積分球和分布光度計(jì)測(cè)量燈具的光通量的差異

周寧科，米萌，楊藝

（1.寧波賽寶信息產(chǎn)業(yè)技術(shù)研究院有限公司，浙江　寧波　315040；

2.中國人民解放軍91630部隊(duì)，廣東　廣州　510315；

3.中國人民解放軍92608部隊(duì)，上?！?00083）

積分球和分布光度計(jì)測(cè)量燈具的光通量的差異

周寧科1，米萌2，楊藝3

（1.寧波賽寶信息產(chǎn)業(yè)技術(shù)研究院有限公司，浙江寧波315040；

2.中國人民解放軍91630部隊(duì)，廣東廣州510315；

3.中國人民解放軍92608部隊(duì)，上海200083）

光通量是評(píng)價(jià)照明產(chǎn)品極其重要的參量，通常測(cè)試燈具的光通量的設(shè)備主要有積分球測(cè)試系統(tǒng)和分布光度計(jì)測(cè)試系統(tǒng)兩種。通過實(shí)例分析，對(duì)利用分布光度計(jì)系統(tǒng)和積分球系統(tǒng)測(cè)試光通量的差異進(jìn)行了比較。結(jié)果表明，兩種測(cè)試系統(tǒng)有其各自的適用對(duì)象，在以后的測(cè)試中可以根據(jù)樣品的實(shí)際情況來選取最優(yōu)的測(cè)試方案。

積分球；分布光度計(jì)；總光通量；光束角

0　引言

光通量是指根據(jù)輻射對(duì)標(biāo)準(zhǔn)光度觀察者的作用所導(dǎo)出的光度量。光通量參數(shù)是描述光源特性的重要參數(shù)，通常測(cè)量光源所發(fā)射的總光通量的設(shè)備有積分球和分布光度計(jì)兩種。本文對(duì)利用分布光度計(jì)系統(tǒng)和積分球系統(tǒng)測(cè)試光通量的差異進(jìn)行了比較，以期對(duì)兩種方法的合理選用提供一定的指導(dǎo)。

1　總光通量的測(cè)試方法簡介

1.1積分球測(cè)試系統(tǒng)

使用積分球測(cè)試燈具光通量有積分法、分光法和積分-分光結(jié)合法3種方法[1]。本次差異對(duì)比選取的是分光法，即在積分球探測(cè)窗口上設(shè)置光譜輻射計(jì)的取樣裝置，利用光譜輻射計(jì)測(cè)得的光譜功率分布來計(jì)算光通量。

積分法測(cè)試總光通量的測(cè)量原則是測(cè)量工具需要通過光通量標(biāo)準(zhǔn)校準(zhǔn)。由于用積分球校準(zhǔn)，所以不必知道球體的光譜的輸出量，被測(cè)燈具產(chǎn)品的光通量是通過與參考標(biāo)準(zhǔn)比較計(jì)算出來的。通常來講，積分法是總光通量的相對(duì)測(cè)試方法，適合用于測(cè)試小型集成燈具和相對(duì)較小的光源的總光通量和色度參數(shù)，具有測(cè)量速度快和無需暗室的優(yōu)點(diǎn)。

一個(gè)用來測(cè)量光通量的最簡單的方法是使用積分球測(cè)試系統(tǒng)。它是一個(gè)實(shí)現(xiàn)視覺上的通量的空間整合的設(shè)備，因此，可以用一個(gè)固定的光譜儀來快速、方便地測(cè)量總通量。該方法的原理是：首先，用總光通量標(biāo)準(zhǔn)燈來對(duì)積分球光度測(cè)量儀進(jìn)行校準(zhǔn)；然后，通過與具有相似空間和相似光譜分布的標(biāo)準(zhǔn)光源的對(duì)照來測(cè)量測(cè)試光源的總光通量。因此，這種方法需要用于對(duì)光通量校準(zhǔn)的標(biāo)準(zhǔn)光源。

在實(shí)際測(cè)量時(shí)，由于需要在積分球內(nèi)裝上待測(cè)燈具，并且為了避免光線直射探測(cè)器，必須設(shè)置遮擋屏，對(duì)光效進(jìn)行吸收和阻擋。遮擋屏和燈具的尺寸越大，引起的誤差也越大，選擇直徑較大的積分球，可以使光源和遮擋屏的尺寸的影響相對(duì)地減小，從而減小吸收誤差和遮擋屏誤差，一般情況下，積分球的直徑應(yīng)至少大于燈具最大尺寸的6～10倍[2]。

利用數(shù)值積分法計(jì)算LED模塊的總光通量的原理如圖1所示，總光通量的計(jì)算公式如下所示。

式 （1）中：Φtot——總光通量；

r——虛擬球面的半徑；

Stot——虛擬球上的表面面積；

（ε，η）——空間角。

圖1　光通量計(jì)算原理示意圖

1.2分布光度計(jì)測(cè)試系統(tǒng)

使用分布光度計(jì)測(cè)試燈具光通量的方法有光強(qiáng)積分法和照度積分法兩種。本次差異對(duì)比選取的是照度積分法。照度積分法使用探測(cè)器旋轉(zhuǎn)式分布光度計(jì)測(cè)試，被測(cè)樣品夾持在探測(cè)器旋轉(zhuǎn)式分布光度計(jì)之上，使樣品處于規(guī)定的燃點(diǎn)狀態(tài)，樣品的發(fā)光中心處于分布光度計(jì)的旋轉(zhuǎn)中心，在足夠多的發(fā)光平面上以足夠多的角度間隔測(cè)量以分布光度計(jì)的探測(cè)器到被測(cè)樣品發(fā)光中心之間的測(cè)量距離為半徑的虛擬球面上的各點(diǎn)的照度。

分布光度計(jì)對(duì)燈具的外形、尺寸和光束角沒有特別的限制。由于照度積分法的測(cè)量精度高，可作為總光通量的基準(zhǔn)測(cè)量方法，因此其已被國際照明協(xié)會(huì)制定的CIE 84-1989《光通量測(cè)量》、CIE 127-2007《LED測(cè)量》、北美照明工程學(xué)會(huì)提出的LM-79-2008《固態(tài)照明產(chǎn)品光電測(cè)量》、國標(biāo)GB/ T 24824-2009《普通照明用LED模塊測(cè)試方法》等采用，作為燈具的總光通量基準(zhǔn)測(cè)量方法[4]。

3　測(cè)量結(jié)果及其分析

為了找出積分球測(cè)試系統(tǒng)與分布光度測(cè)試系統(tǒng)的差異，選取節(jié)能燈、鹵素?zé)簟?個(gè)LED球泡燈、2個(gè)LED射燈、LED投光燈和LED洗墻燈這8個(gè)典型的樣品進(jìn)行檢測(cè)。

本次對(duì)比測(cè)試選取的儀器有HAAS-2000光譜分析儀3 m積分球和GO-R 5000分布光度測(cè)試系統(tǒng)。各個(gè)測(cè)試樣品的配光曲線如圖2所示，所有的樣品在穩(wěn)定后 （15 min內(nèi)光通量或者照度變化在0.5%以內(nèi)）測(cè)試，分布光度計(jì)測(cè)試選取的角度為（5°，1°）[5]。

a節(jié)能燈配光曲線

b鹵素?zé)襞涔馇€

c LED小球泡燈配光曲線

d LED大球泡燈配光曲線

e LED射燈1號(hào)配光曲線

f LED射燈2號(hào)配光曲線

g LED投光燈配光曲線

各個(gè)測(cè)試樣品的光通量的測(cè)試結(jié)果如表1所示。

從表1中可以看出，利用積分球與利用分布光度計(jì)測(cè)試不同類型的樣品所得到的數(shù)據(jù)之間的差異會(huì)有所不同。測(cè)試燈具的外形越接近點(diǎn)光源，那么使用積分球測(cè)試的結(jié)果就越精確。所以，當(dāng)我們需要測(cè)試燈具的光通量時(shí)，對(duì)于球泡燈、小型LED燈具和集成LED燈具等光束角比較大的燈具，我們可以采用積分球配合光譜儀進(jìn)行4 π測(cè)試；對(duì)于體積較大的面板燈、投光燈和路燈等光束角比較小的燈具，最準(zhǔn)確的測(cè)試方式是使用分布式光度計(jì)配合標(biāo)準(zhǔn)暗室進(jìn)行測(cè)試，但是，如果想要使用積分球進(jìn)行測(cè)試，則需要使用帶側(cè)開口的積分球進(jìn)行2 π測(cè)試，或使用輔助燈進(jìn)行協(xié)助測(cè)試，測(cè)試過程繁瑣，且不確定因素比較大。

表1　各個(gè)測(cè)試樣品的光通量的測(cè)試結(jié)果

4　結(jié)束語

綜上所述，積分球和分布式光度計(jì)的測(cè)量原理、環(huán)境和測(cè)試方式都不同，兩者各有其各自的適用對(duì)象，在實(shí)際運(yùn)用中，我們可以根據(jù)不同的標(biāo)準(zhǔn)、不同的要求來選擇合適的方式進(jìn)行測(cè)試。

[1]Measurement of LEDs-second edition：CIE 127-2007 [S].

[2]金偉其，胡威捷.輻射度、光度與色度及其測(cè)量 [M].北京：北京理工大學(xué)出版社，2006.

[3]全國照明電器標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會(huì)·普通照明用LED模塊測(cè)試方法：GB/T 24824-2009[S].北京：中國標(biāo)準(zhǔn)出版社，2010.

[4]俞建峰，錢建明，顧高浪.LED燈具光通量檢測(cè)技術(shù)的分析研究 [J].光學(xué)儀器，2011，33（5）：9-13.

[5]Approved method：photometric measurements solid-state lighting products：IES LM-79-08[S].

The Differences of Measuring the Luminous Flux of Lamps with Integrating Sphere and Distribution Photometer

ZHOU Ning-ke1，MI Meng2，YANG Yi3

（1.Ningbo CEPREI IT Research Institute Co.，Ltd.，Ningbo 315040，China；2.Troops 91630 of PLA，Guangzhou 510315，China；3.Troops 92608 of PLA，Shanghai 200083，China）

Luminous flux is an important parameter to evaluate lighting products.In general，there are two kinds of test equipments to test the luminous flux of lamps，namely integrating sphere test system and distribution photometer test system.Troungh an example，the differences of measuring the luminous flux with integrating sphere system and distribution photometer system are compared.The results show that the two test systems have their own applicable object，so the optimal test scheme should be selected according to the actual situation of samples in the future.

integrating sphere；distribution photometer；total luminous flux；beam angle

TB 96

A

1672-5468（2016）04-0001-04

10.3969/j.issn.1672-5468.2016.04.001

2016-03-28

2016-06-30

周寧科 （1987-），男，浙江寧波人，寧波賽寶信息產(chǎn)業(yè)技術(shù)研究院有限公司工程師，主要從事燈具、家電等電子產(chǎn)品的檢測(cè)工作。