مقياس توزيع الضوء الدوراني مقابل مقياس توزيع الضوء ذي المرآة المتحركة: أيهما يناسب مختبرك؟

الملخص
يُعد قياس منحنى شدة الإضاءة خطوة أساسية لتقييم الأداء البصري لوحدات الإضاءة، واعتماد المنتجات، وتصميم محاكاة الإضاءة. وبناءً على هيكل الحركة الميكانيكية، تُقسم أجهزة قياس زاوية الإضاءة بشكل رئيسي إلى نوعين: جهاز قياس زاوية الإضاءة الدوار وجهاز قياس زاوية الإضاءة ذو المرآة المتحركة. ويُظهر هذان النوعان اختلافات واضحة في منطق الحركة الميكانيكية، وقابلية التكيف مع نظام الإحداثيات، ومصدر أخطاء الاختبار. يعتمد جهاز قياس زاوية الإضاءة الدوار على مبدأ اختبار مسبار قياس ضوئي ثابت مع وحدة إضاءة اختبار دوارة. ويمكن للجهاز قيد الاختبار الدوران بشكل مستمر من -180° إلى +180° على طول المحورين الأفقي والرأسي، وتدعم آلية عمله نظامي إحداثيات قياس معياري CIE: C-γ (هيكل أحادي الذراع) وB-β (هيكل ثنائي الذراع). LISUN مقياس زاوية الضوء عالي الدقة LSG-1890B يُعدّ هذا الجهاز مقياسًا نموذجيًا لتوزيع الإضاءة الدوراني. وهو متوافق تمامًا مع مواصفات مقياس توزيع الإضاءة الدوراني من النوع 1، وفقًا للمعيار CIE-70، وLM-79-19، وEN13032-1، البند 6.1.1.3، ويمكنه الحصول على معايير قياس الإضاءة في كامل الفضاء لمختلف منتجات الإضاءة، مثل مصابيح LED، ومصادر إضاءة HID، والمصابيح الفلورية. توضح هذه الورقة مبدأ الاختبار وخصائص الجهاز، وتقارن بين ظروف التطبيق لكل من مقياس توزيع الإضاءة الدوراني ومقياس توزيع الإضاءة ذي المرآة المتحركة، كما توفر مراجع لاختيار الأجهزة المناسبة لمختبرات اختبار الإضاءة.

المقدمة

لضمان جودة منتجات الإضاءة، تُعدّ المعايير الضوئية، مثل منحنى شدة الإضاءة، وتوزيع شدة الإضاءة، والتدفق الضوئي القطاعي، وقيمة الوهج UGR، عوامل حاسمة في تحديد الأداء العملي لوحدات الإضاءة، كما أنها بيانات اختبار إلزامية وفقًا لمعايير الاعتماد المحلية والدولية. وبناءً على الحركة النسبية بين العينة والكاشف، يصنف كل من معيار CIE 121 ومعيار EN13032-1 أجهزة قياس زاوية الإضاءة إلى فئات مختلفة. يشير النوع 1 إلى جهاز قياس زاوية الإضاءة الدوراني، بينما يشير النوع 4 إلى جهاز قياس زاوية الإضاءة الرأسي ذي المرآة المتحركة. يمكن لكلا الجهازين الحصول على بيانات توزيع شدة الإضاءة في كامل الفضاء، إلا أن أنماط الحركة الميكانيكية تؤدي إلى أخطاء منهجية مختلفة. يقوم جهاز قياس زاوية الإضاءة الدوراني بتحريك وحدة الإضاءة المراد اختبارها في دوران ثنائي المحور عبر قرص دوار، بينما يبقى المسبار الضوئي ثابتًا. ومن خلال تغيير وضعية وحدة الإضاءة، يستطيع المسبار التقاط الإشارات الضوئية من جميع الاتجاهات على السطح الكروي. في مقياس توزيع الضوء ذي المرآة المتحركة، يبقى جهاز الإضاءة قيد الاختبار ثابتًا، ويقوم المجس مع المرآة العاكسة بمسح دائري حوله. وتفرض الهياكل المختلفة متطلبات متباينة على ثبات وضعية احتراق عينة الاختبار، وتبديد الحرارة، وأبعاد غرفة التحميض. لذا، يتعين على المختبرات اختيار المعدات المناسبة بناءً على مجموعة المنتجات، والبنود القياسية، وظروف الموقع. وباعتباره نموذجًا نموذجيًا لمقياس توزيع الضوء الدوار، يتميز جهاز LSG-1890B بتوافقه مع نظامي الإحداثيات C-γ وB-β، ويُستخدم على نطاق واسع في اختبارات كشافات الإضاءة، وأجهزة العرض الضوئي، ومصادر الضوء التقليدية ذات التفريغ الغازي.

عالية الدقة دوران اللومينير Goniophotometer LSG 1890B 

مبدأ العمل وميزات الأجهزة الخاصة بمقياس الإضاءة الدوراني

يعتمد مبدأ عمل مقياس الإضاءة الدوراني على تثبيت مسبار قياس الضوء، حيث يتم تدوير وحدة الإضاءة المراد اختبارها مكانيًا بواسطة قرص دوار ثنائي المحور. يستطيع الجهاز قيد الاختبار الدوران بشكل متواصل من -180° إلى +180° على المحورين الأفقي والرأسي، ليغطي زاوية كروية كاملة من 0 إلى 360° دون وجود منطقة عمياء. بفضل تجهيزاته متعددة الوظائف، يمكن للجهاز التبديل بين نمطين قياسيين للقياس: C-γ (بنية أحادية الذراع) وB-β (بنية ثنائية الذراع). يُستخدم نظام الإحداثيات C-γ، المعروف أيضًا بنظام إحداثيات المستوى C، بشكل أساسي في وحدات الإضاءة الداخلية، وأعمدة الإنارة، ومنتجات الإضاءة العامة. أما نظام الإحداثيات B-β فهو مناسب لأضواء الكشافات وأجهزة عرض الملاعب، وهو نظام الإحداثيات الموصى به لاختبارات قياس الضوء لمنتجات العرض عالية الطاقة. إن دعم نظامي إحداثيات على وحدة واحدة يلغي الحاجة إلى استثمارات إضافية لأجهزة اختبار إضافية ويقلل من تكلفة أجهزة المختبر.

LISUN يُجهز مقياس زاوية الإضاءة الدوار LSG-1890B بمسبار ضوئي ثابت الحرارة، ومحرك سيرفو ياباني من شركة ميتسوبيشي، ووحدة فك تشفير ألمانية لضمان دقة التحكم الزاوي أثناء الدوران ثنائي المحور. تصل دقة الزاوية في LSG-1890B إلى 0.1 درجة، بينما تصل في نظيره LSG-1800A إلى 0.2 درجة. المسبار الضوئي القياسي من فئة CIE A، ويتوفر مسبار عالي الدقة من فئة L كخيار إضافي لتقليل انحراف القياس الناتج عن عملية الاستحواذ الكهروضوئي. يتصل النظام بالكمبيوتر عبر منفذ RS485 أو USB. يتوافق برنامج التشغيل ثنائي اللغة (الصينية والإنجليزية) مع أنظمة التشغيل من Windows 7 إلى Windows 11. يمكن تصدير نتائج الاختبار بصيغ ملفات متعددة، بما في ذلك IES وLDT وCIE وCIB وTM4 وCEN وEXCEL. يمكن استيراد ملفات الإخراج مباشرةً إلى برنامج محاكاة الإضاءة DiaLux لإجراء حسابات المحاكاة. تشمل المعايير القابلة للقياس بيانات شدة الإضاءة، وتوزيع شدة الإضاءة، والتدفق الضوئي في المناطق المختلفة، وكفاءة وحدة الإضاءة، ومعامل الاستخدام، ومنحنى تحديد الإضاءة، وتصنيف الوهج UGR، وزاوية الشعاع الفعالة، وEEI، وغيرها من المؤشرات الضوئية الكاملة. تدعم الملحقات الاختيارية اختبار توزيع الإضاءة. بالإضافة إلى ذلك، يمكن تجهيز مقياس توزيع الإضاءة الدوار هذا بمجسات فوق بنفسجية اختيارية مخصصة للأشعة فوق البنفسجية UVA وUVB وUVC لتوسيع نطاق اختبار توزيع الضوء لوحدات إضاءة التعقيم بالأشعة فوق البنفسجية.

مقارنة معلمات النموذج الرئيسي LISUN دوران مقياس الإنارة

بالنسبة لوحدات الإضاءة ذات الأحجام والأوزان المختلفة، LISUN تُقدّم الشركة نموذجين من أجهزة قياس زاوية الإضاءة الدورانية: LSG-1890B وLSG-1800A. يشترك كلا النموذجين في نفس مبدأ الحركة الأساسية، ويختلفان بشكل رئيسي في دقة الزاوية، وأقصى بُعد خارجي، ووزن العينة المُختبَرة. ترد المواصفات الأساسية في الجدول أدناه.

يدعم جهاز LSG-1890B عينات اختبار ذات قطر أكبر ووزن أثقل، وهو مناسب لأضواء الكشافات الخارجية عالية الطاقة ووحدات إضاءة أجهزة العرض الكبيرة. أما جهاز LSG-1800A فهو مصمم لوحدات إضاءة LED متوسطة وصغيرة الحجم ووحدات الإضاءة الداخلية، ويُستخدم على نطاق واسع في مختبرات الشركات الصغيرة والمتوسطة ذات الميزانيات المحدودة. يدعم كلا الطرازين نظامي الإحداثيات C-γ أحادي الذراع وB-β ثنائي الذراع، ويستوفيان متطلبات المعدات لمعايير CIE-70 وLM-79-19 وIES-LM-75 وEN13032-1 من النوع 1.

مقارنة سيناريوهات التطبيق بين مقياس الإضاءة الدوراني ومقياس الإضاءة ذي المرآة المتحركة

أثناء اختبار جهاز قياس توزيع الإضاءة الدوراني، يميل جهاز الإضاءة ويتقلب باستمرار مع تغير وضعية الاحتراق. بالنسبة لمصادر الإضاءة التقليدية، مثل مصابيح التفريغ عالي الكثافة ومصابيح الفلورسنت، التي لا تتأثر بوضعية الاحتراق، فإن تغير الوضعية لا يؤثر بشكل ملحوظ على ناتج الضوء ودرجة الحرارة، ويمكن الحصول على نتائج قياس مستقرة. مع ذلك، بالنسبة لأجهزة إضاءة LED عالية الطاقة، يرتبط تبديد الحرارة في وحدات LED ارتباطًا وثيقًا بوضعية الجاذبية. يؤدي الميلان والتقلب المستمران لأجهزة الإضاءة إلى تغيير ظروف تبديد الحرارة الداخلية، مما يتسبب في انحراف درجة حرارة وصلة الشريحة، وبالتالي زيادة انحراف نتائج الاختبار في التدفق الضوئي وتوزيع شدة الإضاءة. هذا هو القيد الرئيسي لهيكل جهاز الإضاءة الدوراني من النوع الأول عند اختبار منتجات الإضاءة الصلبة عالية الطاقة.

يحافظ مقياس الإضاءة ذو المرآة المتحركة، مثل مقياس الإضاءة العمودي LSG-6000 من النوع 4، على وضعية إضاءة ثابتة لوحدة الإضاءة المختبرة طوال دورة الاختبار. يقوم المجس والمرآة العاكسة بمسح دوراني، لذا لا تتأثر الحالة الحرارية لوحدة إضاءة LED بالحركة الميكانيكية. يُعد هذا النوع أكثر ملاءمة لاختبار منتجات إضاءة الحالة الصلبة LED عالية الطاقة وفقًا لمعيار LM-79. مع ذلك، يتطلب مقياس الإضاءة ذو المرآة المتحركة ارتفاعًا إجماليًا أكبر للجهاز، ويفرض متطلبات بناء أكثر صرامة فيما يتعلق بارتفاع سقف الغرفة المظلمة.

لاختيار الجهاز الأمثل، إذا كان المختبر يختبر بشكل أساسي مصادر الإضاءة التقليدية، وأجهزة العرض، والكشافات، فإن مقياس توزيع الإضاءة الدوراني يُعد خيارًا اقتصاديًا. أما إذا كانت العينات الرئيسية عبارة عن مصابيح إنارة شوارع LED عالية الطاقة، ومصابيح لوحية ذات متطلبات صارمة فيما يتعلق بثبات درجة حرارة وصلة LED، فيُفضل استخدام مقياس توزيع الإضاءة ذي المرآة المتحركة. تستخدم بعض مختبرات الاختبار الشاملة التابعة لجهات خارجية كلا النوعين من مقاييس توزيع الإضاءة، وتختار معدات الاختبار المناسبة لكل فئة من فئات وحدات الإضاءة لتجنب الأخطاء المنهجية الناتجة عن التركيب الميكانيكي.

خاتمة

باعتباره جهاز اختبار توزيع الإضاءة الكلاسيكي المتوافق مع معيار EN13032-1 من النوع 1، يعتمد مقياس توزيع الإضاءة الدوراني مبدأ المسبار الثابت مع وحدة إضاءة اختبار دوارة ثنائية المحور. وبفضل قدرته على الدوران المستمر ثنائي المحور من -180° إلى +180°، يدعم نظامي إحداثيات CIE القياسيين، بما في ذلك بنية C-γ أحادية الذراع وبنية B-β ثنائية الذراع. مقياس توزيع الإضاءة الدوار LSG-1890B يغطي هذا الجهاز متطلبات الاختبارات الضوئية لمعظم وحدات الإضاءة التقليدية، والكشافات، ومصابيح أجهزة العرض، ويمكن استخدام ملفات القياس الضوئي الناتجة للحصول على شهادات المنتجات العالمية. ومع ذلك، فإنه يعاني من قصور جوهري: إذ قد يؤدي التغيير المستمر في وضعية وحدة الإضاءة المختبرة إلى تقليل دقة القياس لمنتجات LED عالية الطاقة الحساسة لدرجة الحرارة والوضعية. يمكن لمقياس توزيع الإضاءة ذي المرآة المتحركة التخلص من انحراف درجة الحرارة الناتج عن قلب وحدة الإضاءة، ولكنه يتطلب مساحة أكبر في غرفة مظلمة. عند شراء مقياس توزيع الإضاءة، لا ينبغي للمختبرات التركيز فقط على دقة الجهاز الاسمية، بل يجب عليها أيضًا إجراء تقييم شامل يأخذ في الاعتبار أنواع وحدات الإضاءة، وهياكل المنتجات، وبنود المعايير ذات الصلة، وظروف موقع الغرفة المظلمة، وذلك لاختيار معدات الاختبار الأنسب وضمان موثوقية بيانات اختبار توزيع الإضاءة.