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GL-组建光度实验室时如何选择积分球系统

浏览:86 发表时间:2021-01-06 18:26:39


积分球是测量光源,灯具和照明设备的基本工具之一。传统上,积分球也称为乌布利希球,其名称源自德国工程师Richard Ulbricht的名字。他在准备火车站电气化和照明过程中进行光度测量,以便找到***的照明方法[ 1]。他证明了在放置光源的球壁上测得的照度与光源的总光通量成正比。

 

如今,积分球常用于光度法和辐射度法,能够可靠地比较不同光源,灯具和照明设备的光通量。


 

                                             图1  积分球雕塑

 


应该选择什么尺寸和类型的积分球?

 

IESNA LM 79中包含的CIE S025 / E:2015标准和EN 13032-4:2015中描述的光度学黄金原则规定,球体尺寸必须比灯具尺寸大10倍[2] [ 3]。这不适用于外壳总面积小的线性灯具。另一方面,许多内部测量实验室采用的实践原则可以测量尺寸为球体直径30%的灯具,详情请见以下文章:根据CIE025 在积分球和测角仪上进行LED测量的实用技巧[4]。请记住,引入积分球的每个元素都会干扰测量(并因此限制了多次反射的可能性)和吸收了一部分光通量。通过在球体中放置辅助光源可以补偿此影响,从而确定吸收系数。如果我们将来要建立一个认证实验室,则必须考虑适用标准的建议。对于工厂质量控制,可以采用自己的规程,但是必须考虑球体内所放灯具尺寸引起的误差。

 

在为实验室选择积分球尺寸时,必须考虑球体内待测灯具的***尺寸。对于一般照明目的的灯具,最常选择直径为1.5 m或2.0 m的大型积分球。测量LED模块,组件或小型照明设备(例如疏散照明)的实验室通常购买直径为1m的积分球。在研发部门中,***的是直径为0.2和0.5 m的积分球,这样既可以测量单个COB二极管又可以测量最常用的LED模块。

 

在市场上,有结合光度计的积分球,即典型的光度球,以及使用分光辐射计作为测量装置的球,即分光辐射球。后者的优点是能够测量光通量,包括计算其他数据,例如色温,人本照明或植物照明的任何有效曲线,以及用于特殊应用的其他有效曲线。此外,使用分光辐射计的积分球不会遭受所谓的光谱失配误差,这种误差由简单的光度计测量系统引起,并且取决于匹配V(λ)曲线的应用光学校正滤波器的类别[5]。光度计等级越高,失配误差越小。积分球中使用的分光辐射计可数学计算出V曲线(λ),因此可以更精确地测量具有不同光谱功率分布的发光二极管。



 

      图2. 完整的测量系统的示例,包括直径为50 cm的积分球,珀耳帖模块,

配备分析和报告软件的计算机以及光谱仪,电源和可编程温度控制器(放置在机柜中)。

 

覆盖球体内部并确保信号正确,重复反射的漫射涂层的质量非常重要。1970年代,已有一个有效标准表明应使用反射系数为ƿ80的涂层。经过多年测试和出版,2015年推出的现行CIE标准要求使用反射系数高于ƿ90的涂层。反射系数越高,球体中可能发生的反射次数越多,因此可以获得更多可重复的测量结果。所谓的孔径误差对分布和入射光输出的影响更小。积分球涂覆有各种类型的涂料和硫酸钡混合物(BaSO 4)。质量差的涂层在整个光谱范围内没有适当的反射特性,这可能会导致更大或更小的误差,具体取决于待测光源的类型。另外,随着时间的流逝,劣质涂料会泛黄;这意味着来自蓝色波长范围的信号会逐渐衰减,从而导致严重的测量误差和系统校准问题。众所周知,白光LED使用蓝色二极管,而***设计使用近紫外二极管,因此在球体中进行测量时,这部分辐射的反射对于获得准确的结果非常重要。高质量的涂层对机械损伤很敏感(因此应加以注意),但作为回报,它可以长期保持其优异的光学性能。积分球的制造商应在系统维护培训期间指导客户如何维护积分球。


                    图3. GL Opti Sphere 500积分球和通用灯座。

 

 

现代测量系统完全由计算机控制。带有附加组件的测量系统以及用于补偿电源系统吸收系数的辅助光源都可以通过单个用户界面进行控制。目前,对于LED测量,光度测量自动与色度测量以及功率和温度测量相结合。所有这些因素都会影响结果和可重复性,因此在选择设备时,应注意其他测量功能的细节。一个重要因素是将光学测量系统与可编程和稳定的电源,功率计或电参数分析仪集成在一起的能力。高质量的解决方案可以使测量系统的***配置适应标准要求和实验室需求。


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