如何測量LED光通量和輻射功率？常用方法介紹及測量建議

文章來源:恒光電器

發(fā)布時(shí)間:2017-08-29

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通常，光通量和輻射功率是LED最重要的光學(xué)參數(shù)，但是有時(shí)也會(huì)提到光強(qiáng)空間分布。對(duì)于較小的器件，平均LED的強(qiáng)度仍然很常見�，F(xiàn)實(shí)中，酒店led照明，部分LED光通量只是一個(gè)不斷增加的數(shù)字，但仍未被廣泛測量過。對(duì)于固態(tài)照明源來說，光度學(xué)和比色輻射特性很重要。

測量總輻射功率和光通量的兩種主要方法是使用積分球或側(cè)角光度計(jì)/光譜輻射計(jì)。接下來的兩節(jié)將介紹這兩種測量方法，以及測量時(shí)會(huì)有哪些挑戰(zhàn)。

積分球法和測量幾何尺寸

光通量有時(shí)也被稱為總光通量，以此強(qiáng)調(diào)它是所有方向的總和。 它也被稱為4π通量，因?yàn)橐粋�(gè)完整的球體有4π的立體角。要收集4π立體角的所有光，光源須在球體的中心。圖1a為測量光通量的常規(guī)4π幾何結(jié)構(gòu)。捕獲所有方向發(fā)射的輻射，并測量總光通量。

圖1. 國際照明委員會(huì)為所有光源（a）和不具有后向輻射的光源（b）推薦的球體幾何圖形

對(duì)于可以忽略不計(jì)或沒有輻射的光源，可以以更方便的前向通量或2π幾何空間測量總通量。在圖1b中， led質(zhì)量，光源位于球壁的端口處。只有前半球發(fā)射的光輻射才用于測量。這種前向輻射是大多數(shù)LED產(chǎn)品的典型特征。積分球必須根據(jù)測量幾何、同時(shí)遵循替代原理進(jìn)行絕對(duì)校準(zhǔn)。替代原理指出，口碑，應(yīng)該通過與相似空間和光譜分布的標(biāo)準(zhǔn)源進(jìn)行比較來測量測試光源。

選擇正確的尺寸

檢測樣品應(yīng)始終小于球體的內(nèi)徑，目的是讓樣品本身引起的干擾因素盡可能低。 然而，隨著球體越來越大，探測器上的入射光的強(qiáng)度就會(huì)降低。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，積分球的光通量是球體半徑的平方反比。因此，選擇測試對(duì)象的大小與球體尺寸對(duì)于高精度測量和好流量之間的有效平衡至關(guān)重要（參見圖2）。

圖2. 直徑1m的球體（左）是用于4π和2π幾何結(jié)構(gòu)中測量大多數(shù)LED和模塊的理想選擇。直徑2m的球體（右）適用于大型燈具和固態(tài)照明產(chǎn)品。

對(duì)于給定尺寸的檢測樣品，選擇球體的正確尺寸有一些準(zhǔn)則。使用4π幾何圖形，檢測樣品的總表面應(yīng)小于球體表面的2％。線性燈的長度應(yīng)小于球體直徑的2/3。 使用2π幾何圖形，計(jì)量口的直徑及檢測樣品的最大延伸度不應(yīng)超過球體直徑的1/3。

自吸收產(chǎn)生的誤差及修正方法

檢測對(duì)象本身就會(huì)吸收積分球中的光輻射。這種干擾形式，被稱為自吸收，可導(dǎo)致光輻射明顯衰減并導(dǎo)致測量偏差。檢測樣品越大越暗，衰減就越明顯。圖3就展示了兩個(gè)檢測樣品與所得到的傳輸與波長。自吸收可導(dǎo)致多達(dá)10％的誤差。

圖3.兩臺(tái)待測設(shè)備的自吸收光譜

因此，自吸收修正需要適當(dāng)?shù)妮o助光源，照明產(chǎn)品，才能進(jìn)行精確測量。全光譜的鹵素?zé)粽�符合這個(gè)要求。輔助光源必須位于擋板后面，家用照明，以避免直接照射樣品，并應(yīng)由穩(wěn)定的電源進(jìn)行操作。此光源用于確定被測設(shè)備、樣品架和連接電纜的光譜吸收特性，然后用實(shí)際測量值進(jìn)行抵消。隨著涂層的反射率上升，球體面積與試樣的比例降低，自吸收效果增加。

近場吸收

處于光源附近的任何物體（例如插座）都會(huì)明顯吸收光，并可能導(dǎo)致較大的誤差。 這種所謂的近場吸收不能通過自吸收測量來修正。因此應(yīng)避免這種影響。物體應(yīng)盡可能遠(yuǎn)離燈，避免形成空腔。此外，推薦用高反射率材料覆在物體表面。圖4展示了線性管架的一個(gè)良好解決方案。

圖4. 避免近場吸收效應(yīng)的例子。線性管的支架被放置在盡可能遠(yuǎn)離光源的地方并涂覆有高反射率材料。

燃燒的位置

對(duì)于被動(dòng)冷卻的固態(tài)照明源，測量應(yīng)在制造商定義的燃燒位置進(jìn)行。當(dāng)以4π幾何圖形測量時(shí)，使用可以上下安裝的內(nèi)部燈柱來實(shí)現(xiàn)光源的燃燒位置十分方便。在2π幾何圖形的情況下，可旋轉(zhuǎn)的球體是首選（參見例如圖5）。 整個(gè)球體可以在其安裝架內(nèi)旋轉(zhuǎn)。 因此，測量端口位于側(cè)面、頂部或底部。

圖5.可旋轉(zhuǎn)的1米球體。位置敏感的光源可以在其設(shè)計(jì)的工作位置進(jìn)行測量。

考慮測量誤差

造成測量誤差的因素是多方面的。LED的寬范圍輻射特性在測量光通量時(shí)很容易造成校準(zhǔn)誤差。對(duì)于具有分散排射的部件，恒光電器,照亮您的生活，會(huì)有5％的變化，但是使用窄角LED，可能會(huì)發(fā)生超過10％的偏差。

如上所述，選擇正確的球體尺寸、執(zhí)行自吸收修正、避免近場吸收和在光源的設(shè)計(jì)燃燒位置測量對(duì)于高精度測量是至關(guān)重要的。

造成誤差的很大一部分因素是在光源熱穩(wěn)定之前就開始測量。此外，當(dāng)依據(jù)CIE S 025或EN 13032-4進(jìn)行測試時(shí)，推薦使用25°C的環(huán)境溫度。將一個(gè)會(huì)產(chǎn)生熱量的熱源放入積分球中，環(huán)境溫度（球體中的溫度）會(huì)升高，并且會(huì)與“正常”的運(yùn)行溫度不同。 當(dāng)以4π配置進(jìn)行測量時(shí)，建議將球體的半球打開，以穩(wěn)定熱源。在測量前，照明產(chǎn)品，應(yīng)該小心地合上球體，以避免空氣運(yùn)動(dòng)。這樣，家用照明，正常運(yùn)行中的環(huán)境條件可以最好地滿足。
 
測角光度計(jì)方法

雖然使用測角光度計(jì)來測量光通量或輻射功率比使用積分球更費(fèi)時(shí)，但是卻更精確。測量過程中不需要光通量標(biāo)準(zhǔn)燈作為參考值。如果必須測量不同發(fā)光強(qiáng)度分布的燈，它是首選的方法，LED照明企業(yè)，是校準(zhǔn)光通量標(biāo)準(zhǔn)燈的基準(zhǔn)，為其他測試程序提供參考值。測角光度法的另一個(gè)顯著特征是測量部分光通量和半強(qiáng)度角的能力。當(dāng)測量與能量效率相關(guān)的特性或是否符合Zhaga規(guī)格時(shí)，醫(yī)院led照明，需要確定這些值。