè)了一條長(zhǎng)120米，可安裝12盞LED路燈的現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試道，并在LED路燈測(cè)試道分別安裝了電參數(shù)測(cè)試模塊和間隙性光照度測(cè)試裝置，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)LED路燈在半年來(lái)的工作電壓、有功功率和相對(duì)光衰等參數(shù)變化情況，例如某LED路燈在近3個(gè)月的監(jiān)測(cè)結(jié)果分別如圖3～圖5所示。

圖3　工作電壓變化曲線(xiàn)Fig.3　The curve of working voltage change

圖4　有功功率變化曲線(xiàn)Fig.4　The curve of active power change

圖5　相對(duì)照度(光衰)變化曲線(xiàn)Fig.5　The curve of relative illumination change

圖5反映出該LED路燈在近3個(gè)月的運(yùn)行中出現(xiàn)一定程度的光衰，最大光衰約6%，同時(shí)通過(guò)線(xiàn)性回歸計(jì)算得到的趨勢(shì)變化直線(xiàn)反映該LED路燈的光通維持率基本上一直處于下降通道。

電參數(shù)和光衰變化曲線(xiàn)通過(guò)歸一后得到的變化曲線(xiàn)如圖6所示，分別對(duì)有功功率和相對(duì)照度進(jìn)行線(xiàn)性回歸計(jì)算得到的趨勢(shì)變化直線(xiàn)反映兩者同時(shí)處于下降通道，但對(duì)引起LED路燈光衰的因素是多方面的，還需要進(jìn)行大量的相對(duì)光衰現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試，若要得到引起光衰的相關(guān)因素或找出這些參數(shù)的相關(guān)性，還需要結(jié)合其它因素的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)據(jù)挖掘分析才能確定引起LED路燈光衰具體是哪些主要因素。

圖6　歸一化后的變化曲線(xiàn)Fig.6　The change curve after the normalization

從測(cè)試結(jié)果得出間隙性光照度測(cè)試裝置確實(shí)實(shí)現(xiàn)了對(duì)LED路燈現(xiàn)場(chǎng)光衰連續(xù)有效監(jiān)測(cè)，基于間隙性光照度測(cè)試裝置的LED路燈相對(duì)光衰測(cè)試方法是可行的。

4結(jié)論

本文提出的基于間隙性光照度測(cè)試裝置的LED路燈相對(duì)光衰測(cè)試方法，既彌補(bǔ)了LED路燈的現(xiàn)場(chǎng)光衰測(cè)試技術(shù)空白，通過(guò)自動(dòng)化克服了LED燈具具有壽命長(zhǎng)、緩慢光衰變化的特點(diǎn)，也解決了傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)室光衰方法普遍存在與實(shí)際應(yīng)用環(huán)境差別大、測(cè)試時(shí)間過(guò)長(zhǎng)、流程復(fù)雜、成本高及不易于監(jiān)測(cè)光衰導(dǎo)致失效的關(guān)鍵時(shí)間點(diǎn)等問(wèn)題。同時(shí)本測(cè)試方法還可同理擴(kuò)展至其它LED燈具的現(xiàn)場(chǎng)光衰測(cè)試，為目前各級(jí)政府正在大力推動(dòng)的半導(dǎo)體照明示范工程建設(shè)提供有效監(jiān)控手段，保障照明產(chǎn)品質(zhì)量和工程質(zhì)控，具有較好的研究和推廣價(jià)值。

然而，對(duì)于LED燈具現(xiàn)場(chǎng)相對(duì)光衰測(cè)試及測(cè)試裝置開(kāi)發(fā)的后續(xù)研究工作，重點(diǎn)在通過(guò)實(shí)驗(yàn)室光衰與現(xiàn)場(chǎng)相對(duì)光衰的比對(duì)測(cè)試測(cè)試結(jié)果進(jìn)行驗(yàn)證，進(jìn)一步提高測(cè)試結(jié)果的準(zhǔn)確性，同時(shí)在安裝方便性、高復(fù)現(xiàn)性等開(kāi)展后續(xù)的深入研究，并通過(guò)多種途徑進(jìn)行有效應(yīng)用推廣。

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Locale Test Method on Relatively Light Decay of LED Street Lamp

Wang Qiaobin, He Mingjia, Li Maowen, Li Kangye

(GuangdongPublicLaboratoryofModernControl&Optical,MechanicsandElectricityTechnology，GuangzhouRresearchInstituteofO-M-ETechnology，Guangzhou510663,China)

Abstract：This paper uses the principle of relative degradation to research a measurement method of the locale attenuation of LED street lamp, to realize real-time monitoring of LED street lamp light attenuation in the practical environment. At the same time this measurement method can also be extended to testing other LED lighting lamps.

Key words:LED street lamp; relatively light attenuation; onsite measurement; measurement method

中圖分類(lèi)號(hào)：TP73；TN2；TN3

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

DOI:10.3969j.issn.1004-440X.2015.03.027

基金項(xiàng)目：國(guó)家863項(xiàng)目《城市快速路智能化半導(dǎo)體照明關(guān)鍵技術(shù)研發(fā)及示范》(編號(hào)：2013AA03A106)，廣東省重大專(zhuān)項(xiàng)《廣州市廣東省綠色照明示范城市》(編號(hào)：2010A080802010)，廣州市產(chǎn)學(xué)研合作專(zhuān)項(xiàng)《基于芯片級(jí)LED光源技術(shù)的光組件產(chǎn)品開(kāi)發(fā)及應(yīng)用》(編號(hào)：2014Y2-00011)