道路照明用LED燈光通量檢測(cè)技術(shù)

一、檢測(cè)原理

光通量是衡量LED燈發(fā)出的可見(jiàn)光總量的物理量，單位為流明。其檢測(cè)核心依據(jù)輻射度學(xué)和光度學(xué)原理。LED光源發(fā)出的輻射能量經(jīng)光譜輻射計(jì)探測(cè)，獲得其光譜功率分布。人眼對(duì)不同波長(zhǎng)光的視覺(jué)靈敏度不同，由明視覺(jué)光譜光視效率函數(shù)描述。光通量通過(guò)對(duì)光譜功率分布在380nm至780nm波長(zhǎng)范圍內(nèi)進(jìn)行積分，并加權(quán)計(jì)算得出。

積分球法是實(shí)現(xiàn)總光通量測(cè)量的關(guān)鍵技術(shù)。被測(cè)燈置于積分球中心，其發(fā)出的光線在球體內(nèi)壁經(jīng)過(guò)多次漫反射，在球壁上形成均勻的照度。通過(guò)安裝在球壁上的光譜輻射計(jì)或搭配濾光片的光度探頭測(cè)量此照度，結(jié)合積分球的總表面積，即可計(jì)算出光源發(fā)出的總光通量。此過(guò)程需考慮光源自吸收效應(yīng)，通過(guò)使用已知光通量的標(biāo)準(zhǔn)燈進(jìn)行校準(zhǔn)來(lái)修正。

二、檢測(cè)項(xiàng)目

道路照明LED燈的檢測(cè)項(xiàng)目需系統(tǒng)評(píng)估其光電、色度及可靠性性能。

1. 光電參數(shù)檢測(cè)：

   • 總光通量：光源發(fā)出的總可見(jiàn)光量。

   • 光效：光通量與輸入電功率之比，單位流明/瓦，是能效核心指標(biāo)。

   • 光強(qiáng)分布：光源在空間各個(gè)方向上的光強(qiáng)分布，用于計(jì)算燈具配光。

   • 燈具效率：燈具出射光通量與燈具內(nèi)所有光源總光通量之比。

2. 色度參數(shù)檢測(cè)：

   • 色品坐標(biāo)：在CIE色度圖上表征光的顏色。

   • 相關(guān)色溫：光源發(fā)光顏色與黑體輻射相近時(shí)的溫度，單位開(kāi)爾文。

   • 顯色指數(shù)：光源顯色性的度量，特別是特殊顯色指數(shù)對(duì)道路安全至關(guān)重要。

   • 色容差：表征光源色品坐標(biāo)與其標(biāo)稱值的偏差。

3. 電氣與熱學(xué)參數(shù)檢測(cè)：

   • 輸入功率：燈具在額定電壓下的實(shí)際消耗功率。

   • 功率因數(shù)：反映有效用電效率。

   • 熱阻及結(jié)溫：LED芯片到環(huán)境的熱阻及工作結(jié)溫，直接影響光衰與壽命。

4. 壽命與可靠性檢測(cè)：

   • 光通維持率：在額定條件下點(diǎn)燃規(guī)定時(shí)間后的光通量與初始光通量之比。

   • 加速壽命測(cè)試：在嚴(yán)苛條件下加速材料老化，預(yù)測(cè)實(shí)際使用壽命。

三、檢測(cè)范圍

道路照明LED燈檢測(cè)覆蓋從芯片、光源模組到整燈的各個(gè)層級(jí)，并延伸至不同應(yīng)用場(chǎng)景。

• 組件級(jí)：LED芯片、COB模組的光通量、色溫、顯色指數(shù)。

• 光源級(jí)：集成封裝LED燈珠、燈絲的光電色參數(shù)。

• 燈具級(jí)：完整道路照明燈具的總光通量、光強(qiáng)分布、燈具效率、色度均勻性。

• 系統(tǒng)級(jí)：在隧道、主干道、次干道、支路等實(shí)際應(yīng)用場(chǎng)景下的路面照度、亮度、均勻度及眩光指數(shù)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量。

四、檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)

國(guó)內(nèi)外標(biāo)準(zhǔn)為檢測(cè)提供規(guī)范性依據(jù)，主要標(biāo)準(zhǔn)對(duì)比如下：

五、檢測(cè)方法

1. 積分球法（總光通量）：

   • 操作要點(diǎn)：確保被測(cè)燈與標(biāo)準(zhǔn)燈物理尺寸、發(fā)光特性相近；精確校準(zhǔn)積分球系統(tǒng)；正確進(jìn)行自吸收修正；測(cè)試時(shí)需待光源光電參數(shù)穩(wěn)定。

   • 適用性：適用于快速測(cè)量總光通量、色溫、顯色指數(shù)，尤其適合對(duì)稱光源。對(duì)大型、非對(duì)稱燈具測(cè)量誤差較大。

2. 分布光度法（空間光強(qiáng)分布）：

   • 操作要點(diǎn)：在暗室中進(jìn)行，保證足夠測(cè)試距離；精確對(duì)準(zhǔn)燈具發(fā)光中心與轉(zhuǎn)臺(tái)中心；控制環(huán)境溫度穩(wěn)定；采用恒流源供電。

   • 方法分類：

     • 照度積分法：在已知距離測(cè)量照度分布，計(jì)算光強(qiáng)。

     • 光度學(xué)成像法：使用成像亮度計(jì)直接測(cè)量光源亮度分布，效率高。

   • 適用性：是測(cè)量燈具光強(qiáng)分布、燈具效率、利用系數(shù)的基準(zhǔn)方法，結(jié)果精確但耗時(shí)。

3. 現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量法：

   • 操作要點(diǎn)：選擇具有代表性的路段；在網(wǎng)格布點(diǎn)上使用照度計(jì)或亮度計(jì)測(cè)量；夜間無(wú)環(huán)境光干擾時(shí)進(jìn)行；記錄環(huán)境溫濕度。

   • 適用性：直接評(píng)估照明工程實(shí)際效果，驗(yàn)證設(shè)計(jì)目標(biāo)。

六、檢測(cè)儀器

1. 積分球系統(tǒng)：核心為高反射率、高漫反射性內(nèi)涂層積分球，搭配光譜輻射計(jì)。系統(tǒng)需具備高線性度、低雜散光特性，并集成穩(wěn)流電源。

2. 分布光度計(jì)：由精密機(jī)械轉(zhuǎn)臺(tái)、高精度光度探頭或光譜輻射計(jì)、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)組成。轉(zhuǎn)臺(tái)需具備多軸轉(zhuǎn)動(dòng)能力，以覆蓋燈具所有發(fā)光方向。

3. 光譜輻射計(jì)：采用光柵分光與陣列探測(cè)器，可快速獲取完整光譜，是測(cè)量光通量、色參數(shù)的基準(zhǔn)儀器。

4. 成像亮度計(jì)：通過(guò)校準(zhǔn)的CCD或CMOS傳感器，可一次性測(cè)量整個(gè)場(chǎng)景的亮度分布，用于光強(qiáng)分布測(cè)量及眩光分析。

5. 照度計(jì)：使用經(jīng)光譜響應(yīng)校正的硅光電探測(cè)器，用于現(xiàn)場(chǎng)照度測(cè)量。

七、結(jié)果分析

1. 數(shù)據(jù)有效性判斷：首先檢查測(cè)量數(shù)據(jù)是否符合標(biāo)準(zhǔn)要求，如信噪比、線性范圍、校準(zhǔn)有效期。

2. 性能參數(shù)計(jì)算：依據(jù)標(biāo)準(zhǔn)公式計(jì)算光通量、光效、色品坐標(biāo)、相關(guān)色溫、顯色指數(shù)等。

3. 與標(biāo)準(zhǔn)限值對(duì)比：將計(jì)算結(jié)果與目標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)（如GB 30255, ENERGY STAR）或技術(shù)規(guī)格書(shū)中的限值進(jìn)行對(duì)比，判斷是否合格。

4. 光強(qiáng)分布分析：繪制等光強(qiáng)曲線、光強(qiáng)分布曲線，計(jì)算光束角、燈具效率，評(píng)估配光類型是否適用于目標(biāo)道路。

5. 壽命預(yù)測(cè)分析：根據(jù)加速壽命測(cè)試數(shù)據(jù)，利用Arrhenius模型或指數(shù)衰減模型擬合光衰曲線，推算出在規(guī)定光通維持率下的額定壽命。

6. 不確定性評(píng)估：對(duì)測(cè)量結(jié)果進(jìn)行不確定度分析，考慮標(biāo)準(zhǔn)燈、儀器校準(zhǔn)、測(cè)量重復(fù)性、環(huán)境條件等因素的影響，給出結(jié)果的置信區(qū)間。