Дослідження методів вимірювання ефективності освітлення та сценаріїв застосуванняСвітлодіодні джерела світла

Анотація

Як твердотільний-напівпровідниковий джерело холодного світла, світлодіод (світло-діод) став мейнстрімом у сфері освітлення завдяки своїм перевагам енергозбереження, захисту навколишнього середовища та тривалого терміну служби. Світлові характеристики світлодіодних джерел світла, включаючи світловіддачу, світловий потік, кут променя, колірну температуру та індекс передачі кольору, безпосередньо впливають на досвід користувача. У цьому дослідженні вимірюються основні параметри світлових характеристик різних широко використовуванихсвітлодіодне світлоджерел і порівнює результати вимірювань. На основі аналізу різних сценаріїв застосування рекомендовано відповідні світлодіодні джерела світла, щоб забезпечити посилання для практичного застосування. Дослідження показують, що точкові джерела світла, прожектори, настінні шайби та вуличні ліхтарі мають різні робочі характеристики, які визначають їх придатність для різних освітлювальних середовищ, таких як внутрішнє освітлення, промислове освітлення, освітлення місць, ландшафтне освітлення та освітлення доріг. З постійним прогресом технологій світлодіодне освітлення відіграватиме більш значну роль у розумних будинках та здоровому освітленні.

1. Вступ

Розвиток світлотехніки зазнав глибокої еволюції, переходячи від ламп розжарювання, люмінесцентних ламп і металогалогенних ламп до бурхливого розвитку світлодіодної технології. Світлодіодні джерела світла стали одним із найпопулярніших джерел світлотехнічної промисловості завдяки своїй видатній енергоефективності, надійності, тривалому терміну служби та екологічності. Вони широко застосовуються в індикаторах, сигнальних вогнях, дисплеях, внутрішньому освітленні, освітленні доріг, освітленні місць і ландшафтному освітленні. На відміну від традиційних джерел світла, світлодіодні джерела світла використовують тверді напівпровідникові чіпи як люмінесцентні матеріали. Коли носії рекомбінують у напівпровіднику, надлишок енергії виділяється у вигляді фотонів, які безпосередньо випромінюють червоне, жовте, синє та зелене світло. Застосовуючи принцип трьох-основних кольорів і додаючи люмінофор, світлодіодні джерела світла можуть створювати світло будь-якого кольору.

Виконаннясвітлодіодне світлоджерел має вирішальне значення для ефектів їх застосування. Основні параметри світлових характеристик включають світловий потік, світлову віддачу, розподіл інтенсивності світла, індекс передачі кольору та колірну температуру. Точне вимірювання цих параметрів є основою для оцінки якості світлодіодів і вибору відповідних продуктів для конкретних сценаріїв. В даний час основними методами вимірювання ефективності світлодіодного світла є метод інтегруючої сфери та метод гоніофотометра. Метод інтегруючої сфери суворо обмежений невеликими-розмірами світлодіодних точкових джерел світла через вимоги до типу та розміру виміряного джерела світла, тоді як метод гоніофотометра ширше використовується для інших типів і розмірів світлодіодних джерел світла. Попередні дослідження вивчали методи вимірювання, переваги вимірювання ближнього-поля в оптичному проектуванні та важливість кривих розподілу інтенсивності світла. Проте недостатньо-поглибленого аналізу різниці в продуктивності різних світлодіодних джерел світла та наслідків їх практичного застосування. Це дослідження має на меті заповнити цю прогалину шляхом систематичного вимірювання та порівняння різних типів світлодіодів і зіставлення їх із відповідними сценаріями застосування.

2. Методи вимірювання світлових характеристикСвітлодіодні джерела світла

2.1 Метод вимірювання світлового потоку

Світловий потік означає кількість світла, що випромінюється джерелом світла за одиницю часу, зазвичай виражається в люменах (лм). Це показник загальної світловіддачі джерела світла, еквівалентний оптичній силі. Вищий світловий потік означає, що джерело світла випромінює більше світла, безпосередньо впливаючи на сприйняття яскравості людським оком і слугуючи ключовим параметром для оцінки загальної яскравості. У практичному застосуванні світловий потік є критичним фактором у виборі світлодіодів: джерела з високим-світловим-потоком підходять для забезпечення сильного освітлення, тоді як джерела з низьким-світловим-потоком ідеально підходять для локальних або-освітлених областей.

Відповідно до методу вимірювання, зазначеного в GB/T 24824-2009 «Методи випробування світлодіодних модулів для загального освітлення», вимірювання світлового потоку проводиться в оптичній темній кімнаті. Тестованийсвітлодіодне світлоДжерело або світильник встановлюється в центрі обертання гоніофотометра та включається для роботи за певних умов. Рука, що обертається, змушує джерело світла або світильник обертатися навколо своєї вертикальної осі, утворюючи віртуальну сферичну поверхню. Фотометричний детектор гоніофотометра вимірює освітленість у різних точках цієї віртуальної сфери, забезпечуючи достатню вибірку на кількох світло-площинах випромінювання з малими кутовими інтервалами. Відстань між фотометричним детектором і світним центром досліджуваного об'єкта служить радіусом віртуальної сфери. Як правило, кутовий інтервал між площинами становить 5 градусів, а інтервал у кожній площині становить 1 градус. Для джерел світла або світильників із великими розмірами або вузькими кутами променя приймаються менші інтервали, щоб забезпечити цілісність вибірки розподілу освітленості.

Оскільки виміряна освітленість пропорційна інтенсивності світла джерела в цьому напрямку, гоніофотометр автоматично інтегрує освітленість кожного крихітного поверхневого елемента на сфері для обчислення світлового потоку. Загальний світловий потік обчислюється за допомогою методу чисельного інтегрування, як показано у формулі (1):

Φtot​=∫(SM​)​EdS=∫04π​r2E(ε,η)dΩ=∫02π​∫0π​r2E(ε,η)sinεdεdη

Де Φtot – повний світловий потік (лм), r – радіус віртуальної сфери (м); SM​ — площа поверхні віртуальної сфери (м²); і (ε,η) представляє просторовий кут.

2.2 Вимірювання розподілу інтенсивності світла та кута променя

Розподіл інтенсивності світла описує інтенсивність світла, випромінюваного джерелом у різних напрямках. Виявляючи дані розподілу інтенсивності світла за певних умов встановлення, можна оцінити рівномірність освітлення та ефективну площу покриття, що має велике значення для різних сценаріїв застосування, таких як домашнє освітлення, комерційне освітлення та промислове освітлення. Кут променя означає кут розбіжності світла, випромінюваного джерелом, безпосередньо впливаючи на концентрацію та дифузію ефекту освітлення, таким чином визначаючи його застосовні випадки. Ці два параметри є вирішальними для застосування на ринкуСвітлодіодні джерела світла.

Під час вимірювання відстань між детектором і досліджуваним об’єктом має бути принаймні в 5 разів більшою за максимальну площу світлового отвору об’єкта, враховуючи площу освітлення, інтенсивність світла та кут пучка світлодіодного джерела світла або світильника. Досліджуваний об'єкт поміщають на поворотну раму гоніофотометра, яка може обертатися навколо двох осей. На характеристичній світловій площині світлодіода точковий вимірювач яскравості або спектральний радіометр розміщується в дальньому полі для збору даних про інтенсивність світла дальнього{3}}поля. Інтервал вимірювання не перевищує 1/20 половини-пікового кута променя. Для вимірювань з кутом променя менше 10 градусів або строгими вимогами до кутів направлення використовуються лазери або більш ефективні методи для встановлення та вирівнювання початкового положення досліджуваного об'єкта. Коли джерело світла обертається навколо двох осей, дані з усього навколишнього простору збираються для створення даних кривої розподілу інтенсивності світла, на основі яких обчислюється половинний-піковий кут променя.

Метод вимірювання-гоніофотометра з подвійним дзеркалом, визначений у GB/T 24824-2009, розміщує досліджуваний об’єкт у центрі обертання гоніофотометра з подвійним дзеркалом, який обертається лише навколо своєї вертикальної осі. Обертовий рефлектор обертається навколо перевіреного світлодіодного джерела світла або світильника, відбиваючи світловий промінь, виміряний у певному напрямку, до другого рефлектора на відстані, який потім відбиває його на оптичний детектор. Цей метод підтримує перевірений світлодіод у стаціонарному робочому стані, пропонуючи переваги високої стабільності вимірювання та малого зайнятості системного простору.

3. ПорівняннясвітлоРезультати вимірювання ефективності різних світлодіодних джерел світла

За допомогою стандартних методів вимірювання, згаданих вище, були виміряні основні параметри світлових характеристик (світлова віддача, колірна температура, індекс передачі кольору та кут променя) різних типів світлодіодних джерел світла. Конкретні результати наведено в таблиці 1.

Таблиця 1: Значення вимірювання світлових характеристик різних світлодіодних джерел світла

в даний чассвітлодіодне світлоДжерела регулюють розподіл інтенсивності світла головним чином за допомогою форми та пропускної здатності напівпрозорої кришки, що огортає світло{0}}діоди. Кожен тип світлодіодного джерела світла має унікальну схему розподілу інтенсивності світла. Точкові джерела світла з їх невеликими розмірами демонструють широкий половинний-піковий діапазон кута променя та високий індекс передачі кольору, що вказує на їх здатність забезпечувати рівномірне та природне освітлення. Прожектори мають високу світловіддачу та вузький половинний-кут пікового променя, що демонструє потужні можливості фокусування та відмінну ефективність освітлення, що робить їх придатними для -далекого та концентрованого освітлення. Настінні мийки мають збалансовані робочі параметри, сильні просторові шари та три-вимірність світла, що ідеально підходить для контурного освітлення. Вуличні ліхтарі відрізняються високою світловіддачею та широким діапазоном кутів променя, що дозволяє їм забезпечувати яскраве та рівномірне освітлення великих площ.

4. Вимоги до світлових характеристик у різних сценаріях застосування

Світлодіодне освітлення має широкий діапазон застосування, включаючи внутрішнє освітлення, промислове освітлення, освітлення місць, ландшафтне освітлення та освітлення доріг у повсякденному житті та на роботі. Різні сценарії застосування мають різні вимоги до продуктивності освітлення на основі проектних завдань і потреб користувачів, як детально описано в таблиці 2.

Таблиця 2 Вимоги до світлових характеристик у різних сценаріях застосування

Аналізуючи вимоги до світлових характеристик різних сценаріїв застосування та поєднуючи їх із характеристиками різних світлодіодних джерел світла, пропонуються наступні відповідні рекомендації:

Внутрішнє освітлення: Світлодіодні точкові джерела світла підходять для різних внутрішніх місць, де потрібне точне позиціонування освітлення. Їх високий індекс передачі кольору (Ra=86.0) гарантує, що об’єкти виглядають вірними своїм оригінальним кольорам, а широкий кут променя (близько 119 градусів) забезпечує повне покриття, що робить їх ідеальними для будинків, офісів, комерційних приміщень і фабрик.

Освітлення майданчика: світлодіодні прожектори та точкові джерела світла рекомендуються для стадіонів, сцен, виставкових залів, музеїв. Прожектори забезпечують високу світловіддачу (135,1 лм/Вт) і потужне спрямоване освітлення, яке може задовольнити високі-вимоги до яскравості великих закладів. Точкові джерела світла з їх чудовою передачею кольору підходять для виставкових залів і музеїв, де точність передачі кольору має вирішальне значення.

Ландшафтне освітлення: Світлодіодні настінні лампи є кращим вибором для освітлення будівель, декору та створення атмосфери в приміщенні. Їх довга форма смуги, збалансована світловіддача (96,1 лм/Вт) і багаті кольорові варіанти дозволяють їм ефективно окреслювати архітектурні та ландшафтні контури, що робить їх придатними для зовнішнього освітлення стін окремих будинків та комплексів історичних будівель, а також освітлення зелених ландшафтів і освітлення рекламних щитів.

Дорожнє освітлення: Світлодіодні вуличні ліхтаріспеціально розроблені для міських магістралей, другорядних доріг, сільських доріг, промислових парків, площ і мальовничих місць. Завдяки найвищій світловіддачі (149,7 лм/Вт) і широкому діапазону кутів променя (149,4 градуса в площині C0/180 градусів) вони забезпечують рівномірне і яскраве освітлення, забезпечуючи безпеку руху транспортних засобів і пішоходів і задовольняючи візуальні потреби діяльності людей.

Промислове освітлення: Комбінація світлодіодних точкових джерел світла та прожекторів може бути використана для досягнення збалансованого освітлення в майстернях і складах. Точкові джерела світла забезпечують рівномірне освітлення великих площ, а прожектори можуть фокусуватися на робочих поверхнях, які потребують більшої яскравості.

5. Висновок

У порівнянні з традиційними технологіями освітлення,світлодіодне світлоджерела забезпечують вищу енергоефективність, довший термін служби та кращі екологічні показники. Їх гнучкі функції регулювання температури та кольору роблять їх оптимальним рішенням для освітлення розумного будинку. У цьому дослідженні систематично вимірюються та порівнюються параметри світлових характеристик різних типів світлодіодних джерел світла, включаючи точкові джерела світла, прожектори, шайби та вуличні ліхтарі. Результати показують, що кожен тип світлодіодного джерела світла має унікальні характеристики з точки зору світлової ефективності, колірної температури, індексу передачі кольору та кута променя, які визначають їх придатність для конкретних сценаріїв застосування.

Світлодіодні точкові джерела світла з високим індексом передачі кольору та широким кутом променя підходять для внутрішнього освітлення будинків, офісів, комерційних приміщень і фабрик.Світлодіодні прожектори, що відрізняються високою світловіддачею та потужним спрямованим освітленням, ідеально підходять для освітлення таких місць, як стадіони та виставкові зали. Світлодіодні настінні шайби чудово підходять для ландшафтного освітлення та архітектурного декору завдяки своїй збалансованій продуктивності та контурним можливостям. Світлодіодні вуличні ліхтарі забезпечують надійне та ефективне освітлення різних типів доріг, забезпечуючи безпеку руху.

З постійним розвитком технологій і зниженням витрат технологія світлодіодного освітлення ставатиме все більш популярною. У майбутньому світлодіодні джерела світла відіграватимуть важливішу роль у розумних будинках, здоровому освітленні та інших сферах, забезпечуючи високо{1}}якісне освітлення для більшої кількості людей. Подальші дослідження можуть бути зосереджені на оптимізації методів вимірювання для підвищення точності та вивчення застосування світлодіодних джерел світла в нових сферах, таких як здорове освітлення та розумні міста.

Список літератури

[1] Yu, AQ, Ju, JQ та Chen, DH (2018). Обговорення переваг світлодіодів у функціональному освітленні. China Lighting Electrical Appliances, (10), 10-17.[2] Хуанг Ю. (2017). Деякі проблеми застосування світлодіодного освітлення. Світло та освітлення, (01), 56-58.[3] Shen, YQ, Zhu, TF, & Jia, Z. (2016). Аналіз та дослідження застосування методу гоніофотометра в тестуванні оптичних характеристик світлодіодних світильників. Джерела світла та освітлення, (04), 8-10.[4] Fan, HZ, Cao, M., & Li, SZ (2012). Застосування та дослідження вимірювання ближнього поля джерел світла в світлодіодній оптичній конструкції. Acta Optica Sinica, (12), 1-5.[5] Ай, Дж. (2015). Світлодіодні світильники та криві розподілу світла. Technology & Enterprise, (20), 237-238.[6] Cai, Y., Wang, ZH, & Zhu, TF (2016). Нова технологія для швидкого вимірювання просторової кольоровості та фотометричного розподілу світлодіодів. Оптичні інструменти, (06), 481-487.[7] GB/T 24824-2009. Методи випробування світлодіодних модулів для загального освітлення (S). [8] Ян, WX (2024). Застосування домашніх інтелектуальних систем у сучасному дизайні будинку. Стандартизація та якість легкої промисловості, (05), 127-130.

https://www.benweilighting.com/agricultural-lighting/poultry-lighting/flicker-free-poultry-light-18w.html

Shenzhen Benwei Lighting Technology Co., Ltd.

Електронна пошта:bwzm15@benweilighting.com

Інтернет:www.benweilight.com

Whatsapp: 19113306783