《LED照明產(chǎn)品質(zhì)量控制》課件-項(xiàng)目三 LED照明產(chǎn)品性能檢測(cè)

《LED照明產(chǎn)品質(zhì)量控制》

項(xiàng)目名稱：LED照明產(chǎn)品性能檢測(cè)

專業(yè)名稱：光電技術(shù)應(yīng)用

目錄31245可見光光度學(xué)色度學(xué)光度測(cè)試方法色度測(cè)試方法什么是可見光？光是能量存在的一種形式，也是寬廣的電磁波譜的一部分。無(wú)線電波、紅外線、可見光、紫外線、倫琴射線、伽馬射線組成了電磁波?？梢姽庠陔姶挪ㄗV中是很窄的一部分，波長(zhǎng)范圍一般被定義為380nm至780nm。光譜(spectrum)：光譜是復(fù)色光經(jīng)過色散系統(tǒng)（如棱鏡、光柵）分光后，被色散開的單色光按波長(zhǎng)（或頻率）大小而依次排列的圖案，全稱為光學(xué)頻譜。電磁輻射波譜及可見光譜

不同波長(zhǎng)的可見光輻射引起不同的顏色感覺，單一波長(zhǎng)的光輻射表現(xiàn)為一種顏色，稱為單色光或光譜色。見到單色光的機(jī)會(huì)不多，一般見到的都是由不同波長(zhǎng)的單色光組合成的復(fù)色光。一定成分的復(fù)色光對(duì)應(yīng)一種確定的顏色。光的特性不同顏色的光就是不同波長(zhǎng)的電磁波常用各個(gè)顏色LED的峰值波長(zhǎng)材料顏色峰值波長(zhǎng)(nm)功率效率(%)GaAs:Si紅外95012.0AlGaAs(鋁鎵砷)紅6503.0Ga0.6As0.4P(磷化鎵砷)紅6600.6Ga0.35As0.65P(磷化鎵砷)橙6320.6Ga0.15As0.85P(磷化鎵砷)黃5900.1GaP:N(稼磷氮)綠5700.3SiC(碳化硅)藍(lán)4700.02GaN(氮化鎵)藍(lán)4650.01LED光譜圖可見光波段范圍：question:380nm~780nm。人眼特征：外界物體反射來的光線，依次經(jīng)過角膜、瞳孔、晶狀體和玻璃體，并經(jīng)過晶狀體等的折射，最終落在視網(wǎng)膜上，形成一個(gè)物像。視網(wǎng)膜上有對(duì)光線敏感的細(xì)胞。這些細(xì)胞將圖像信息通過視神經(jīng)傳給大腦的一定區(qū)域，人就產(chǎn)生了視覺。人眼特征：在明亮的環(huán)境下，錐體細(xì)胞起主要作用，它能分辨物體的顏色和細(xì)節(jié)稱之為錐體視覺又稱明視覺（PhotopicVision)桿體細(xì)胞只在黑暗的環(huán)境下工作，它更關(guān)注物體明暗程度，而不關(guān)顏色，我們稱之為暗視覺（ScotopicVision)介于這兩視覺之間的視覺稱之為中間視覺（正常人眼睛明視覺下對(duì)黃綠光最靈敏，對(duì)紅光和紫光最不靈敏）人眼特征：三種視覺的劃分三基色：輻射度量(radiometry)：從能量角度對(duì)輻射進(jìn)行評(píng)估的純物理量，研究波段包括紫外、可見和紅外(0.1nm~0.1cm)光度量(photometry)：通過標(biāo)準(zhǔn)光度觀測(cè)者的方法進(jìn)行評(píng)估的物理量，波段一般為380~780nm1.人眼對(duì)不同波長(zhǎng)的單色光敏感度不同。明視覺下對(duì)555nm的綠光最敏感，暗視覺對(duì)507nm的黃光最為敏感。2.明視覺光譜光視效率V(λ)：設(shè)引起相同視覺的波長(zhǎng)為λ的單色光和波長(zhǎng)為555nm的單色光的輻射通量分別為Φλ和Φ555，則該單色光的光譜光視效率為：V(λ)=Φ555/Φλ，它是個(gè)無(wú)量綱的物理量。3.暗視覺光譜光視效率V’(λ)：V’(λ)=Φ507/Φλ4.光譜光視函數(shù)(視見函數(shù))：各個(gè)波長(zhǎng)單色光的光譜光視效率按波長(zhǎng)的分布。就是我們常說的V(λ)、V’(λ)曲線。視見函數(shù)暗視覺明視覺1942年，國(guó)際照明委員會(huì)（CIE）定義了人眼的平均敏感度后，光度測(cè)量就成了一門新興學(xué)科。CIE測(cè)定了大量人類樣本的亮適應(yīng)數(shù)據(jù)，然后匯編進(jìn)CIE標(biāo)準(zhǔn)光度函數(shù)（明視覺曲線－正常狀態(tài)下的色彩感覺；暗視覺曲線－低照度情況下的非彩色感知)視見函數(shù)視覺可分為哪幾種：question:明視覺；暗視覺；中間視覺。光度學(xué)光通量Φv(luminousflux)1.定義：?jiǎn)挝粫r(shí)間內(nèi)光源向空間發(fā)出的、使人產(chǎn)生光感覺的能量2.公式：3.單位：lm（流明）發(fā)光強(qiáng)度Iv(luminousIntensity)1.光強(qiáng)定義：光源在指定方向上通過單位立體角內(nèi)的光通量的多少2.光強(qiáng)公式：Iv=dΦv/dΩ

發(fā)光均勻分布:Ｉv=Φv/Ω3.單位：cd（坎德拉）Iw光度學(xué)光度學(xué)中的量值傳遞SI單位制體系七個(gè)基本單位

m、kg、s、K、A、mol、cd22個(gè)具有專門名稱的輔助單位，包括光通量單位lm、光照度單位lx坎德拉是發(fā)出頻率為540×1012Hz輻射的光源在給定方向的發(fā)光強(qiáng)度，該光源在這個(gè)方向的輻射強(qiáng)度為1/683（Wsr-1）。照度Ev(illuminance)1.定義：?jiǎn)挝槐徽彰娣e上光通量2.公式：Ev=dΦv/dＡ光通量分布均勻：Ev=Φv/Ａ3.單位：lx(勒克斯)照度流明面積(m2)光度學(xué)不同環(huán)境下的典型照度亮度Lv(luminance)1.定義：光源在給定方向上單位立體角單位面積內(nèi)的光通量。2.公式：

3.單位：nit(尼特)或cd/m2(坎德拉/平方米)光度學(xué)光效η1.定義:光源發(fā)出的總光通量與它所消耗的電功率之比稱為光源的發(fā)光效率2.公式:η=Φv/P電3.單位:lm/w光度學(xué)常見幾種燈的發(fā)光效率白熾燈：8-17lm/W金屬鹵化物燈：45-60lm/W日光燈：30-60lm/W高壓鈉燈：100-150lm/W低壓鈉燈：180-200lm/W白光LED器件：100-200lm/W量符號(hào)定義式單位光能QvJ(焦耳)光通量ΦvΦ=dQ/dtlm(流明)照度EvE=dΦ/dAlx發(fā)光強(qiáng)度IvI=dΦ/dΩcd亮度LvL=dΦ/(dA·cosΘ·dΩ)cd/m2光度學(xué)距離平方反比定律連續(xù)光強(qiáng)光源在光接收表面的照度與光源到接收表面的距離的平方成反比。點(diǎn)光源光軸附近發(fā)光強(qiáng)度基本均勻的燈距離大于光源發(fā)光面的10倍10000cd的光強(qiáng)在10m遠(yuǎn)處的照度？余弦修正一定面積上的光強(qiáng)因入射角的不同而變化，實(shí)際投影面積隨入射角的增加成比例減少，因此探頭需要進(jìn)行余弦修正。ΦEIΦ=E·SΦ=I·ΩI=E·L2光通量Φ（lm）光強(qiáng)I（cd）照度E（lx）光度學(xué)色度學(xué)色品坐標(biāo)：以數(shù)字方式在坐標(biāo)圖上表示光源發(fā)光顏色的量。XYZ系統(tǒng)：色度學(xué)CIE1931x-y系統(tǒng)：色度學(xué)CIE1960系統(tǒng)：色度學(xué)CIE1976u'-v'系統(tǒng)：不同坐標(biāo)系統(tǒng)之間的轉(zhuǎn)換

如果一個(gè)光源發(fā)射光的顏色與某一溫度下的黑體發(fā)射光的顏色相同，那么，此時(shí)黑體的絕對(duì)溫度值就稱為該光源的顏色溫度，簡(jiǎn)稱色溫。（光波在不同的能量下，人類眼睛所感受到的顏色的變化）單位：開爾文（Kelvin）色度學(xué)色溫：

在某一確定的均勻色度圖中，如果一個(gè)光源與某一溫度下的黑體具有最接近的色品，此時(shí)黑體的絕對(duì)溫度值就稱為光源的相關(guān)色溫。（當(dāng)光源發(fā)射光的顏色和黑體不相同時(shí)，用相關(guān)色溫來描述光的顏色。）單位：開爾文（Kelvin）色度學(xué)相關(guān)色溫：一個(gè)燈的光色可以簡(jiǎn)單的以色溫來表示，以發(fā)出光色為暖白色的普通白熾燈泡為例，其色溫為2700K，而一般日光燈的色溫為6000K，光的色溫主要可分成三大類：暖白色：＜3300K中間色：3300至5300K冷白色：＞5300K色度學(xué)不同相關(guān)色溫效果色品圖中的等色溫軌跡色溫圖色溫越高，藍(lán)光區(qū)所占比重越大。色溫停車場(chǎng)的效果隧道的效果HighPressureSodiumLED自然界的色溫光源中常用的色溫分檔(GB50034):注意:各國(guó)的分檔略有差別.分組色表CCT(K)適用場(chǎng)所舉例I暖<3300客房?臥室?病房?酒吧?餐廳II中間3300-5300辦公?教室?閱覽室?診室?機(jī)加工?儀表裝配III冷>5300熱加工?高照度場(chǎng)所顯色性

光源對(duì)物體顏色呈現(xiàn)的程度稱為顯色性，也就是顏色的逼真程度，通常叫做"顯色指數(shù)"。

Ra值為100的光源表示，事物在其燈光下顯示出來的顏色與在標(biāo)準(zhǔn)光源下一致。Ra的來由對(duì)LED要特別關(guān)注特殊顯色指數(shù)中的R9.Ra的計(jì)算1)分別計(jì)算8塊色板(i)在標(biāo)準(zhǔn)光源r和被計(jì)算光源k照明下的色差ΔE:ΔEi=[(u’r,i-u’k,i)2+(v’r,i-v’k,i)2+(w’r,i-w’k,i)2]1/2=[Δu’i2+Δv’i2+Δw’i2]1/2

計(jì)算對(duì)某個(gè)樣品的顯色指數(shù)Ri:Ri=100-4.6ΔEi式中,4.6是對(duì)標(biāo)準(zhǔn)熒光燈Ra=50時(shí)的調(diào)整系數(shù).對(duì)1-8個(gè)樣品的一般顯色指數(shù)Ra:Ra=ΣRi/8.室內(nèi)顯色指數(shù)要求LED–TotalWattage=36W金鹵燈

–TotalWattage~158to237W光度測(cè)試方法積分球法：儀器設(shè)備測(cè)量項(xiàng)目不同燃點(diǎn)姿態(tài)：測(cè)量方法：積分法、分光法、兩者結(jié)合。標(biāo)準(zhǔn)燈自吸收優(yōu)缺點(diǎn)積分球法：光度學(xué)中的量值傳遞成熟程度較低的儀器：多種標(biāo)準(zhǔn)器具頻繁定標(biāo)被測(cè)對(duì)象與標(biāo)準(zhǔn)器具特性相近；成熟高級(jí)的儀器：標(biāo)準(zhǔn)器靠近國(guó)家原始基準(zhǔn)易實(shí)現(xiàn)較高的測(cè)量準(zhǔn)確度中國(guó)的發(fā)光強(qiáng)度副基準(zhǔn)和工作基準(zhǔn)BDQ-1/2BDQ-3BDQ-4/5BDQ-6BDQ-7/8總光通量的基準(zhǔn)測(cè)量方法：分布光度計(jì)：要求角度間隔對(duì)于測(cè)量結(jié)果的影響C間隔γ間隔光通量10128121052987101032142012788205296220103188典型LED路燈：總光通量計(jì)算值與角度間隔之間的關(guān)系typeBtypeC分布光度計(jì)：種類：立式臥式機(jī)器人近場(chǎng)分布光譜輻射計(jì)雙鏡分布光度計(jì)圓周運(yùn)動(dòng)反光鏡式分布光度計(jì)中心反射鏡式分布光度計(jì)分布光譜輻射計(jì)使用規(guī)定的分布光譜輻射計(jì)將高精度光譜輻射計(jì)安裝在分布光度計(jì)上不得經(jīng)過鏡子反射等方法，否則會(huì)影響測(cè)量精度近場(chǎng)分布光度計(jì)近場(chǎng)分布光度計(jì)分布光度計(jì)+成像亮度計(jì)測(cè)量被測(cè)光源在空間各方向上的亮度和亮度分布；光線追蹤的方法測(cè)量光強(qiáng)分布（處于應(yīng)用初期的研究階段）光線追蹤計(jì)算各光度參數(shù)從亮度分布推導(dǎo)出光線分布計(jì)算其他光度參數(shù)：光通量、光強(qiáng)、任意平面的照度分布等配光曲線：配光曲線：路燈配光曲線：路燈配光曲線：隧道燈配光曲線：筒燈配光曲線：平板燈配光曲線：球泡燈配光曲線：PAR燈ZEMAX

ZEMAX是美國(guó)焦點(diǎn)軟件公司所發(fā)展出的光學(xué)設(shè)計(jì)軟件，可做光學(xué)組件設(shè)計(jì)與照明系統(tǒng)的照度分析，也可建立反射，折射，繞射等光學(xué)模型，并結(jié)合優(yōu)化，公差等分析功能，是套可以運(yùn)算Sequential及Non-Sequential的軟件。版本等級(jí)有SE：標(biāo)準(zhǔn)版，XE：完整版，EE：專業(yè)版（可運(yùn)算Non-Sequential）。

ZEMAX的主要特色：分析：提供多功能的分析圖形，對(duì)話窗式的參數(shù)選擇，方便分析，且可將分析圖形存成圖文件，例如：*.BMP,*.JPG．．．等，也可存成文字文件*.txt；優(yōu)化：表欄式meritfunction參數(shù)輸入，對(duì)話窗式預(yù)設(shè)meritfunction參數(shù)，方便使用者定義，且多種優(yōu)化方式供使用者使用；公差分析：表欄式Tolerance參數(shù)輸入和對(duì)話窗式預(yù)設(shè)Tolerance參數(shù)，方便使用者定義；報(bào)表輸出：多種圖形報(bào)表輸出，可將結(jié)果存成圖文件及文字文件。TRACEPRO

TracePro是一套普遍用于照明系統(tǒng)、光學(xué)分析、輻射分析及光度分析的光線仿真軟件。它是第一套以ACISSolidModelingKernel為基本的光學(xué)軟件。也是第一套結(jié)合真實(shí)固體模型、強(qiáng)大光學(xué)分析功能、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換能力強(qiáng)及易上手的使用接口的仿真軟件。

TracePro多變化的應(yīng)用領(lǐng)域包括：照明（Illumination）；導(dǎo)光管（LightPipes）；薄膜光學(xué)（TissueOptics）；光機(jī)設(shè)計(jì)（OptomechanicalDesign）；雜散光和激光泵浦。LightTools是一個(gè)全新的具有光學(xué)精度的交互式叁維實(shí)體建模軟件體系，提供最現(xiàn)代化的手段直接描述光學(xué)系統(tǒng)中的光源、透鏡、反射鏡、分束器、衍射光學(xué)元件、棱鏡、掃描轉(zhuǎn)鼓、機(jī)械結(jié)構(gòu)以及光路。由于LightTools把光學(xué)和機(jī)械元件集合在統(tǒng)一的體系下處理，并配有“放置”光源、發(fā)射光線的非順序面光線追跡的強(qiáng)大功能，使它在系統(tǒng)初步設(shè)計(jì)、復(fù)雜系統(tǒng)設(shè)計(jì)規(guī)劃、光機(jī)一體設(shè)計(jì)、雜光分析、照明系統(tǒng)設(shè)計(jì)分析、單位各部門間學(xué)術(shù)交流和數(shù)據(jù)交換、課題論證或產(chǎn)品推廣等各環(huán)節(jié)中均可發(fā)揮重要的作用，成為人們理想的工具。非順序面光線追跡功能可以直觀地描述在系統(tǒng)中任意表面上或介質(zhì)中發(fā)生的任何光學(xué)現(xiàn)象，如折射、反射、全反射、散射、多級(jí)衍射、振幅分割、光能損耗、材料吸收等，并根據(jù)需要自動(dòng)實(shí)時(shí)衍生出多路光路分支。雜光分析、光能計(jì)算、鬼像預(yù)測(cè)等從此變得輕而易舉、一目了然。設(shè)計(jì)中可能存在的各種潛在問題將被及時(shí)發(fā)現(xiàn)和預(yù)防。LightToolsDIALux是由多家世界著名照明燈具廠商－Philips,BEGA,THORN,ERCO,OSRAM,BJB,Meyer,雷士等所支持研發(fā)的專業(yè)照明軟件，并且每年更新升級(jí)。1.精確的照度計(jì)算DIALux為獨(dú)立使用的照明軟件，并外掛不同照明廠家的多樣產(chǎn)品，進(jìn)行照明設(shè)計(jì)和計(jì)算，并輸出完整的報(bào)表。DIALux可精確計(jì)算出所需的照度，并提供完整的書面報(bào)表及3D虛擬實(shí)境圖。世界各地照明廠商可藉由DIALux的工作平臺(tái)展現(xiàn)完整的資料型錄。輕易地比較不同型式的燈具并呈現(xiàn)其計(jì)算值。藉由DIALux之智能型計(jì)算程序提供正確及可信度高的資料結(jié)果。2.建立場(chǎng)景模型DIALux自帶建模的方法，可以較快的生成室內(nèi)外空間。DIALux自帶大量的3D家具庫(kù)，方便室內(nèi)照明設(shè)計(jì)師進(jìn)行照明計(jì)算