LED燈、光引擎和燈具光通量檢測技術研究

光通量是衡量光源發(fā)光能力的基本光度學參數，其準確檢測對于LED燈、光引擎及燈具的能效評估、性能對標和質量控制至關重要。光通量檢測需在嚴格控制的環(huán)境條件下，使用經過校準的專業(yè)設備，并嚴格遵循標準化的測試方法。

一、 檢測項目

光通量檢測并非單一指標的測量，而是一個包含多項關鍵參數的系統(tǒng)性過程。

1. 總光通量：指光源在單位時間內向整個空間輻射并被人眼所感知的光能總量，單位為流明。這是評價光源發(fā)光效率（lm/W）的核心依據。

2. 光通量維持率：表征光源在特定燃點時間后的光通量與其初始光通量的比值，以百分比表示。該參數是評估光源壽命和光衰特性的關鍵指標。

3. 光譜功率分布：描述光源在不同波長上的輻射功率分布。SPD是計算色度參數的基礎，直接影響光色品質。

4. 相關色溫：定義為與光源光色最接近的黑體輻射體的絕對溫度，單位為開爾文。用于區(qū)分光源的冷暖和光色感覺。

5. 顯色指數：定量評價光源顯色性的參數，即與參考光源相比，光源對物體顏色的還原能力。特殊顯色指數R9（飽和紅色）對LED光源的評價尤為重要。

6. 色品坐標：在色度圖上表示光源顏色的坐標值，通常采用CIE 1931 XYZ色度系統(tǒng)的(x, y)坐標或CIE 1976 UCS色度系統(tǒng)的(u', v')坐標。

7. 空間顏色均勻性：對于燈具或集成式光源，評估其在不同方向發(fā)光時色溫與色坐標的一致性。

8. 光效：光源發(fā)出的總光通量與所消耗的電功率之比，單位為流明每瓦。是衡量光源能源利用效率的核心指標。

二、 檢測范圍

光通量檢測技術適用于各類電光源產品，主要涵蓋以下樣品類型：

1. LED燈：包括LED球泡燈、LED燈管、LED射燈、LED PAR燈、LED平面燈等替換型光源產品。

2. 光引擎：指包含LED封裝或模塊、LED驅動器、以及光學、熱學、機械和電氣元件的集成組合。它是燈具的核心發(fā)光部件，但自身通常不具備最終安裝和連接的所有部件。

3. LED燈具：完整的產品，包括一個或多個光源、以及為光源供電、定位、防護所需的全部部件。例如LED路燈、LED工礦燈、LED教室燈、LED臺燈、LED投光燈等。

4. 傳統(tǒng)光源：如熒光燈、高強度氣體放電燈、鹵鎢燈、白熾燈等，其光通量檢測方法與LED光源原理相通，但需注意其電氣和光學特性的差異。

5. 模塊與陣列：獨立的LED模塊或為特定應用組裝的LED陣列。

三、 標準方法

為確保檢測結果的準確性、復現性和可比性，檢測工作必須嚴格遵循國際、國家及行業(yè)標準。

1. 國際標準：

   • CIE S025/E:2015：《LED燈、LED燈具和LED模塊的測試方法》。這是目前國際上最為權威和全面的LED產品光電性能測試標準，對測試條件、儀器要求和程序作出了詳細規(guī)定。

   • IES LM-79-19：《固態(tài)照明產品的電氣和光度測量》。該標準規(guī)定了SSL產品在穩(wěn)態(tài)工作條件下的絕對光度、色度和電參數的測試方法。

   • IES LM-80-20：《LED光源光通量維持的測量方法》。該標準規(guī)定了測量LED封裝、模塊和陣列光通量隨時間和溫度衰減的方法。

   • IEC 62301：《家用電器待機功耗的測量》中關于功率測量的部分，常被引用作為電參數測量的依據。

   • IEC/PAS 62612：針對自鎮(zhèn)流LED燈的性能規(guī)范，其中包含了光通量和光通量維持率的測試要求。

2. 中國國家標準：

   • GB/T 24824-2021：《普通照明用LED產品和相關設備 術語和定義》。提供了統(tǒng)一的術語基礎。

   • GB/T 24825-2022：《LED模塊用直流或交流電子控制裝置 性能規(guī)范》。涉及驅動器的測試。

   • GB/T 29293-2012：《LED燈性能測試方法》。詳細規(guī)定了LED燈的光電性能測試方法。

   • GB/T 9468-2008：《燈具分布光度測量的一般要求》。適用于燈具的空間光分布（包括總光通量）的測量。

   • GB 17625.1, GB/T 17743：電磁兼容系列標準，雖不直接測量光通量，但產品需在此類標準規(guī)定的條件下進行光電測試，以確保結果的代表性。

四、 檢測儀器

實現精確的光通量檢測，需要依托于高精度的專業(yè)儀器設備構成的測試系統(tǒng)。

1. 積分球系統(tǒng)：

   • 功能：用于測量光源的總光通量、光譜功率分布、色溫、顯色指數等參數。其原理是利用球體內壁的漫反射特性，將光源發(fā)出的空間非均勻光輻射混合成均勻的漫射光，通過球壁上的探測器進行測量。

   • 核心組件：

     • 積分球：直徑從幾十厘米到數米不等，其尺寸需大于被測樣品尺寸的特定倍數，以減小自吸收效應。內壁涂有高反射率、漫反射特性穩(wěn)定的硫酸鋇或聚四氟乙烯材料。

     • 光譜輻射計：作為探測器，接收球體內的混合光并分析其光譜組成，進而計算出所有光色參數。

     • 輔助燈：用于進行系統(tǒng)的自吸收校正，這是保證LED等非傳統(tǒng)光源測量準確度的關鍵步驟。

   • 適用性：最適合測量光分布接近朗伯體或分布較為簡單的光源和光引擎。對于強方向性燈具，測量誤差較大。

2. 分布光度計（ goniospectrophotometer ）：

   • 功能：這是測量燈具和具有復雜光分布光源的最精確設備。它通過測量光源在空間各個方向上的光強分布，通過積分計算得到總光通量，同時能獲得配光曲線、空間顏色分布等全方位數據。

   • 類型：

     • C-γ 型：樣品繞垂直軸和水平軸旋轉。

     • 鏡筒式：探測器繞固定樣品在大型圓周軌道上運動。

   • 核心組件：精密機械轉臺系統(tǒng)、高精度光度探頭或光譜輻射計、距離可調的光度導軌、數據采集與處理系統(tǒng)。

   • 適用性：是測量各類燈具，尤其是室外照明、工業(yè)照明燈具光通量的標準設備。測試周期較長，對環(huán)境暗室要求極高。

3. 穩(wěn)壓電源和電參數測量儀：

   • 功能：為被測樣品提供穩(wěn)定、純凈的額定電壓，并實時精確測量其輸入電壓、電流、功率、功率因數等電參數。光效的計算依賴于光通量和電功率的同步精確測量。

4. 熱特性監(jiān)測系統(tǒng)：

   • 功能：LED的光學性能對結溫極為敏感。在測試過程中，需使用熱電偶或熱成像儀監(jiān)測樣品關鍵部位（如焊點、散熱器）的溫度，確保測試在熱穩(wěn)定狀態(tài)下進行，并使結果具有可比性。

5. 環(huán)境控制設備：

   • 功能：檢測需在恒溫恒濕的環(huán)境中進行，通常要求溫度為25±1°C，濕度小于65% RH?？諝饬鲃右残杩刂疲员苊鈱悠飞嵩斐捎绊?。

綜上所述，LED燈、光引擎及燈具的光通量檢測是一項綜合性技術，需根據被測樣品的類型和檢測目的，選擇合適的標準、儀器和方法。積分球系統(tǒng)以其快速、便捷的優(yōu)勢，廣泛應用于光源和光引擎的總光通量和光色參數測量；而分布光度計則以其空間測量的全面性和高精度，成為燈具光通量檢測的權威手段。嚴格的溫控、穩(wěn)流的電參數測量以及標準化的操作流程，是確保所有檢測數據準確可靠的根本保障。