Badania nad testowaniem wydajności fotometrycznej, kolorymetrycznej i elektrycznej wielu źródeł światła w oparciu o pomiar strumienia świetlnego — LISUN LPCE-2 (LMS-9000) System jako przykład

Abstrakcyjny:
Pomiar światła jest podstawową metodą oceny parametrów fotometrycznych źródeł światła, która bezpośrednio odzwierciedla moc świetlną i poziom efektywności energetycznej źródeł światła. Biorąc pod uwagę LISUN LPCE-2 (LMS-9000) Szybki kompleksowy system testowania fotometrycznego, kolorymetrycznego i elektrycznego LED CCD (więcej szczegółów można znaleźć na stronie: https://www.lisungroup.cn/products/712.htmll) jako platformę testową, w niniejszym artykule przeprowadzono systematyczne testy parametrów fotometrycznych, kolorymetrycznych i elektrycznych lamp HID (wysokoprężnych lamp sodowych, wysokoprężnych lamp rtęciowych), świetlówek z zimną katodą i lamp LED w kontekście technologii pomiaru lumenów, analizując różnice w wydajności różnych typów źródeł światła pod kątem kluczowych wskaźników, takich jak wartość lumenów, skuteczność świetlna, temperatura barwowa i współczynnik oddawania barw, a także weryfikując znaczenie kompleksowego pomiaru parametrów fotometrycznych, kolorymetrycznych i elektrycznych lamp LED dla ich oceny jakości. Badania pokazują, że LISUN LPCE-2 System (LMS-9000) umożliwia precyzyjny pomiar strumienia świetlnego z wielu źródeł światła oraz zintegrowane wykrywanie parametrów fotometrycznych, kolorymetrycznych i elektrycznych. Zapewnia naukową podstawę do oceny jakości źródeł światła oraz badań i rozwoju produktów oświetleniowych.

1. Wstęp
Parametry źródeł światła bezpośrednio wpływają na efekt świetlny, zużycie energii i żywotność. Jako legalna jednostka miary strumienia świetlnego, lumen sprawia, że ​​pomiar lumenu stanowi kluczowe ogniwo w określaniu parametrów fotometrycznych źródeł światła. Lampy HID (wysokoprężne lampy sodowe i wysokoprężne lampy rtęciowe) są szeroko stosowane w oświetleniu zewnętrznym ze względu na ich wysoki strumień świetlny; świetlówki z zimną katodą są najczęściej stosowane w oświetleniu podświetlającym i dekoracyjnym ze względu na doskonałą moc rozruchową; lampy LED, jako nowa generacja energooszczędnych źródeł światła, stopniowo stały się głównym nurtem rynku oświetleniowego dzięki swojej wysokiej energooszczędności i długiej żywotności. Istnieją znaczne różnice w zasadach świecenia i konstrukcji różnych typów źródeł światła, co prowadzi do odmiennych metod pomiaru lumenu i kryteriów oceny parametrów fotometrycznych, kolorymetrycznych i elektrycznych. W szczególności, jakości lamp LED nie można oceniać na podstawie pojedynczego wskaźnika pomiaru lumenu, ale należy ją kompleksowo oceniać, łącząc parametry fotometryczne, kolorymetryczne i elektryczne.

LISUN LPCE-2 (LMS-9000) System szybkiego, kompleksowego testowania fotometrycznego, kolorymetrycznego i elektrycznego LED CCD wykorzystuje wysoce precyzyjny spektrometr CCD i technologię jednoczęściowej kuli całkującej, co umożliwia synchroniczną detekcję pomiaru lumenów oraz parametrów fotometrycznych, kolorymetrycznych i elektrycznych różnych źródeł światła, takich jak lampy HID, świetlówki z zimną katodą i lampy LED. Dokładność i wydajność testu są zgodne z międzynarodowymi normami, takimi jak CIE i IESNA, a także z odpowiednimi specyfikacjami krajowymi. W oparciu o ten system, w niniejszym artykule przeprowadzono eksperymenty dotyczące pomiaru lumenów oraz testowania parametrów fotometrycznych, kolorymetrycznych i elektrycznych wielu źródeł światła, porównano i przeanalizowano charakterystyki różnych źródeł światła, a także przedstawiono dane eksperymentalne i odniesienia techniczne dotyczące aplikacji do wykrywania i doboru jakości źródeł światła.

2. Pomiar strumienia świetlnego i podstawowe cechy systemu testowego

2.1 Wartość zastosowania pomiaru strumienia świetlnego
Pomiar strumienia świetlnego, poprzez ilościowe określenie energii świetlnej postrzeganej przez ludzkie oko, emitowanej przez źródło światła w jednostce czasu, bezpośrednio odzwierciedla wydajność świetlną źródła światła i stanowi podstawę oceny klasy efektywności energetycznej oraz klasyfikacji jakości źródeł światła. W przypadku lamp HID wartość strumienia świetlnego bezpośrednio określa zasięg i jasność oświetlenia zewnętrznego; stabilność strumienia świetlnego świetlówek z zimną katodą wpływa na równomierność podświetlenia; w przypadku lamp LED pomiar strumienia świetlnego należy połączyć z wskaźnikiem utrzymania strumienia świetlnego, aby kompleksowo ocenić ich długoterminową wydajność świetlną. Jednocześnie połączenie pomiaru strumienia świetlnego z parametrami takimi jak skuteczność świetlna i moc pozwala obliczyć wydajność świetlną źródeł światła, dostarczając danych wspierających badania, rozwój i promocję energooszczędnych źródeł światła.

2.2 Podstawowe cechy LISUN LPCE-2 (LMS-9000) System
LISUN LPCE-2 System LMS-9000 to zintegrowany sprzęt do badań fotometrycznych, kolorymetrycznych i elektrycznych, specjalnie zaprojektowany do wykrywania źródeł światła. LMS-9000C Rdzeniem urządzenia jest precyzyjny, szybki radiometr spektralny, w połączeniu z urządzeniami pomocniczymi, takimi jak jednoczęściowa kula całkująca ze stolikiem, cyfrowy przyrząd do pomiaru parametrów elektrycznych oraz zasilacz AC o zmiennej częstotliwości. Urządzenie umożliwia synchroniczną detekcję pomiaru światła oraz parametrów fotometrycznych, kolorymetrycznych i elektrycznych. Jego podstawowe cechy znajdują odzwierciedlenie w następujących aspektach:
• Precyzyjny pomiar lumenów: Zakres pomiaru strumienia świetlnego obejmuje 0.01–200 000 lm z liniowością fotometryczną ±0.5%, co pozwala na spełnienie wymagań pomiaru lumenów w miniaturowych świetlówkach z zimną katodą i wysokoprężnych lampach sodowych. Wyposażony w pomocniczy układ lampowy i funkcję korekcji współczynnika absorpcji własnej, skutecznie eliminuje błąd pomiaru spowodowany stratą światła w sferze całkującej.
• Zintegrowana detekcja wielu parametrów: Podczas pomiaru strumienia świetlnego urządzenie może synchronicznie wykrywać parametry kolorymetryczne (współrzędne chromatyczności, skorelowaną temperaturę barwową, współczynnik oddawania barw itp.) oraz parametry elektryczne (napięcie, prąd, moc, współczynnik mocy itp.). W szczególności może dodatkowo wykrywać parametry specjalne, takie jak tolerancja barw i współczynnik utrzymania strumienia świetlnego dla lamp LED.
• Szeroka kompatybilność ze źródłami światła: Idealnie nadaje się do lamp HID, takich jak wysokoprężne lampy sodowe i wysokoprężne lampy rtęciowe, lampy fluorescencyjne z zimną katodą i lampy LED o różnych mocach, spełniając międzynarodowe normy testowe, takie jak IES LM-79 oraz LM-80.
• Inteligentna obsługa: Wyposażony w chińskie i angielskie oprogramowanie operacyjne, obsługuje pełną obsługę systemu od Win7 do Win11, a dane testowe można bezpośrednio eksportować jako raporty w formacie PDF/Excel, co znacznie zwiększa wydajność wykrywania.
• Wysoka dokładność detekcji widmowej: Dokładność pomiaru długości fali wynosi ±0.3 nm, a światło rozproszone <0.015% (600 nm), co gwarantuje sprzętową dokładność pomiaru lumenów. Dokładność pomiaru jednoczęściowej kuli całkującej jest znacznie wyższa niż w przypadku tradycyjnej kuli całkującej łączonej.

System może mierzyć strumień świetlny trzema metodami: metodą spektralną, metodą fotometryczną i metodą spektrofotometryczną, spełniając wymagania różnych scenariuszy wykrywania. Jest podstawowym wyposażeniem przedsiębiorstw oświetleniowych i instytucji testujących, służącym do wykrywania jakości źródeł światła.

3. Eksperymenty z pomiarem lumenów oraz badaniami fotometrycznymi, kolorymetrycznymi i elektrycznymi wielu źródeł światła

3.1 Próbki eksperymentalne i warunki testowe
Cztery typy powszechnie dostępnych komercyjnie źródeł światła wybrano jako próbki eksperymentalne, po trzy próbki dla każdego typu, aby zapewnić reprezentatywność wyników testów. Szczegółowe parametry próbek są następujące: wysokoprężna lampa sodowa (70 W, typ oświetlenia zewnętrznego), wysokoprężna lampa rtęciowa (40 W, typ oświetlenia przemysłowego), świetlówka z zimną katodą (20 W, typ oświetlenia podświetlanego) oraz lampa LED (15 W, typ oświetlenia ogólnego).

Warunki badania były ściśle zgodne z normą GB/T 26178-2010 Metody pomiaru strumienia świetlnego i IES LM-79 Standard: temperatura otoczenia w warunkach eksperymentalnych utrzymywana była na poziomie 25 ± 1°C, napięcie zasilania wynosiło 220 V ± 1%. Wszystkie źródła światła były podgrzewane przez 30 minut przed testem, aby osiągnąć ustalony stan roboczy. Pomiar strumienia świetlnego oraz pomiar parametrów fotometrycznych, kolorymetrycznych i elektrycznych powtórzono 3-krotnie dla każdej próbki, a wartość średnią przyjęto jako ostateczny wynik eksperymentu. Wszystkie testy zostały zakończone do LISUN LPCE-2 (systemu LMS-9000).

Spektrofotometr LPCE 2 (LMS 9000) i zintegrowany system testowania sfer

3.2 Wskaźniki i metody testowania
Przyjmując strumień świetlny uzyskany z pomiaru lumenów jako główny wskaźnik fotometryczny, eksperyment ten umożliwił synchroniczne wykrycie kluczowych parametrów fotometrycznych, kolorymetrycznych i elektrycznych różnych źródeł światła. W szczególności dodano wykrywanie tolerancji barw dla lamp LED, aby w pełni spełnić wymagania dotyczące oceny jakości. Szczegółowe wskaźniki testowe przedstawiają się następująco:
• Wskaźniki fotometryczne: Strumień świetlny (wartość lumenów), skuteczność świetlna (lm/W);
• Wskaźniki kolorymetryczne: Skorelowana temperatura barwowa (CCT, K), wskaźnik oddawania barw (Ra);
• Parametry elektryczne: Zmierzona moc (W), współczynnik mocy (PF);
• Wskaźniki ekskluzywne dla lamp LED: Tolerancja kolorów (SDCM).

Pomiar światła odbywa się metodą spektrofotometryczną. LMS-9000C spektrometr LISUN LPCE-2 Do zebrania widmowego rozkładu mocy źródła światła wykorzystano system LMS-9000, a obliczenia strumienia świetlnego zostały wykonane poprzez połączenie wbudowanego w system algorytmu korekcji. Parametry kolorymetryczne mierzono zgodnie z normą CIE 1931, a parametry elektryczne były synchronicznie zbierane przez cyfrowy przyrząd do pomiaru parametrów elektrycznych, który wspierał system, realizując w pełni zautomatyzowaną detekcję bez konieczności ręcznej ingerencji w całym procesie.

3.3 Wyniki eksperymentów i analiza danych
Pomiary strumienia świetlnego oraz pomiary parametrów fotometrycznych, kolorymetrycznych i elektrycznych lamp HID, lamp fluorescencyjnych z zimną katodą i lamp LED zostały wykonane przez LISUN LPCE-2 (LMS-9000). Wyniki eksperymentów przedstawiono w tabeli 1, a wszystkie dane stanowią wartości średnie z 3 powtórzeń testów.
Tabela 1 Pomiary strumienia świetlnego oraz wyniki testów parametrów fotometrycznych, kolorymetrycznych i elektrycznych wielu źródeł światła

Z wyników eksperymentów wynika, że ​​różne rodzaje źródeł światła wykazują istotne różnice w pomiarach lumenów oraz parametrach fotometrycznych, kolorymetrycznych i elektrycznych, przy czym szczegółowa analiza przedstawia się następująco:
• Wartość strumienia świetlnego i skuteczność świetlna: Lampa sodowa wysokoprężna ma najwyższy zmierzony strumień świetlny, sięgający 6250 lm, co jest odpowiednie do oświetlenia dużych powierzchni zewnętrznych, takich jak drogi i place; lampa LED ma optymalną skuteczność świetlną wynoszącą 94.0 lm/W, znacznie wyższą niż lampy rtęciowe wysokoprężne i świetlówki z zimną katodą, co odzwierciedla znaczące zalety w zakresie oszczędzania energii, co jest głównym powodem, dla którego lampy LED stopniowo zastępują tradycyjne źródła światła; lampa rtęciowa wysokoprężna ma najniższą skuteczność świetlną wynoszącą zaledwie 35.5 lm/W, co wiąże się ze słabą efektywnością energetyczną.
• Parametry kolorymetryczne: Lampa sodowa wysokoprężna ma najniższą temperaturę barwową wynoszącą zaledwie 2250 K i najniższy współczynnik oddawania barw wynoszący zaledwie 28. Mimo wysokiego strumienia świetlnego, jej zdolność oddawania barw jest słaba, co sprawia, że ​​nadaje się do oświetlenia zewnętrznego bez wymagań dotyczących oddawania barw; współczynniki oddawania barw lamp LED i świetlówek z zimną katodą przekraczają 80. Spośród nich temperatura barwowa lampy LED wynosi 4000 K, co należy do światła białego neutralnego, biorąc pod uwagę zdolność oddawania barw i komfort widzenia, i nadaje się do ogólnego oświetlenia wewnętrznego; lampa fluorescencyjna z zimną katodą ma stosunkowo wysoką temperaturę barwową, która jest bardziej odpowiednia do scenariuszy oświetlenia podświetlanego.
• Parametry elektryczne: Lampa LED ma najwyższy współczynnik mocy wynoszący 0.92, przy optymalnej efektywności wykorzystania energii elektrycznej; lampa rtęciowa wysokoprężna ma najniższy współczynnik mocy wynoszący zaledwie 0.46, przy oczywistej stracie energii elektrycznej; współczynnik mocy lamp HID jest na ogół niski, co odzwierciedla niedostatki tradycyjnych lamp wyładowczych w zakresie wydajności elektrycznej.
• Parametry specjalne lamp LED: Tolerancja barw lampy LED testowanej w tym eksperymencie wynosi 3 SDCM, co spełnia krajowy standard produktu najwyższej klasy, wskazując na jej dobrą spójność fotometryczną i kolorymetryczną. Jedynie połączenie pomiaru lumenów z parametrami takimi jak tolerancja barw i wskaźnik oddawania barw umożliwia kompleksową ocenę jakości lamp LED, a pojedyncza wartość lumenów nie odzwierciedla ich pełnej wydajności.

Ponadto podczas pomiaru strumienia świetlnego stwierdzono, że błąd powtarzalności LISUN LPCE-2 System (LMS-9000) do pomiaru strumienia świetlnego lamp sodowych wysokoprężnych dużej mocy wynosi <0.3%, a błąd pomiaru dla miniaturowych lamp fluorescencyjnych z zimną katodą wynosi <0.5%. Oba te parametry są znacznie niższe od wymagań norm krajowych, co odzwierciedla wysoką precyzję systemu w pomiarze strumienia świetlnego różnych typów źródeł światła.

4. Znaczenie kompleksowego testowania parametrów fotometrycznych, kolorymetrycznych i elektrycznych w ocenie jakości lamp LED
Jako półprzewodnikowy produkt oświetleniowy, na wydajność świetlną lamp LED wpływa wiele czynników, takich jak układy scalone, procesy pakowania i zasilanie. Jakości lamp LED nie można kompleksowo ocenić wyłącznie na podstawie pomiaru strumienia świetlnego, ale należy ją kompleksowo ocenić, łącząc parametry fotometryczne, kolorymetryczne i elektryczne, co jest również głównym powodem, dla którego… LISUN LPCE-2 System (LMS-9000) został zaprojektowany z myślą o wieloparametrowych funkcjach detekcji lamp LED.

Z punktu widzenia parametrów fotometrycznych, wartość lumenów odzwierciedla początkową moc świetlną lamp LED, natomiast współczynnik utrzymania strumienia świetlnego odzwierciedla ich stabilność świetlną podczas długotrwałego użytkowania. LISUN LPCE-2 System (LMS-9000) może wykonać test szybkości utrzymania strumienia świetlnego lampy LED zgodnie z LM-80 Standard, śledzenie zmian strumienia świetlnego w różnych punktach czasowych i ocena ich żywotności; z punktu widzenia parametrów kolorymetrycznych, temperatura barwowa i wskaźnik oddawania barw określają efekt oświetleniowy lamp LED, a tolerancja barw odzwierciedla ich spójność fotometryczną i kolorymetryczną. Zbyt duża tolerancja barwy może powodować wyraźne różnice w odcieniach między lampami LED z tej samej partii, co wpływa na jakość oświetlenia; z punktu widzenia parametrów elektrycznych, stabilność współczynnika mocy i prądu roboczego bezpośrednio wpływa na zużycie energii elektrycznej i bezpieczeństwo użytkowania lamp LED. Niestabilne zasilanie prowadzi do wahań wartości strumienia świetlnego i skraca żywotność lamp LED.

Lampa LED o mocy 15 W w tym eksperymencie wykazała dobrą początkową moc świetlną w pomiarze lumenów, a jej parametry, takie jak tolerancja barw, wskaźnik oddawania barw i współczynnik mocy, spełniały krajowe standardy jakości produktów, dlatego została kompleksowo oceniona jako lampa LED wysokiej jakości. Jeśli lampa LED spełnia standard wartości lumenów, ale ma tolerancję barw przekraczającą 5 SDCM lub współczynnik mocy niższy niż 0.7, jest uznawana za produkt niekwalifikowany i nie może zostać wprowadzona na rynek. Widać, że kompleksowe badanie parametrów fotometrycznych, kolorymetrycznych i elektrycznych jest niezbędnym narzędziem oceny jakości lamp LED, a LISUN LPCE-2 System (LMS-9000) umożliwia zintegrowane i wysoce precyzyjne przeprowadzanie takich testów, zapewniając efektywny sposób kontroli jakości lamp LED.

5. Wnioski i perspektywy
Na podstawie LISUN LPCE-2 W niniejszym artykule, w oparciu o system LMS-9000, przeprowadzono testy fotometryczne, kolorymetryczne i elektryczne lamp HID, świetlówek z zimną katodą oraz lamp LED w oparciu o technologię pomiaru lumenów. Wyniki eksperymentów pokazują, że różne typy źródeł światła znacząco różnią się pod względem wartości lumenów, skuteczności świetlnej oraz parametrów fotometrycznych, kolorymetrycznych i elektrycznych. Wysokoprężne lampy sodowe nadają się do oświetlenia zewnętrznego dużej mocy, a lampy LED stały się źródłem światła o najlepszych parametrach dzięki wysokiej skuteczności świetlnej, doskonałym parametrom fotometrycznym i kolorymetrycznym oraz wysokiej efektywności wykorzystania energii elektrycznej. LISUN LPCE-2 System (LMS-9000) pokazuje zalety wysokiej precyzji i wysokiej powtarzalności w pomiar światła wielu źródeł światła i umożliwia zintegrowaną detekcję parametrów fotometrycznych, kolorymetrycznych i elektrycznych, spełniając tym samym wymagania dotyczące jakości detekcji różnych źródeł światła. W szczególności, ekskluzywna detekcja parametrów lamp LED stanowi naukowe i wydajne rozwiązanie do kompleksowej oceny ich jakości.

Wraz z ciągłym rozwojem technologii oświetleniowej, miniaturyzacja, intelektualizacja i energooszczędność źródeł światła stały się trendem rozwojowym, a technologia pomiaru lumenów będzie się rozwijać w kierunku dokładniejszym i szybszym. W przyszłości LISUN LPCE-2 System LMS-9000 może dodatkowo łączyć technologię Internetu Rzeczy (IoT) w celu zdalnego wykrywania i udostępniania danych dotyczących pomiaru strumienia świetlnego źródła światła oraz parametrów fotometrycznych, kolorymetrycznych i elektrycznych. Jednocześnie możliwe jest dalsze rozwijanie specjalnych funkcji wykrywania dla nowych źródeł światła, takich jak lampy LED wspomagające wzrost roślin i lampy LED do pojazdów, co zapewnia bardziej kompleksowe wsparcie techniczne dla wysokiej jakości rozwoju branży oświetleniowej. Jako kluczowy sposób wykrywania źródeł światła, pomiar strumienia świetlnego będzie ściśle zintegrowany z kompleksową technologią testowania fotometrycznego, kolorymetrycznego i elektrycznego, co będzie nadal wspierać kontrolę jakości oraz innowacje badawczo-rozwojowe w zakresie produktów oświetleniowych.