根据CIE S 025 / E:2015进行积分球和测角仪测量的实用指南

根据CIE S 025 / E:2015进行积分球和测角仪测量的实用指南

  概述:最新的CIE S 025 / E:2015进行积分球和测角仪测量标准提供了对LED灯,LED模块和LED灯具(LED设备)执行可重复的光度和色度测量所需的条件。 此处的主要目标是获取LED设备的可靠和准确的光度数据,并确保数据一致,这意味着无论哪个实验室进行测量,结果都是相同的(在声明的测量不确定度范围内)。

积分球和测角仪测量

 

建立这样一个共同的基础,即第一个全球认可的LED测量标准,有助于比较不同的产品。 本文是对在Bregenz举行的LpS2016期间组织的研讨会的介绍。 我们向参加者介绍了一套可供随时使用的工具,任何实验室,LED制造商或照明设计师都可以使用这些工具来确保符合标准。 我们还提供了有关最佳实验室和环境条件的提示,并说明了在测量之前稳定LED模块或LED灯具的重要性。 我们分享了在测量关键参数(如总光通量或色量),如何显示它们以及如何处理测量不确定性方面的经验。 最后,我们介绍了有关测量仪器准备和操作的最佳实践,以及与仪器老化相关的问题。

 

CIE S025标准中描述的测量LED产品的方法对最佳实验室和环境条件提出了额外要求,以执行可靠和可比较的测量。 这些要求不仅涉及光学测量系统,还涉及电气参数,热学考虑因素以及实验室环境中使用的所有其他外围设备。 对于希望遵循建议并符合全球标准的实验室和制造商,这种全面的方法成为新的挑战。

 

1. 简介

本文的目的是介绍积分球测量系统以及测角光谱仪系统的实际应用。 从选择合适的设备开始,通过灯的定位和稳定阶段设置系统,直至最终结果展示。 我们还将分享在测量关键参数(如总光通量或色量),如何显示这些参数以及如何处理测量不确定性方面的经验。 最后,我们将介绍如何确定LED产品表征中最重要的量,例如CCT,CRI,D u,v,发光效率,角度颜色均匀性以及其他与LED产品最低性能要求有关的国际规范。

 

2. 全球新规

2.1 国际标准

  2015年3月发布的CIE S 025 / E:2015是第一个国际公认用于描述LED灯,LED灯具和LED模块测量方法的标准。 在该标准发布之前,美国标准LM 79在世界许多地区被用作SSL产品测量的参考文件。 但是,实验室和制造商需要制定法规,该法规必须通过地方和国家标准的批准,并同时获得全球的认可。 国际标准组织CIE推出的这份新文件是全球统一和认可世界各地不同实验室所提供测试结果的开始。

 

2.2 欧洲标准

  欧洲制定新标准是CIE TC2-71 CIE标准在LED灯,灯具和模块测试方法方面的共同工作,由Yoshi Ohno(美国)主持,CEN TC169 WG7 Photometry,和Guy Vandermeersch(BE)主持。 新标准迅速被纳入新的欧洲标准EN 13032:照明应用-灯具和照明设备光度数据的测量和表示-Part 4:LED灯具,模块和照明设备。 CIE S025的准备工作具有全球代表性,预计国家性和地区性标准化组织应开始在所有大洲采用该LED测量新规。

 

3.新型综合方法

  LED的测量不再只是光学测试。 CIE S 025使用了LM-79的经验,但它不仅提供了有关光度和色度测量的详细信息,还提供了电参数和热学方面的信息。 本文还引用了其他许多描述特定测量要求的CIE标准和出版物。 还建议针对每种类型的LED产品和数据显示使用适当的设备。

积分球和测角仪测量

 

图1 CIE S025标准的新型综合方法涵盖了广泛的测量范围和环境条件。

 

该标准描述了以下测量:

总光通量

部分光通量(有用的流明)

电气测量

发光效率[lm / W]

色度坐标[x,y]

相关色温[K](仅适用于白光LED)

与普朗克轨迹的距离D u,v

显色指数CRI(仅适用于白光LED)

发光强度分布

中心光束和光束角度

角度颜色均匀度

 

3.1 积分球

本文对积分球中待测DUT(被测设备)最大尺寸提出了严格的要求。 DUT的尺寸不应超过球体直径的10%。 该要求将对实验室设备的选择产生重大影响。 这也得出一个结论,即在积分球中只能测量LED模块,LED灯和非常小的照明器。该标准认可的积分球有几种类型。

 

积分球-光度计,包括与光度计(具有Vλ校正)相连的积分球。滤波器的最小校正等级f1`必须为3%。 建议应用频谱失配校正。

 

积分球–光谱仪,将校准的积分球系统与光谱仪相结合。 这样的系统不仅可以避免失配校正要求,而且同时还将以高精度测量光度值和色度值。

 

 

关于积分球类型的另一个重要规范是建议将最小球面反射率涂层设置为90%。 使用光电探测器的传统系统涂覆的反射率材料仅达80%。 研究表明,球面几何误差(如挡板误差和涂层不均匀性)随着球面反射次数的增加而下降。 在涂层反射率较低的积分球中,定向灯的读数特别高。 较高的反射率会提高吞吐量和反射次数,这有助于更好地集成信号。

 

该标准描述了精确积分球测量的其他重要步骤,例如:

多次校准之间的稳定性低于0.5%

分光辐射计FWHM的最低要求分辨率为5nm和数据点为5nm

光谱范围380 – 780nm

自吸收补偿–在整个视觉范围内

在DUT附近环境中测得的温度

 

3.2 测角仪系统

用于LED灯具测量的测角仪系统应结合光度和色度测量。这类系统要求获得LID(光强度分布),光通量以及所有色度数据,例如CCT,CRI,Du,v和角度颜色均匀性,这是SSL产品测试的特定要求,以检查产品是否符合定向灯的最低性能要求。

 

尽管该标准描述了几种测角系统,但很明显,对于这种组合的光度和色度测量,最简单的方法是将测角系统与光谱设备一起使用。与积分球系统类似,将光谱设备与测角仪结合使用将有助于避免进行其他校正,并且可以同时测量光度和色度值。值得一提的是要进行绝对测量,必须使用经光谱校准的仪器。

 

由于角度测量必须在提供足够空间的暗室中进行,因此检查并选择正确的距离和尺寸非常重要。

近余弦分布(光束角≥90⁰)距离:5 x直径

广角(光束角≥60⁰)距离:10 x直径

窄角(定向灯)距离:15 x直径

 

4环境条件

与LM79不同,在测量过程中操作位置必须与LED产品的操作位置相同,新标准为其他类型的带有旋转照明系统的测角仪打开了大门。 但是,如果测量期间的操作位置与申请人描述的位置不同,则应应用辅助光度计校正。

 

申请人(制造商或负责任的经销商)也有可能描述其LED产品的替代操作位置,这将允许使用价格更合理、更直接的测角仪系统对其进行测试。 这将有利于在大量制造商和进口商中提升可靠的测角仪测试,从而使LED产品目录中的数据以及为最终用户提供的信息材料包含更可靠的信息。 尽管如此,在预热期间和测量期间的操作位置必须相同,并且应在测试报告中进行说明。

测量前的稳定性建议如下:

LED模块应在测量之前实现热稳定,必须测量(TEC)或Tp温度并在测试报告中进行描述。

在测试之前,LED灯具应至少工作30分钟,并且所监测的光输出功率应在0.5%的稳定性内以进行测量。 如果DUT在45分钟内不稳定(灯具为150),则可以进行测量,并且记录仪波动应记录在测试报告中。

 

关于环境条件的建议如下:

环境温度25⁰C

空气运动速度高达0.25 m / s

无灰尘,振动等

 

5. 总结

CIE S025标准描述LED灯,LED灯具和LED模块的测试方法,是首个全球认可的文件,有助于识别世界各地实验室之间的测量结果,还有利于SSL产品全球市场的协调进程。与此前可用的本地标准相比,该标准更加全面,要求认证实验室有义务使用最新技术并报告不确定性以提高测量的可重复性。 对于中型公司而言,建立自己的实验室的步骤可能难以达到对设备和测量程序的高标准要求,但这绝对是SSL市场相关各方的参考点,并将有助于控制进入全球市场的LED产品的最低性能要求。

 


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