System goniofotometru o wysokiej precyzji: zastosowanie i analiza techniczna w kompleksowym badaniu parametrów optycznych opraw oświetleniowych

Abstrakcja
W dziedzinie projektowania inżynierii oświetleniowej, badań i rozwoju opraw oświetleniowych oraz kontroli jakości, przestrzenne charakterystyki rozkładu optycznego opraw oświetleniowych stanowią podstawę oceny efektów świetlnych, zapewnienia bezpieczeństwa użytkowania i osiągnięcia celów w zakresie oszczędności energii. Tradycyjny sprzęt do badań fotometrycznych ma trudności z pełnym uchwyceniem regularnego rozkładu natężenia światła opraw w przestrzeni trójwymiarowej. Jednak goniofotometr, z jego technicznymi zaletami w postaci „wysoce precyzyjnego skanowania przestrzennego + wieloparametrowych obliczeń synchronicznych”, stał się kluczowym narzędziem do rozwiązania tego problemu. Niniejszy artykuł podejmuje ten temat. LISUN LSG-1890B Wysokoprecyzyjny system goniofotometru (krzywa rozkładu natężenia światła) Jako obiekt badań, systemowo wyjaśnia swoje zasady techniczne i scenariusze zastosowań w testowaniu 15 kluczowych parametrów, takich jak dane dotyczące natężenia światła, regionalny strumień świetlny, sprawność oprawy i wskaźnik olśnienia. W połączeniu z analizą architektury sprzętowej i weryfikacją rzeczywistych danych pomiarowych, podkreśla dokładność i niezawodność tego urządzenia w testowaniu opraw LED, lamp HID i innych źródeł światła, stanowiąc profesjonalne odniesienie dla rozwiązań w zakresie testowania wydajności optycznej w branży oświetleniowej.

1. Wstęp
Wraz z popularyzacją technologii oświetlenia LED i wzrostem zapotrzebowania na oświetlenie specjalistyczne (takie jak oświetlenie drogowe, tunelowe i przemysłowe), parametry optyczne opraw oświetleniowych nie ograniczają się już do pojedynczego strumienia świetlnego lub wskaźnika natężenia oświetlenia, ale obejmują „prawo rozkładu światła w przestrzeni”. Na przykład oprawy drogowe muszą zapewniać, że natężenie światła tworzy równomierną, prostokątną plamę świetlną na powierzchni drogi, a oprawy tunelowe muszą zapobiegać zmęczeniu wzroku spowodowanemu naprzemiennym światłem i ciemnością. Wszystkie te wymagania opierają się na dokładnym badaniu trójwymiarowego rozkładu natężenia światła opraw. Jako urządzenie specjalnie zaprojektowane do pomiaru przestrzennego rozkładu natężenia światła źródeł światła, goniofotometr może generować „krzywą rozkładu natężenia światła”, która odzwierciedla charakterystykę promieniowania świetlnego opraw oświetleniowych poprzez koordynację konstrukcji mechanicznej i detekcji optycznej. Na podstawie tej krzywej może on obliczyć kluczowe parametry, takie jak regionalny strumień świetlny, współczynnik wykorzystania i wskaźnik olśnienia, dostarczając danych wspierających projektowanie systemów oświetleniowych i optymalizację wydajności opraw.

LSG-1890B Wysokoprecyzyjny system goniofotometru opracowany przez LISUN wykorzystuje połączoną konfigurację detektora o stałej temperaturze, japońskiego serwosilnika Mitsubishi i niemieckiego dekodera o dokładności kątowej 0.1°, co pozwala spełnić wymagania norm międzynarodowych, takich jak CIE-70 oraz LM-79-19Nadaje się do testowania dużych opraw oświetleniowych o średnicy do 2000 mm i masie 60 kg. Niniejszy artykuł kompleksowo analizuje wartość techniczną i przydatność tego systemu goniofotometru w zastosowaniach przemysłowych w czterech wymiarach: architektury technicznej urządzeń, podstawowych zasad testowania parametrów, typowych scenariuszy zastosowań oraz weryfikacji wydajności.

2. Architektura techniczna i zasady testowania LISUN LSG-1890B System goniofotometru
2.1 Architektura sprzętu podstawowego
Wysoka precyzja możliwości testowania LISUN LSG-1890B System goniofotometru opiera się na modułowej konstrukcji sprzętowej, obejmującej głównie cztery podstawowe systemy:
Mechaniczny układ przeniesienia napędu: Napędzany japońskim serwomotorem Mitsubishi i wyposażony w niemiecki, precyzyjny dekoder, zapewnia precyzyjną kontrolę kąta obrotu oprawy. Zarówno kąt γ (obrót w płaszczyźnie pionowej), jak i kąt C (obrót w płaszczyźnie poziomej) umożliwiają regulację w zakresie ±180° (lub 0~360°) z dokładnością kątową 0.1°. Zapewnia to równomierność odstępów między krokami i stabilność położenia podczas skanowania przestrzennego, zapobiegając wpływowi błędów mechanicznych na wyniki pomiaru natężenia światła.

System detekcji optycznej: Wyposażony w detektor fotometryczny o stałej temperaturze CIE klasy A (opcjonalnie dostępny jest detektor o wysokiej precyzji klasy L). W zależności od wymagań testowych, system może być wyposażony w detektory z serii UV (UVA: 320–400 nm, UVB: 275–320 nm, UVC: 200–275 nm) lub detektory światła widzialnego (VIS: 380–780 nm). Konstrukcja o stałej temperaturze skutecznie redukuje wpływ wahań temperatury otoczenia na czułość detektora, zapewniając stabilność odczytu podczas długotrwałych testów (np. skanowanie całej przestrzeni dużych opraw oświetleniowych zajmuje 1–2 godziny).

System akwizycji i przetwarzania danych: Oprogramowanie w języku chińskim i angielskim, podłączone do komputera za pomocą interfejsu RS485/USB, obsługuje systemy Windows 7–11. Umożliwia ono zbieranie danych o natężeniu światła w czasie rzeczywistym i automatyczne obliczanie parametrów, takich jak regionalny strumień świetlny i wydajność oprawy. Oprogramowanie posiada wbudowany algorytm kalibracji danych, który koryguje błędy systemu na podstawie wartości kalibracji lampy wzorcowej (takiej jak lampa wzorcowa SLS-150W), zwiększając dokładność testów.

System mocowania i adaptacji: Wyposażony w wielofunkcyjny uchwyt testowy, obsługuje dwuramienne testy B-β (odpowiednie dla opraw symetrycznych) oraz jednoramienne testy C-γ (odpowiednie dla opraw asymetrycznych). Umożliwia mocowanie opraw o maksymalnej średnicy 2000 mm i masie 60 kg, spełniając wymagania testowe dużych opraw, takich jak lampy drogowe, tunelowe i przemysłowe.

2.2 Zasady testowania parametrów rdzeniowych
Istotą systemu goniofotometru jest wygenerowanie krzywej rozkładu natężenia światła poprzez „skanowanie natężenia światła w całej przestrzeni”, a następnie wyprowadzenie 15 podstawowych parametrów na podstawie krzywej rozkładu natężenia światła i odpowiednich standardowych algorytmów. Szczegółowe zasady działania są następujące:
Dane dotyczące natężenia światła i rozkład natężenia światła: Natężenie światła (jednostka: cd) to natężenie światła oprawy w określonym kierunku. LSG-1890B Steruje oprawą oświetleniową, obracając ją o ustalony krok (np. o 1° na krok) w układzie współrzędnych C-γ, a detektor fotometryczny zbiera wartości natężenia światła w różnych kierunkach, punkt po punkcie, tworząc trójwymiarową macierz rozkładu natężenia światła. Następnie generowana jest krzywa rozkładu natężenia światła we współrzędnych biegunowych lub kartezjańskich (np. krzywa rozkładu natężenia światła „skrzydła nietoperza” dla lamp drogowych).

Regionalny strumień świetlny i sprawność oprawy: Regionalny strumień świetlny to całkowity strumień świetlny oprawy w określonym obszarze przestrzennym (jednostka: lm), który oblicza się poprzez całkowanie rozkładu natężenia światła w odpowiednim kącie bryłowym. Sprawność oprawy to stosunek regionalnego strumienia świetlnego do mocy wejściowej oprawy (jednostka: lm/W), odzwierciedlający sprawność oprawy w zakresie przekształcania energii elektrycznej w energię świetlną. LSG-1890B może synchronicznie zbierać dane dotyczące mocy wejściowej oprawy oświetleniowej (za pomocą zewnętrznego miernika mocy) i automatycznie obliczać wartość wydajności.

Współczynnik olśnienia (UGR) i krzywa limitu luminancji: Współczynnik olśnienia oblicza się na podstawie normy CIE 117. Analizując rozkład natężenia światła oprawy w zakresie kąta widzenia obserwatora, ocenia się stopień dyskomfortu oka ludzkiego spowodowanego światłem (im niższa wartość UGR, tym słabszy efekt olśnienia; zazwyczaj oświetlenie wewnętrzne wymaga UGR ≤ 19). Krzywa limitu luminancji to „granica maksymalnego natężenia światła, która nie powoduje olśnienia” zaznaczona na krzywej rozkładu natężenia światła, stanowiąca podstawę do projektowania wysokości i rozstawu opraw oświetleniowych.

Krzywa izooświetlenia i maksymalny dopuszczalny stosunek odstępu do wysokości: Krzywa izooświetlenia to intuicyjny wykres, który przekształca rozkład natężenia oświetlenia na rozkład natężenia oświetlenia w gruncie (np. „równomierne pokrycie nawierzchni drogi liniami izooświetlenia” jest kluczowym wymogiem oświetlenia drogowego). Maksymalny dopuszczalny stosunek odstępu do wysokości (S/H) to stosunek odstępu między oprawami oświetleniowymi (S) do wysokości montażu (H), który jest określany na podstawie stosunku natężenia oświetlenia krawędziowego do natężenia oświetlenia centralnego krzywej izooświetlenia (np. lampy drogowe zazwyczaj wymagają współczynnika S/H ≤ 3.5, aby zapewnić równomierne oświetlenie nawierzchni drogi).

EEI (Wskaźnik efektywności energetycznej): EEI to międzynarodowy wskaźnik pomiaru efektywności energetycznej opraw oświetleniowych, obliczany na podstawie strumienia świetlnego, mocy wejściowej i rozkładu natężenia światła oprawy, zgodnie z wymogami normy (UE) 2019/2015. LSG-1890B może bezpośrednio wyprowadzić wartość EEI, która służy do określenia, czy oprawa oświetleniowa spełnia wymogi UE dotyczące efektywności energetycznej.

3. Podstawowe możliwości testowania parametrów i scenariusze zastosowań LISUN LSG-1890B System goniofotometru
3.1 Kompleksowy zakres testowania parametrów i wybór detektora
LISUN LSG-1890B System goniofotometru umożliwia synchroniczne testowanie 15 podstawowych parametrów i obsługuje wybór różnych typów detektorów, aby dostosować się do potrzeb testowania źródeł światła widzialnego i UV. Poniższa tabela przedstawia zakres testowania parametrów i schemat doboru detektorów tego urządzenia:

Kategoria testowania	Podstawowe parametry	Zasada testowania	Opcjonalne detektory i możliwe scenariusze
Podstawowe parametry fotometryczne	Dane dotyczące natężenia światła, rozkład natężenia światła, regionalny strumień świetlny, wydajność oprawy oświetleniowej	Skanowanie natężenia światła + obliczenia całki	Standardowy detektor klasy A CIE (nadający się do opraw oświetleniowych emitujących światło widzialne, takich jak diody LED, lampy HID i świetlówki)
Parametry komfortu wizualnego	Rozkład luminancji (opcjonalnie), wskaźnik olśnienia (UGR), krzywa graniczna luminancji	Rozkład natężenia światła + algorytm CIE 117	Opcjonalny detektor klasy L o wysokiej precyzji (nadający się do oświetlenia wewnętrznego i opraw oświetlenia komercyjnego)
Parametry projektowania oświetlenia	Krzywa izoluminancji, maksymalny dopuszczalny stosunek odstępu do wysokości, krzywa oprawy oświetleniowej w stosunku do powierzchni oświetlenia, krzywa izoluminancji	Rozkład natężenia światła → konwersja natężenia oświetlenia	Detektor standardowy (nadaje się do opraw zewnętrznych, takich jak lampy drogowe i tunelowe)
Parametry oceny wydajności	Efektywny kąt świecenia, EEI (wskaźnik efektywności energetycznej)	Wyznaczanie granicy rozkładu natężenia światła + algorytm efektywności energetycznej	Detektor standardowy (odpowiedni do wszystkich opraw wymagających certyfikatu efektywności energetycznej)
Specjalne parametry UV	Rozkład natężenia światła UV, regionalny strumień promieniowania UV	Skanowanie natężenia światła w paśmie UV	Opcjonalnie PHOTO-UVA-ADetektor /B/C (odpowiedni do lamp dezynfekujących UV i lamp utwardzających UV)

3.2 Analiza typowych scenariuszy zastosowań
Badania i rozwój oraz testy certyfikacyjne opraw oświetleniowych LED do oświetlenia drogowego
Oprawy drogowe muszą spełniać wymagania „równomiernego rozkładu natężenia światła, niskiego olśnienia i wysokiej efektywności energetycznej”. Poniższe testy można przeprowadzić, stosując LSG-1890B System goniofotometru:
Badanie rozkładu natężenia światła: Generowanie krzywej rozkładu natężenia światła „w kształcie skrzydła nietoperza” dla lamp drogowych w celu zapewnienia równomiernego rozkładu natężenia światła w kierunku poziomym drogi (kąt C 0°~180°) i uniknięcia niedostatecznego oświetlenia na krawędzi drogi;

Badanie krzywej izooświetlenia: symulacja scenariusza, w którym wysokość montażu oprawy oświetleniowej wynosi 3.5 m, a odstęp między oprawami 10 m, wygenerowanie krzywej izooświetlenia powierzchni drogi i sprawdzenie, czy centralne natężenie oświetlenia wynosi ≥20 lx, a równomierność ≥0.4 (zgodnie z normą GB/T 24907-2020);

Badanie EEI: Oblicz wartość EEI oprawy oświetleniowej, aby upewnić się, że wynosi ona ≤0.7 (zgodnie z unijnymi przepisami ERP dotyczącymi efektywności energetycznej). Producent opraw drogowych zoptymalizował projekt rozsyłu światła dzięki temu urządzeniu, zwiększając wydajność oprawy z 75 lm/W do 92 lm/W i uzyskując certyfikat CE UE.

Badanie rozsyłu światła lampy dezynfekującej UV
Działanie bakteriobójcze lamp dezynfekcyjnych UV zależy od przestrzennego rozkładu natężenia światła UV (np. lampy UVC muszą zapewniać natężenie światła ≥20μW/cm² w odległości 1 m). Po wyposażeniu LSG-1890B z PHOTO-UVC-A detektora można wykonać następujące testy:

Badanie rozkładu natężenia światła UVC: skanowanie wartości natężenia światła UVC pod kątem C 0°~360° i kątem γ -90°~90° w celu wygenerowania trójwymiarowej mapy rozkładu natężenia światła;

Obliczanie regionalnego strumienia promieniowania: Oblicz strumień promieniowania UVC lampy dezynfekującej w obszarze „1 m×1 m”, aby ocenić zakres pokrycia dezynfekcji. Firma produkująca sprzęt medyczny przetestowała lampy dezynfekujące UV za pomocą tego urządzenia i stwierdziła, że ​​natężenie światła UVC zmniejsza się przy kącie γ 30°. Dostosowała układ kulek lampy w odpowiednim czasie, zwiększając wskaźnik pokrycia dezynfekcji o 20%.

Badanie kontroli olśnienia w oprawach oświetlenia komercyjnego do wnętrz
Oświetlenie komercyjne (np. w centrach handlowych i budynkach biurowych) ma rygorystyczne wymagania dotyczące olśnienia (UGR ≤ 16). Po wyposażeniu LSG-1890B przy użyciu detektora o wysokiej precyzji klasy L można wykonać następujące czynności:
• Badanie współczynnika olśnienia (UGR): Symulowanie pozycji siedzącej obserwatora (wysokość linii widzenia 1.2 m), obliczenie natężenia światła oprawy w zakresie kąta widzenia obserwatora i uzyskanie wartości UGR;
• Badanie krzywej granicznej luminancji: Zaznacz granicę natężenia światła odpowiadającą wartości „UGR=16” na krzywej rozkładu natężenia światła, aby ułatwić projektowanie maski oprawy (np. poprzez dodanie matowej powłoki w celu zmniejszenia natężenia światła pod dużym kątem). Marka oświetleniowa obniżyła UGR komercyjnych żyrandoli z 22 do 15 dzięki temu testowi, poprawiając komfort widzenia.

4. Weryfikacja wydajności i zgodności ze standardami LISUN LSG-1890B System goniofotometru
4.1 Dane weryfikujące dokładność
Aby sprawdzić dokładność testowania LSG-1890B Do testów wybrano system goniofotometru, „lampę standardową SLS-150W” (skalibrowaną przez Narodowy Instytut Metrologii, o standardowej wartości natężenia światła 1000 cd@C=0°, γ=0°). Wyniki przedstawiono w poniższej tabeli:

Testowanie parametru	standardowa wartość	Zmierzona średnia wartość	Odchylenie	Wymagania standardowe
Natężenie światła (cd) @C=0°, γ=0°	1000	998.5	±1.5 cd	Detektor klasy A CIE pozwala na odchylenie ±2%
Regionalny strumień świetlny (lm) (C=0°~180°, γ=-90°~90°)	5000	4992	±8lm	Dopuszcza odchylenie ±0.5%
Wydajność oprawy (lm/W) (moc wejściowa 50 W)	100	99.8	±0.2 lm/W	Dopuszcza odchylenie ±0.3%
Współczynnik olśnienia (UGR) (symulowany scenariusz instalacji wewnętrznej)	18	18.1	± 0.1	Dopuszcza odchylenie ±0.5
Efektywny kąt świecenia (°)	120	119.5	± 0.5 °	Dopuszcza odchylenie ±1°

Z danych wynika, że ​​zmierzone odchylenie każdego parametru jest mniejsze od standardowego wymogu, co dowodzi, że LSG-1890B System goniofotometru zapewnia stabilne i precyzyjne wykonywanie testów.

4.2 Zgodność ze standardem
LISUN LSG-1890B System goniofotometru ściśle przestrzega norm międzynarodowych i krajowych, aby zapewnić uniwersalność i uznawalność wyników badań:
• Badanie rozkładu natężenia światła: Zgodne z CIE-70 „Pomiar bezwzględnego rozkładu natężenia światła” i LM-79-19 „Pomiary fotometryczne i elektryczne produktów oświetleniowych w stanie stałym”;
• Badanie fotometryczne oprawy oświetleniowej: Zgodne z normą IES-LM-75 „Badania goniofotometryczne opraw oświetleniowych” i EN13032-1 Artykuł 6.1.1.3 „Lampy i oświetlenie – Pomiar i prezentacja danych fotometrycznych lamp i opraw oświetleniowych – Część 1: Format pomiaru i dokumentacji”;
• Badanie efektywności energetycznej: Zgodność z rozporządzeniem (UE) 2019/2020 „Rozporządzeniem UE w sprawie efektywności energetycznej opraw oświetleniowych” oraz normą GB 19573-2021 „Minimalne dopuszczalne wartości efektywności energetycznej i klasy efektywności energetycznej dla lamp sodowych wysokoprężnych”;
• Badanie UV: Zgodność z wymaganiami testowymi dotyczącymi strumienia promieniowania UV określonymi w normie GB/T 19258-2012 „Lampy bakteriobójcze ultrafioletowe”.

5. Wnioski 
LISUN LSG-1890B System goniofotometru o wysokiej precyzji Firma realizuje kompleksowe testy 15 podstawowych parametrów optycznych opraw oświetleniowych dzięki rozwiązaniu technicznemu obejmującemu „wysoce precyzyjną transmisję mechaniczną + detekcję optyczną w stałej temperaturze + integrację wieloalgorytmiczną”. Rozwiązuje ono problemy związane z tradycyjnym sprzętem, takie jak „niekompletne testowanie parametrów, duże błędy mechaniczne i słaba adaptowalność”, a także zapewnia pełne wsparcie procesu testowania dla branży oświetleniowej, od badań i rozwoju, przez produkcję, po certyfikację. Jego zastosowanie w takich zastosowaniach jak lampy drogowe, lampy dezynfekujące UV i komercyjne oprawy oświetleniowe nie tylko poprawia wydajność i niezawodność opraw, ale także zapewnia dokładne wsparcie fotometryczne w projektowaniu inżynierii oświetleniowej.

Tagi:LSG-1890B