نظام مقياس الزوايا عالي الدقة: التطبيق والتحليل الفني في اختبار الأداء البصري الشامل للمصابيح

الملخص
في مجالات تصميم هندسة الإضاءة، وبحث وتطوير وحدات الإنارة، ومراقبة الجودة، تُعدّ خصائص التوزيع المكاني للأداء البصري لوحدات الإنارة الأساسَ لتقييم تأثيرات الإضاءة، وضمان سلامة الاستخدام، وتحقيق أهداف توفير الطاقة. تواجه معدات الاختبار الضوئي التقليدية صعوبةً في التقاط النمط المنتظم لتوزيع شدة الإضاءة لوحدات الإنارة في الفضاء ثلاثي الأبعاد. ومع ذلك، أصبح نظام مقياس الزوايا الضوئية، بمزاياه التقنية المتمثلة في "المسح المكاني عالي الدقة + الحساب المتزامن متعدد المعلمات"، جهازًا رئيسيًا لحل هذه المشكلة. تتناول هذه الورقة البحثية... LISUN LSG-1890B نظام مقياس الزوايا الضوئي عالي الدقة (منحنى توزيع شدة الإضاءة) كهدف بحثي، يشرح هذا الكتاب بشكل منهجي مبادئه التقنية وسيناريوهات تطبيقه في اختبار 15 معيارًا أساسيًا، مثل بيانات شدة الإضاءة، والتدفق الضوئي الإقليمي، وكفاءة الإنارة، وتصنيف الوهج. إلى جانب تحليل بنية الأجهزة والتحقق من بيانات القياس الفعلية، يُبرز الكتاب دقة وموثوقية هذا الجهاز في اختبار مصابيح LED ومصابيح HID ومصادر الإضاءة الأخرى، مما يوفر مرجعًا احترافيًا لحلول اختبار الأداء البصري في صناعة الإضاءة.

1. مقدمة
مع شيوع تقنية إضاءة LED وازدياد الطلب على الإضاءة الخاصة (مثل إضاءة الطرق والأنفاق والإضاءة الصناعية)، لم يعد الأداء البصري للمصابيح يقتصر على تدفق ضوئي واحد أو مؤشر استضاءة واحد، بل يمتد إلى "قانون توزيع الضوء في الفضاء". على سبيل المثال، يجب أن تضمن مصابيح الطرق أن تُشكل شدة الإضاءة بقعة ضوء مستطيلة موحدة على سطح الطريق، ويجب أن تتجنب مصابيح الأنفاق إجهاد الرؤية الناتج عن تناوب الضوء والظلام. تعتمد جميع هذه المتطلبات على الاختبار الدقيق لتوزيع شدة الإضاءة ثلاثي الأبعاد للمصابيح. وبصفته جهازًا مصممًا خصيصًا لقياس توزيع شدة الإضاءة المكانية لمصادر الضوء، يمكن لنظام مقياس الزاوية الضوئية إنشاء "منحنى توزيع شدة الإضاءة" الذي يعكس خصائص إشعاع الضوء للمصابيح من خلال تنسيق البنية الميكانيكية والكشف البصري. وبناءً على هذا المنحنى، فإنه يمكن حساب المعلمات الرئيسية مثل التدفق الضوئي الإقليمي، وعامل الاستخدام، وتقييم الوهج، مما يوفر دعم البيانات لتصميم نظام الإضاءة وتحسين أداء المصباح.

(أراضي البوديساتفا) LSG-1890B نظام مقياس الزوايا عالي الدقة الذي طورته LISUN يعتمد تكوينًا مشتركًا لكاشف درجة الحرارة الثابتة ومحرك سيرفو ميتسوبيشي الياباني وفك تشفير ألماني، بدقة زاوية تبلغ 0.1 درجة، مما يمكنه تلبية متطلبات المعايير الدولية مثل CIE-70 و LM-79-19هذا النظام مناسب لاختبار وحدات الإنارة الكبيرة التي يصل قطرها إلى 2000 مم ووزنها 60 كجم. سيُحلل هذا البحث القيمة التقنية والتطبيقية الصناعية لهذا النظام من أربعة أبعاد: البنية التقنية للمعدات، ومبادئ اختبار المعاملات الأساسية، وسيناريوهات التطبيق النموذجية، والتحقق من الأداء.

2. مبادئ الهندسة التقنية والاختبار LISUN LSG-1890B نظام Goniophotometer
2.1 بنية الأجهزة الأساسية
قدرة الاختبار عالية الدقة LISUN LSG-1890B ينبع نظام Goniophotometer من تصميمه المعياري للأجهزة، والذي يتضمن بشكل أساسي أربعة أنظمة أساسية:
نظام نقل الحركة الميكانيكي: يعمل بمحرك سيرفو ياباني من ميتسوبيشي، ومجهز بفك تشفير ألماني عالي الدقة، مما يُحقق تحكمًا دقيقًا في زاوية دوران المصباح. تدعم كلٌّ من زاوية γ (الدوران في المستوى الرأسي) وزاوية C (الدوران في المستوى الأفقي) ضبطًا بمقدار ±180 درجة (أو من 0 إلى 360 درجة)، بدقة زاوية تبلغ 0.1 درجة. يضمن هذا اتساق تباعد الخطوات واستقرار الموضع أثناء المسح المكاني، مما يمنع تداخل الأخطاء الميكانيكية مع نتائج اختبار شدة الإضاءة.

نظام الكشف البصري: مُجهّز بكاشف ضوئي ثابت الحرارة من الفئة A من CIE (كاشف عالي الدقة من الفئة L اختياري). يمكن تزويده بكاشفات من سلسلة الأشعة فوق البنفسجية (UVA: 320~400 نانومتر، UVB: 275~320 نانومتر، UVC: 200~275 نانومتر) أو كاشفات للضوء المرئي (VIS: 380~780 نانومتر) وفقًا لمتطلبات الاختبار. يُقلّل تصميم درجة الحرارة الثابتة بفعالية من تأثير تقلبات درجة الحرارة المحيطة على حساسية الكاشف، مما يضمن ثبات القراءة أثناء الاختبارات طويلة المدى (على سبيل المثال، يستغرق مسح كامل المساحة لوحدات الإنارة الكبيرة من ساعة إلى ساعتين).

نظام جمع ومعالجة البيانات: يتصل البرنامج بالكمبيوتر عبر واجهة RS485/USB، ويدعم أنظمة Win7 وWin11. يجمع البرنامج بيانات شدة الإضاءة آنيًا، ويحسب تلقائيًا معلمات مثل التدفق الضوئي الإقليمي وكفاءة المصباح. يحتوي البرنامج على خوارزمية معايرة بيانات مدمجة، تُصحح أخطاء النظام بناءً على قيمة معايرة مصباح قياسي (مثل مصباح SLS-150W القياسي)، مما يُحسّن دقة الاختبار.

نظام التثبيت والتكييف: مُجهّز بوحدة اختبار متعددة الوظائف، تدعم اختبار B-β ثنائي الذراع (مناسب للمصابيح المتماثلة) واختبار C-γ أحادي الذراع (مناسب للمصابيح غير المتماثلة). يُمكن تثبيت مصابيح بقطر أقصى يبلغ 2000 مم ووزن 60 كجم، مما يُلبي احتياجات اختبار المصابيح الكبيرة مثل مصابيح الطرق، ومصابيح الأنفاق، والمصابيح الصناعية.

2.2 مبادئ اختبار المعلمات الأساسية
يعتمد نظام مقياس الزاوية الضوئية على توليد منحنى توزيع شدة الإضاءة من خلال "مسح شدة الإضاءة في كامل الفضاء"، ثم استنباط 15 معلمة أساسية بناءً على منحنى توزيع شدة الإضاءة والخوارزميات القياسية ذات الصلة. وتتمثل المبادئ المحددة فيما يلي:
بيانات شدة الإضاءة وتوزيعها: شدة الإضاءة (الوحدة: cd) هي شدة إضاءة المصباح في اتجاه محدد. LSG-1890B يتحكم هذا النظام بالدوران في المصباح بخطوة ثابتة (مثلاً، درجة واحدة لكل خطوة) ضمن نظام إحداثيات C-γ، ويجمع الكاشف الضوئي قيم شدة الإضاءة في اتجاهات مختلفة نقطةً بنقطة لتشكيل مصفوفة توزيع شدة إضاءة ثلاثية الأبعاد. بعد ذلك، يُولَّد منحنى توزيع شدة الإضاءة بالإحداثيات القطبية أو الديكارتية (مثل منحنى توزيع شدة الإضاءة "الخفاشية" لمصابيح الطرق).

التدفق الضوئي الإقليمي وكفاءة المصباح: التدفق الضوئي الإقليمي هو إجمالي التدفق الضوئي لمصباح في منطقة مكانية محددة (الوحدة: لومن)، ويُحسب بدمج توزيع شدة الإضاءة داخل الزاوية الصلبة المقابلة. كفاءة المصباح هي نسبة التدفق الضوئي الإقليمي إلى طاقة دخل المصباح (الوحدة: لومن/واط)، مما يعكس كفاءة المصباح في تحويل الطاقة الكهربائية إلى طاقة ضوئية. LSG-1890B يمكن جمع طاقة الإدخال للمصباح بشكل متزامن (مع عداد طاقة خارجي) وحساب قيمة الكفاءة تلقائيًا.

تصنيف الوهج (UGR) ومنحنى حد السطوع: يُحسب تصنيف الوهج بناءً على معيار CIE 117. من خلال تحليل توزيع شدة الإضاءة للوحدة ضمن نطاق زاوية رؤية المُشاهد، يُقيّم مدى انزعاج العين البشرية من الضوء (كلما انخفضت قيمة UGR، انخفض الوهج؛ وعادةً ما تتطلب الإضاءة الداخلية UGR ≤ 19). منحنى حد السطوع هو "الحد الأقصى لشدة الإضاءة الذي لا يُسبب وهجًا" المُشار إليه على منحنى توزيع شدة الإضاءة، مما يُوفر أساسًا لتصميم ارتفاع تركيب الوحدة وتباعدها.

منحنى تساوي الإضاءة وأقصى نسبة مسموح بها للتباعد والارتفاع: منحنى تساوي الإضاءة هو رسم بياني بديهي يحوّل توزيع شدة الإضاءة إلى توزيع إضاءة الأرض (على سبيل المثال، يُعدّ "التغطية المنتظمة لسطح الطريق بخطوط تساوي الإضاءة" شرطًا أساسيًا في إضاءة الطرق). أقصى نسبة مسموح بها للتباعد والارتفاع (S/H) هي نسبة تباعد تركيبات الإنارة (S) إلى ارتفاع التركيب (H)، والتي تُحدَّد بنسبة إضاءة الحافة إلى الإضاءة المركزية لمنحنى تساوي الإضاءة (على سبيل المثال، تتطلب مصابيح الطرق عادةً نسبة S/H ≤ 3.5 لضمان تساوي إضاءة سطح الطريق).

مؤشر كفاءة الطاقة (EEI): مؤشر كفاءة الطاقة هو مؤشر دولي لقياس كفاءة الطاقة في وحدات الإنارة، ويُحسب بناءً على التدفق الضوئي، وقوة الإدخال، وتوزيع شدة الإضاءة، بما يتماشى مع متطلبات معيار الاتحاد الأوروبي 2019/2015. LSG-1890B يمكن إخراج قيمة EEI مباشرة، والتي تستخدم لتحديد ما إذا كان المصباح يتوافق مع لوائح كفاءة الطاقة في الاتحاد الأوروبي.

3. قدرات اختبار المعلمات الأساسية وسيناريوهات التطبيق LISUN LSG-1890B نظام Goniophotometer
3.1 تغطية شاملة لاختبار المعلمات واختيار الكاشف
(أراضي البوديساتفا) LISUN LSG-1890B يُمكّن نظام مقياس الزوايا الضوئية من إجراء اختبار متزامن لخمسة عشر معلمة أساسية، ويدعم اختيار أنواع مختلفة من الكاشفات لتلبية احتياجات اختبار مصادر الضوء المرئي والأشعة فوق البنفسجية. يوضح الجدول التالي نطاق اختبار المعلمات ومخطط اختيار الكاشف لهذا الجهاز:

فئة الاختبار	المعلمات الأساسية	اختبار مبدأ	الكواشف الاختيارية والسيناريوهات القابلة للتطبيق
المعلمات الضوئية الأساسية	بيانات شدة الإضاءة، توزيع شدة الإضاءة، التدفق الضوئي الإقليمي، كفاءة المصباح	مسح شدة الإضاءة + الحساب التكاملي	كاشف CIE Class A القياسي (مناسب لمصابيح الضوء المرئي مثل مصابيح LED ومصابيح HID والمصابيح الفلورية)
معايير الراحة البصرية	توزيع السطوع (اختياري)، تصنيف الوهج (UGR)، منحنى حد السطوع	توزيع شدة الإضاءة + خوارزمية CIE 117	كاشف عالي الدقة اختياري من الفئة L (مناسب للإضاءة الداخلية ومصابيح الإضاءة التجارية)
معايير تصميم الإضاءة	منحنى الإضاءة المتساوية، الحد الأقصى المسموح به لنسبة المسافة إلى الارتفاع، منحنى المصباح مقابل مساحة الإضاءة، منحنى شدة الإضاءة المتساوية	توزيع شدة الإضاءة → تحويل الإضاءة	كاشف قياسي (مناسب للمصابيح الخارجية مثل مصابيح الطرق ومصابيح الأنفاق)
معايير تقييم الأداء	زاوية الإضاءة الفعالة (EEI)	تحديد حدود توزيع شدة الإضاءة + خوارزمية كفاءة الطاقة	كاشف قياسي (مناسب لجميع المصابيح التي تتطلب شهادة كفاءة الطاقة)
المعلمات الخاصة للأشعة فوق البنفسجية	توزيع شدة الضوء فوق البنفسجي، التدفق الإشعاعي الإقليمي للأشعة فوق البنفسجية	مسح شدة الضوء في نطاق الأشعة فوق البنفسجية	اختياري PHOTO-UVA-A/B/C كاشف (مناسب لمصابيح التطهير بالأشعة فوق البنفسجية ومصابيح المعالجة بالأشعة فوق البنفسجية)

3.2 تحليل سيناريوهات التطبيق النموذجية
البحث والتطوير واختبار الشهادات لمصابيح الطرق LED
يجب أن تلبي مصابيح الطرق متطلبات "توزيع شدة الإضاءة بشكل موحد، وهج منخفض، وكفاءة عالية في استخدام الطاقة". يمكن إجراء الاختبارات التالية باستخدام: LSG-1890B نظام مقياس الزوايا الضوئية:
اختبار توزيع شدة الإضاءة: إنشاء منحنى توزيع شدة الإضاءة على شكل "جناح الخفاش" لمصابيح الطريق لضمان التوزيع الموحد لشدة الإضاءة في الاتجاه الأفقي للطريق (زاوية C 0°~180°) وتجنب الإضاءة غير الكافية عند حافة الطريق؛

اختبار منحنى الإضاءة المتساوية: محاكاة السيناريو حيث يكون ارتفاع تركيب المصباح 3.5 متر والمسافة 10 متر، وإخراج منحنى الإضاءة المتساوية لسطح الطريق، والتحقق من أن الإضاءة المركزية ≥20lx والتوحيد ≥0.4 (بما يتماشى مع معيار GB/T 24907-2020)؛

اختبار كفاءة الطاقة (EEI): احسب قيمة كفاءة الطاقة (EEI) للمصباح للتأكد من أنها ≤ 0.7 (بما يتوافق مع لوائح كفاءة الطاقة الأوروبية ERP). قام أحد مصنعي مصابيح الطرق بتحسين تصميم توزيع شدة الإضاءة باستخدام هذا الجهاز، مما أدى إلى زيادة كفاءة المصباح من 75 لومن/واط إلى 92 لومن/واط، ونجح في اجتياز شهادة CE الأوروبية.

اختبار توزيع ضوء مصباح التعقيم بالأشعة فوق البنفسجية
يعتمد التأثير القاتل للبكتيريا لمصابيح التعقيم بالأشعة فوق البنفسجية على التوزيع المكاني لشدة الأشعة فوق البنفسجية (على سبيل المثال، يجب أن تضمن مصابيح UVC شدة إضاءة ≥ 20 ميكروواط/سم² على مسافة متر واحد). بعد تجهيز LSG-1890B مع PHOTO-UVC-A الكاشف، يمكن إكمال الاختبارات التالية:

اختبار توزيع شدة الضوء فوق البنفسجي: امسح قيم شدة الضوء فوق البنفسجي عند زاوية C 0°~360° وزاوية γ -90°~90° لإنشاء خريطة توزيع شدة الضوء ثلاثية الأبعاد؛

حساب التدفق الإشعاعي الإقليمي: احسب التدفق الإشعاعي للأشعة فوق البنفسجية لمصباح التعقيم في مساحة "1م × 1م" لتقييم مدى تغطية التعقيم. اختبرت شركة معدات طبية مصابيح تعقيم بالأشعة فوق البنفسجية باستخدام هذا الجهاز، ووجدت أن شدة ضوء الأشعة فوق البنفسجية تتضاءل عند زاوية γ مقدارها 30 درجة. عدّلت الشركة ترتيب خرزات المصباح في الوقت المناسب، مما زاد من معدل تغطية التعقيم بنسبة 20%.

اختبار التحكم في الوهج لمصابيح الإضاءة التجارية الداخلية
تتطلب الإضاءة التجارية (مثل مراكز التسوق والمباني المكتبية) متطلبات صارمة فيما يتعلق بالوهج (UGR ≤ 16). بعد تجهيز LSG-1890B باستخدام جهاز الكشف عالي الدقة من الفئة L، يمكن القيام بما يلي:
• اختبار تصنيف الوهج (UGR): محاكاة وضعية جلوس المراقب (ارتفاع خط الرؤية 1.2 متر)، وحساب شدة الإضاءة للمصباح ضمن نطاق زاوية رؤية المراقب، والحصول على قيمة تصنيف الوهج (UGR)؛
اختبار منحنى حد السطوع: حدّد حد شدة الإضاءة المقابل لـ "UGR = 16" على منحنى توزيع شدة الإضاءة لتوجيه تصميم قناع الإنارة (مثل إضافة طبقة غير لامعة لتقليل شدة الإضاءة عند الزوايا العالية). خفّضت إحدى شركات الإضاءة حدّ الإضاءة للثريات التجارية من 22 إلى 15 من خلال هذا الاختبار، مما حسّن راحة الرؤية.

4. التحقق من الأداء والامتثال للمعايير LISUN LSG-1890B نظام Goniophotometer
4.1 بيانات التحقق من الدقة
للتحقق من دقة الاختبار LSG-1890B تم اختيار نظام مقياس الزوايا الضوئية، وهو "مصباح قياسي SLS-150W" (مُعاير من قِبل المعهد الوطني للمترولوجيا، بقيمة شدة إضاءة قياسية 1000cd@C=0°، γ=0°) للاختبار. النتائج موضحة في الجدول التالي:

معلمة الاختبار	القيمة القياسية	القيمة المتوسطة المقاسة	الانحراف	المتطلبات القياسية
شدة الإضاءة (cd) @C=0°، γ=0°	1000	998.5	±1.5cd	يسمح كاشف CIE Class A بانحراف ±2%
التدفق الضوئي الإقليمي (لومن) (C=0°~180°، γ=-90°~90°)	5000	4992	±8 لومن	يسمح بانحراف ±0.5%
كفاءة الإنارة (لومن/واط) (طاقة الإدخال 50 واط)	100	99.8	±0.2 لومن/واط	يسمح بانحراف ±0.3%
تصنيف الوهج (UGR) (سيناريو محاكاة التثبيت الداخلي)	18	18.1	± 0.1	يسمح بانحراف ±0.5
زاوية الإضاءة الفعالة (°)	120	119.5	± 0.5 °	يسمح بانحراف ±1 درجة

يمكن ملاحظة من البيانات أن الانحراف المقاس لكل معلمة أقل من المتطلب القياسي، مما يثبت أن LSG-1890B يتمتع نظام Goniophotometer بقدرات اختبار عالية الدقة ومستقرة.

4.2 الامتثال للمعايير
(أراضي البوديساتفا) LISUN LSG-1890B يتوافق نظام Goniophotometer بشكل صارم مع المعايير الدولية والمحلية المعتمدة لضمان عالمية واعتراف نتائج الاختبار:
• اختبار توزيع شدة الإضاءة: يتوافق مع CIE-70 "قياس توزيع شدة الإضاءة المطلقة" و LM-79-19 "القياسات الضوئية والكهربائية لمنتجات الإضاءة ذات الحالة الصلبة"؛
• اختبار القياس الضوئي للمصابيح: يتوافق مع IES-LM-75 "الاختبار الفوتومتري للمصابيح" و EN13032-1 البند 6.1.1.3 "المصابيح والإضاءة - قياس وعرض البيانات الضوئية للمصابيح والوحدات الضوئية - الجزء 1: القياس وتنسيق الوثيقة"؛
• اختبار كفاءة الطاقة: يتوافق مع "لائحة كفاءة طاقة مصابيح الاتحاد الأوروبي 2019/2020" وGB 19573-2021 "الحد الأدنى المسموح به لقيم كفاءة الطاقة ودرجات كفاءة الطاقة لمصابيح الصوديوم عالية الضغط"؛
• اختبار الأشعة فوق البنفسجية: يتوافق مع متطلبات الاختبار الخاصة بتدفق الأشعة فوق البنفسجية في GB/T 19258-2012 "مصابيح الجراثيم فوق البنفسجية".

5. الاستنتاجات 
(أراضي البوديساتفا) LISUN LSG-1890B نظام قياس الزوايا عالي الدقة يُجري هذا النظام اختبارات شاملة لخمسة عشر معيارًا أساسيًا للأداء البصري لوحدات الإنارة، وذلك من خلال حل تقني يجمع بين "النقل الميكانيكي عالي الدقة + الكشف البصري بدرجة حرارة ثابتة + تكامل الخوارزميات المتعددة". ويعالج هذا النظام مشاكل المعدات التقليدية، مثل "عدم اكتمال اختبار المعايير، والأخطاء الميكانيكية الكبيرة، وضعف القدرة على التكيف"، ويوفر دعمًا شاملًا لعمليات الاختبار في قطاع الإضاءة، بدءًا من البحث والتطوير والإنتاج وحتى الحصول على الشهادات. ولا يقتصر تطبيقه في مجالات مثل مصابيح الطرق، ومصابيح التعقيم بالأشعة فوق البنفسجية، ووحدات الإنارة التجارية، على تحسين أداء وحدات الإنارة وموثوقيتها فحسب، بل يوفر أيضًا دعمًا دقيقًا للبيانات الضوئية لتصميم هندسة الإضاءة.

العلامات:LSG-1890B