本文从分布光度测量要求出发, 分析了现有几种分布光度计在结构上的差异及在LED 道路灯具的分布光度测量应用中存在的问题。最后, 本文为分布光度计的选型提供了合理化建议及参考。
0 引 言
合理、舒适的照明, 不仅可以满足人们日常生活的需要, 更能提供一个安全、节能、高效工作的视觉环境。灯具的分布光度性能是影响照明质量的最关键因素。采用科学的测试方法、选择合适的仪器是获得准确的灯具分布光度特性的基础。灯具的分布光度测量是灯具设计和照明设计中质量控制的重要环节, 尤其是随着LED 等新光源和新兴照明技术的发展, 对灯具分布光度测量提出了新的挑战。
国际上目前有多种结构的灯具分布光度计, 采用不同的原理方案实现灯具空间光分布的测量。由于设备制造商的技术水平差异, 使得测试设备在实际应用中存在各种各样的问题。某些商业的宣传也误导了用户的认识, 使测试数据不能应用于实际的照明工程, 无法在国际上进行对比交流。
1 分布光度测量的基本要求
对于分布光度计, 根据测试的需要, 有如下要求:
1 .1 光度测量距离
发光强度的测量是通过测量某一定距离上的照度, 根据光度学的距离平方反比定律, 计算得到光强值。即:I(C , r)= E(C , r)R2(C , r)式中:I 为测试方向上的光强,E 为探测器光电接收面的照度, R 为测试距离但是对于许多灯具, 尤其是LED 灯具, 近场的光度定律不适用, CIE 文件对此作了明确的规定, 灯具的光度测试距离应足够大, 满足如下条件[ 1-2] :对于荧光灯类灯具R >D ×10对于投光灯类灯具R >D ×200/θD :发光面积最大尺寸θ:光束的半峰边角通常, 采用两种测量距离:宽光束灯具为:12 ～15 m , 窄光束高强度灯为30 ～ 35 m , 保证远场测量
精度。
1 .2 光度测量精度
光度探测器是分布光度计的重要组成部分之一, 探测器的光谱响应S(λ)精度应与人眼的明视觉光谱光视效率函数V(λ)一致, 即S(λ)=V(λ)。根据国际照明委员会CIE 规定, 对于气体放电灯的光强分布测量, 探测器的V(λ)匹配误差f 1'应不超过2 %。要使探测器的光谱响应匹配到与V(λ)曲线一致, 通常采用一组不同材料的滤光片,加在硅光池前面。由于受玻璃材料的光谱透射比曲线的限制, 要达到f 1'小于2 %的精度并非易事。因此高精度的分布光度计的探头还需从德国进口。也有一些探头采用部分滤光片法实现精确V(λ)的匹配。这种光度探测器只适合于均匀光束的测量。在分布光度测量中, 空间光束分布极不均匀, 部分滤光片法匹配的探测器, 实际应用的误差会非常大。
目前在分布光度计中应用的硅光电探测器, 灵敏度会随温度升高而降低, 温度变化1 ℃, 大约会引起0 .1 %的灵敏度变化。此外光电流放大电路的倍率也会受温度的影响。因此必须对光度探头和电路恒温, 温度应控制在1 ℃以内。
1 .3 角度精度
分布光度计测试的是灯具在各个方向上的光度数据, 对其旋转和定位系统的角度精度有较高的要求, 包含角度精度、轴线精度、反光镜面形精度等。
对于带反光镜的分布光度计, 反光镜的平面度非常重要, 面形误差和角度安装误差都会以两倍影响角度精度;面形误差还会影响测量光束的空间特性, 引起更大的测量误差。如果在测量过程中探测器的测量光束轴相对于反光镜需作空间旋转(锥面)运动, 那么反光镜的面形误差将以四倍影响角度精度。
目前国际上高档的分布光度计, 反光镜与镜架均采用特殊的结构连接, 浙大三色公司和德国LMT 公司制造的分布光度计, 反光镜采用局部连接的方法, 镜面的平行度通过激光精确校准。某些设备的反光镜采用直接粘结的方法, 镜面平面度很难保证, 粘结胶固化会引起镜面内的应力, 使镜面镀层脱落、镜面玻璃产生双折射误差等问题。长期使用中钢架会时效变形, 使镜面造成永久性的扭曲, 不可调校。
1 .4 杂散光
杂散光是分布光度测量中影响测试精度最重要的因素之一。在分布光度测量设备的选购、实验室建造中必须引起足够的重视。应该注意的是, 任何黑色的表面也都存在百分之几的光学反射。杂散光的影响对于测量窄光束灯具尤其明显, 例如,若投光灯的光束角为4°, 即使环境的反射比只有1 %, 背景杂散光的影响将引起总光通量的误差约达40 %以上。因此, 分布光度计中的光电探测器应只接收灯具发光面或仅从反光镜反射后的光束, 其它杂散光, 如反光镜边缘、地面、墙面等反射引起的杂光应予消除。实际的实验室中应在测试灯具、反光镜和探头之间分别设置一系列的光阑, 光阑的通光孔径与测量光束的孔径相对应, 严格控制环境的杂散光。
2 结 论
灯具的分布光度测量是一项非常专业的工作,测试设备、实验室结构及操作人员是影响测量结果的三项重要环节。尤其是路灯等室外照明灯具的测量, 在设备的选型上一定要考虑灯具的光束性能, 测试方法必须符合CIE 的远场光度测量原则,尤其要注意测量设备及实验室的杂散光影响。在测试设备的各个环节, 要适当地安置相应的消杂散光阑, 保证测试结果的准确度。
