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如何选用积分球?

发布时间:2020-07-29   点击次数:103次
  •                         如何选择积分球系统

 

  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。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。

  本文关于组建光度实验室的这一部分将重点讨论积分球的类型,并讨论对照明产品测量和评估至关重要的技术问题,还将讨论与实验室中普遍存在条件有关的问题,并给出实用技巧,这些技巧对选择和操作测量系统特别有用。

 

为什么要使用积分球,可以测量什么值? 

  积分球的性质可以相对简单快速地比较不同照明产品的光度参数。放置在球体中的物体可以在几秒钟内进行测量(除了稳定所需时间外-请见下文)。这是在已知电源情况下测量照明设备总光通量[lm]和确定照明设备发光效率[lm /W]的方法。积分球中的测量非常简单,可以直接将读数与参考标准进行比较。

 

测角仪由长期局部测量组成,以计算总光通量,与之相比,球体中的测量则更加直接和简单。一个描述充分,合格的测量程序,可使每个操作员都能获得可靠且可重复的测量结果。这点在比较多个照明产品并测量不同光源时尤为重要。假设我们有一个现成,基于标准且合格的原型灯具。如果电源设备替换为另一种类型,或者有必要替换发光二极管或光学元件的类型,那么当我们想要快速验证总通量时,积分球将成为照明产品日常工作中必不可少的工具。

 

积分球与光谱辐射计结合除了测量总光通量外,还可以测量白光的相关色温CCT[K],显色指数CRI和R f,确定相对于普朗克曲线位置的D uv参数,色度坐标x,y和表征照明产品的其他参数。积分球测量将提供能源登记评估所有必要的数据,符合欧洲指令第2009/125 / EC号或美洲能源之星评级等相关标准中定义的能源相关产品的最低功能要求和生态设计要求的标准建议。

 

此外,乌布利希球体系统还可以进行可见光谱范围之外的测量。对于用于植物照明的产品,可以测量诸如PPF光子通量或光谱扩展的PBAR光子通量之类的量。积分球还可以用于视觉系统和工业设备中的红外辐射测量–在这种情况下,可以使用经过适当校准并配备有高质量测量设备的积分球来快速验证不同光谱范围所产生光辐射的能量效率。

 

另外,根据最近发布的新标准CIE S026 2018的建议,对人类白天/夜晚周期(昼夜节律)的有效照明影响还可以根据灯具辐射通量的测量数据进行评估,然后通过ipRGC的效率曲线计算得出。

 

积分球的另一个实际优势是它的基本特性,即不透光的结构。因此,积分球可以放置在正常的办公室环境和明亮的房间中,而不存在一般照明影响测量结果的风险。

 

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最大尺寸。对于一般照明目的的灯具,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,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,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。

 

 

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