بحث حول اختبار الأداء الضوئي واللوني والكهربائي لمصادر ضوئية متعددة بناءً على قياس اللومن - أخذ LISUN LPCE-2 نظام (LMS-9000) كمثال

المستخلص:
قياس اللومن تُعدّ طريقة أساسية لتقييم الأداء الضوئي لمصادر الإضاءة، والتي تعكس بشكل مباشر القدرة الضوئية ومستوى كفاءة الطاقة لهذه المصادر. LISUN LPCE-2 (LMS-9000) نظام اختبار شامل سريع لقياس الضوء واللون والكهرباء بتقنية LED CCD (للحصول على التفاصيل، يرجى زيارة: https://www.lisunباستخدام منصة الاختبار group.cn/products/712.htmll، تُجري هذه الورقة البحثية اختبارًا منهجيًا على المعايير الضوئية واللونية والكهربائية لمصابيح التفريغ عالي الكثافة (مصابيح الصوديوم عالية الضغط، ومصابيح الزئبق عالية الضغط)، ومصابيح الفلورسنت ذات الكاثود البارد، ومصابيح LED، وذلك بالاعتماد على تقنية قياس التدفق الضوئي. وتحلل الورقة الاختلافات في أداء أنواع مصادر الضوء المختلفة في المؤشرات الأساسية مثل قيمة التدفق الضوئي، والكفاءة الضوئية، ودرجة حرارة اللون، ومؤشر تجسيد اللون. كما تؤكد أهمية الكشف الشامل عن المعايير الضوئية واللونية والكهربائية لمصابيح LED لتقييم جودتها. وتُظهر الدراسة أن LISUN LPCE-2 يمكن لنظام (LMS-9000) تحقيق قياس لومن عالي الدقة لمصادر ضوئية متعددة والكشف المتكامل عن المعلمات الضوئية واللونية والكهربائية، مما يوفر أساسًا علميًا للحكم على جودة مصدر الضوء والبحث والتطوير في منتجات الإضاءة.

1. مقدمة
يؤثر أداء مصادر الإضاءة بشكل مباشر على جودة الإضاءة واستهلاك الطاقة وعمرها الافتراضي. وباعتبار اللومن وحدة القياس القانونية للتدفق الضوئي، فإن قياسه يُعدّ عنصرًا أساسيًا في تقييم الأداء الضوئي لمصادر الإضاءة. تُستخدم مصابيح التفريغ عالي الكثافة (مصابيح الصوديوم عالية الضغط ومصابيح الزئبق عالية الضغط) على نطاق واسع في الإضاءة الخارجية نظرًا لتدفقها الضوئي العالي؛ بينما تُستخدم مصابيح الفلورسنت ذات الكاثود البارد في الغالب في إضاءة الخلفية والإضاءة الزخرفية نظرًا لأدائها الممتاز عند بدء التشغيل؛ أما مصابيح LED، باعتبارها جيلًا جديدًا من مصادر الإضاءة الموفرة للطاقة، فقد أصبحت تدريجيًا الخيار السائد في سوق الإضاءة بفضل كفاءتها العالية في توفير الطاقة وعمرها الافتراضي الطويل. توجد اختلافات كبيرة في مبادئ الإضاءة والتصاميم الهيكلية لأنواع مصادر الإضاءة المختلفة، مما يؤدي إلى اختلاف طرق قياس اللومن ومعايير التقييم للأداء الضوئي واللوني والكهربائي. على وجه الخصوص، لا يمكن الحكم على جودة مصابيح LED من خلال قياس اللومن وحده، بل يتطلب الأمر تقييمًا شاملًا يجمع بين المعايير الضوئية واللونية والكهربائية.

استخدم LISUN LPCE-2 يعتمد نظام الاختبار الشامل السريع للضوء واللون والكهرباء (LMS-9000) بتقنية CCD على مطياف CCD عالي الدقة وتقنية كرة التكامل المتكاملة، مما يتيح الكشف المتزامن عن قياس التدفق الضوئي والمعايير الضوئية واللونية والكهربائية لمختلف مصادر الإضاءة، مثل مصابيح التفريغ عالي الكثافة (HID) ومصابيح الفلورسنت ذات الكاثود البارد ومصابيح LED. تتوافق دقة وكفاءة الاختبار مع المعايير الدولية مثل CIE وIESNA، بالإضافة إلى المواصفات الوطنية ذات الصلة. وبناءً على هذا النظام، تُجري هذه الورقة البحثية تجارب على قياس التدفق الضوئي واختبار المعايير الضوئية واللونية والكهربائية لمصادر إضاءة متعددة، وتقارن وتحلل خصائص أداء مصادر الإضاءة المختلفة، وتوفر بيانات تجريبية ومراجع تقنية لتطبيقات الكشف عن جودة مصادر الإضاءة واختيارها.

2. قياس تدفق الضوء والخصائص الأساسية لنظام الاختبار

2.1 القيمة التطبيقية لقياس التدفق الضوئي
من خلال الكشف الكمي عن طاقة الضوء التي يمكن للعين البشرية إدراكها، والمنبعثة من مصدر ضوئي في وحدة زمنية، يعكس قياس اللومن مباشرةً القدرة الضوئية للمصدر، ويُعدّ أساسًا جوهريًا لتقييم كفاءة الطاقة وتصنيف جودة مصادر الإضاءة. بالنسبة لمصابيح التفريغ عالي الكثافة (HID)، تحدد قيمة اللومن مباشرةً نطاق الإشعاع وسطوع إضاءتها الخارجية؛ ويؤثر استقرار اللومن في مصابيح الفلورسنت ذات الكاثود البارد على تجانس إضاءتها الخلفية؛ أما بالنسبة لمصابيح LED، فيجب دمج قياس اللومن مع معدل الحفاظ على التدفق الضوئي لتقييم أدائها الضوئي على المدى الطويل بشكل شامل. في الوقت نفسه، يمكن من خلال دمج قياس اللومن مع معايير أخرى مثل الكفاءة الضوئية والطاقة، حساب الكفاءة الضوئية لمصادر الإضاءة، مما يوفر بيانات داعمة للبحث والتطوير والترويج لمصادر الإضاءة الموفرة للطاقة.

2.2 الخصائص الأساسية لـ LISUN LPCE-2 (LMS-9000) النظام
استخدم LISUN LPCE-2 نظام (LMS-9000) عبارة عن جهاز اختبار متكامل للضوء واللون والكهرباء، مصمم خصيصًا للكشف عن مصادر الإضاءة. LMS-9000C يعتمد الجهاز على مقياس إشعاع طيفي سريع عالي الدقة كعنصر أساسي، بالإضافة إلى معدات داعمة مثل كرة تكاملية متكاملة مع منصة، وجهاز قياس رقمي للمعلمات الكهربائية، ومصدر طاقة تيار متردد متغير التردد، مما يتيح الكشف المتزامن عن قياس التدفق الضوئي والمعلمات الضوئية واللونية والكهربائية. وتتجلى خصائصه الأساسية في الجوانب التالية:
• قياس دقيق للغاية للتدفق الضوئي: يغطي نطاق اختبار التدفق الضوئي من 0.01 إلى 200,000 لومن بخطية ضوئية تبلغ ±0.5%، مما يلبي احتياجات قياس التدفق الضوئي لمصابيح الفلورسنت المصغرة ذات الكاثود البارد ومصابيح الصوديوم عالية الطاقة وعالية الضغط. وبفضل تجهيزه بجهاز مصباح مساعد ووظيفة تصحيح معامل الامتصاص الذاتي، فإنه يزيل بشكل فعال خطأ القياس الناتج عن فقدان الضوء في كرة التكامل.
• الكشف المتكامل عن معايير متعددة: أثناء قياس التدفق الضوئي، يمكنه الكشف بشكل متزامن عن المعايير اللونية (إحداثيات اللون، درجة حرارة اللون المرتبطة، مؤشر تجسيد اللون، إلخ) والمعايير الكهربائية (الجهد، التيار، القدرة، معامل القدرة، إلخ). وبشكل خاص، يمكنه أيضًا الكشف عن معايير حصرية مثل تفاوت اللون ومعدل الحفاظ على التدفق الضوئي لمصابيح LED.
• توافق واسع مع مصادر الإضاءة: فهو مناسب تمامًا لمصابيح التفريغ عالي الكثافة مثل مصابيح الصوديوم عالية الضغط ومصابيح الزئبق عالية الضغط، ومصابيح الفلورسنت ذات الكاثود البارد، ومصابيح LED بمختلف القدرات، ويتوافق مع معايير الاختبار الدولية مثل IES LM-79 و LM-80.
• التشغيل الذكي: مزود ببرنامج تشغيل باللغتين الصينية والإنجليزية، ويدعم تشغيل النظام بالكامل من Win7 إلى Win11، ويمكن تصدير بيانات الاختبار مباشرة كتقارير بتنسيق PDF/Excel، مما يحسن كفاءة الكشف بشكل كبير.
• دقة عالية في الكشف الطيفي: تبلغ دقة اختبار الطول الموجي ±0.3 نانومتر، ونسبة الضوء الشارد أقل من 0.015% (عند 600 نانومتر)، مما يضمن دقة قياس التدفق الضوئي. وتتميز كرة التكامل أحادية القطعة بدقة اختبار أعلى بكثير من كرة التكامل التقليدية الموصولة.

يمكن للنظام إكمال قياس اللومن من خلال ثلاث طرق: الطريقة الطيفية، والطريقة الضوئية، والطريقة الطيفية الضوئية، مما يلبي احتياجات سيناريوهات الكشف المختلفة، وهو عبارة عن معدات أساسية لشركات الإضاءة ومؤسسات الاختبار لإجراء الكشف عن جودة مصدر الضوء.

3. تجارب قياس التدفق الضوئي والاختبارات الضوئية واللونية والكهربائية لمصادر ضوئية متعددة

3.1 العينات التجريبية وظروف الاختبار
تم اختيار أربعة أنواع من مصادر الإضاءة الشائعة المتوفرة تجارياً كعينات تجريبية، بثلاث عينات لكل نوع لضمان تمثيل نتائج الاختبار. وفيما يلي المواصفات المحددة للعينات: مصباح صوديوم عالي الضغط (70 واط، نوع إضاءة خارجية)، مصباح زئبقي عالي الضغط (40 واط، نوع إضاءة صناعية)، مصباح فلورسنت ذو كاثود بارد (20 واط، نوع إضاءة خلفية)، ومصباح LED (15 واط، نوع إضاءة عامة).

تم اتباع شروط الاختبار بدقة وفقًا للمعيار GB/T 26178-2010 الخاص بطرق قياس التدفق الضوئي و IES LM-79 المعيار: تم ضبط درجة حرارة البيئة التجريبية عند 25±1 درجة مئوية، وكان جهد مصدر الطاقة 220 فولت±1%، وتم تسخين جميع مصادر الضوء مسبقًا لمدة 30 دقيقة للوصول إلى حالة التشغيل المستقرة قبل الاختبار. تم تكرار قياس اللومن والكشف عن المعلمات الضوئية واللونية والكهربائية 3 مرات لكل عينة، وتم اعتماد القيمة المتوسطة كنتيجة تجريبية نهائية. تم إكمال جميع الاختبارات بواسطة LISUN LPCE-2 (LMS-9000) النظام.

LPCE 2 (LMS 9000) مقياس الطيف الضوئي ونظام اختبار المجال المتكامل

3.2 مؤشرات الاختبار وطرقه
باستخدام التدفق الضوئي المُقاس باللومن كمؤشر ضوئي أساسي، رصدت هذه التجربة بشكل متزامن أهم المعايير الضوئية واللونية والكهربائية لمصادر ضوئية متنوعة. وعلى وجه الخصوص، أُضيف اختبار تفاوت اللون لمصابيح LED لتغطية متطلبات تقييم جودتها بشكل كامل. وفيما يلي مؤشرات الاختبار المحددة:
• المؤشرات الضوئية: التدفق الضوئي (قيمة اللومن)، والكفاءة الضوئية (lm/W)؛
• المؤشرات اللونية: درجة حرارة اللون المرتبطة (CCT، K)، مؤشر تجسيد اللون (Ra)؛
• المعايير الكهربائية: القدرة المقاسة (واط)، عامل القدرة (PF)؛
• مؤشرات حصرية لمصابيح LED: تفاوت اللون (SDCM).

تم قياس التدفق الضوئي باستخدام طريقة قياس الطيف الضوئي. LMS-9000C مطياف من LISUN LPCE-2 استُخدم نظام (LMS-9000) لجمع بيانات توزيع القدرة الطيفية لمصدر الضوء، وتم حساب التدفق الضوئي باستخدام خوارزمية التصحيح المدمجة في النظام. وتم رصد المعايير اللونية بالرجوع إلى معيار CIE 1931، بينما جُمعت المعايير الكهربائية بشكل متزامن بواسطة جهاز قياس المعايير الكهربائية الرقمي المُدمج في النظام، مما يُتيح الكشف الآلي الكامل دون أي تدخل يدوي طوال العملية.

3.3 النتائج التجريبية وتحليل البيانات
تم إنجاز قياسات التدفق الضوئي والكشف عن المعلمات الضوئية واللونية والكهربائية لمصابيح التفريغ عالي الكثافة ومصابيح الفلورسنت ذات الكاثود البارد ومصابيح LED بواسطة LISUN LPCE-2 (LMS-9000) النظام. تظهر النتائج التجريبية في الجدول 1، وجميع البيانات هي متوسط ​​القيم لثلاثة اختبارات متكررة.
الجدول 1: نتائج قياس شدة الإضاءة واختبارات المعايير الضوئية واللونية والكهربائية لمصادر ضوئية متعددة

يتضح من النتائج التجريبية أن الأنواع المختلفة من مصادر الضوء تُظهر اختلافات كبيرة في قياس اللومن والمعايير الضوئية واللونية والكهربائية، مع التحليل المحدد على النحو التالي:
• قيمة اللومن وكفاءة الإضاءة: يتميز مصباح الصوديوم عالي الضغط بأعلى تدفق ضوئي تم قياسه، حيث يصل إلى 6250 لومن، وهو مناسب لإضاءة المساحات الخارجية الكبيرة مثل الطرق والساحات؛ يتميز مصباح LED بكفاءة إضاءة مثالية تبلغ 94.0 لومن/واط، وهي أعلى بكثير من مصابيح الزئبق عالية الضغط ومصابيح الفلورسنت ذات الكاثود البارد، مما يعكس مزايا كبيرة في توفير الطاقة، وهو السبب الرئيسي وراء استبدال مصابيح LED تدريجيًا لمصادر الإضاءة التقليدية؛ يتميز مصباح الزئبق عالي الضغط بأقل كفاءة إضاءة تبلغ 35.5 لومن/واط فقط، مع أداء ضعيف في كفاءة الطاقة.
• المعايير اللونية: يتميز مصباح الصوديوم عالي الضغط بأدنى درجة حرارة لونية تبلغ 2250 كلفن فقط، وأدنى مؤشر تجسيد لوني يبلغ 28 فقط. على الرغم من تدفقه الضوئي العالي، إلا أن قدرته على إعادة إنتاج الألوان ضعيفة، مما يجعله مناسبًا للإضاءة الخارجية التي لا تتطلب دقة عالية في تجسيد الألوان. أما مؤشرات تجسيد الألوان لمصابيح LED ومصابيح الفلورسنت ذات الكاثود البارد فتتجاوز 80. من بينها، تبلغ درجة حرارة لون مصباح LED 4000 كلفن، وهي درجة حرارة لونية تُصنف ضمن الضوء الأبيض المحايد، مع مراعاة قدرة إعادة إنتاج الألوان والراحة البصرية، مما يجعله مناسبًا للإضاءة الداخلية العامة. بينما يتميز مصباح الفلورسنت ذو الكاثود البارد بدرجة حرارة لونية عالية نسبيًا، مما يجعله أكثر ملاءمة لإضاءة الخلفية.
• المعايير الكهربائية: يتميز مصباح LED بأعلى معامل قدرة يبلغ 0.92، مع كفاءة مثالية في استخدام الطاقة الكهربائية؛ بينما يتميز مصباح الزئبق عالي الضغط بأدنى معامل قدرة يبلغ 0.46 فقط، مع فقد واضح للطاقة الكهربائية؛ أما معامل قدرة مصابيح HID فهو منخفض بشكل عام، مما يعكس أوجه القصور في مصابيح التفريغ الغازي التقليدية في الأداء الكهربائي.
• معايير حصرية لمصابيح LED: يبلغ تفاوت اللون لمصباح LED الذي تم اختباره في هذه التجربة 3 SDCM، وهو ما يفي بمعيار المنتج الوطني من الدرجة الأولى، مما يدل على اتساقه الضوئي واللوني الجيد. ولا يمكن الحكم على جودة مصابيح LED بشكل شامل إلا من خلال الجمع بين قياس اللومن ومعايير أخرى مثل تفاوت اللون ومؤشر تجسيد اللون، إذ لا يمكن لقيمة اللومن وحدها أن تعكس أدائها الشامل.

بالإضافة إلى ذلك، أثناء قياس التجويف، وُجد أن خطأ التكرارية لـ LISUN LPCE-2 يبلغ خطأ القياس لنظام (LMS-9000) لقياس اللومن لمصابيح الصوديوم عالية الطاقة وعالية الضغط أقل من 0.3%، ويبلغ خطأ القياس لمصابيح الفلورسنت المصغرة ذات الكاثود البارد أقل من 0.5%، وكلاهما أقل بكثير من متطلبات المعيار الوطني، مما يعكس ميزة الدقة العالية للنظام في قياس اللومن لأنواع مختلفة من مصادر الضوء.

4. أهمية الاختبار الشامل للمعايير الضوئية واللونية والكهربائية لتقييم جودة مصابيح LED
باعتبارها منتج إضاءة شبه موصل، تتأثر كفاءة إضاءة مصابيح LED بالعديد من العوامل، مثل الرقائق وعمليات التغليف ومصادر الطاقة. لا يمكن تقييم جودة مصابيح LED بشكل شامل بمجرد قياس شدة الإضاءة (اللومن)، بل يتطلب الأمر تقييمًا شاملًا يجمع بين المعايير الضوئية واللونية والكهربائية، وهذا هو السبب الرئيسي وراء... LISUN LPCE-2 تم تصميم نظام (LMS-9000) بوظائف كشف متعددة المعايير لمصابيح LED.

من منظور المعايير الضوئية، تعكس قيمة اللومن القدرة الضوئية الأولية لمصابيح LED، بينما يعكس معدل الحفاظ على التدفق الضوئي استقرارها الضوئي على المدى الطويل. LISUN LPCE-2 يستطيع نظام (LMS-9000) إكمال اختبار معدل الحفاظ على التدفق الضوئي لمصابيح LED وفقًا لـ LM-80 تُستخدم المعايير القياسية لتتبع تغيرات التدفق الضوئي (اللومن) في أوقات مختلفة، وتقييم عمرها الافتراضي. من منظور المعايير اللونية، تحدد درجة حرارة اللون ومؤشر تجسيد اللون تأثير الإضاءة لمصابيح LED، ويعكس تفاوت اللون اتساقها الضوئي واللوني. إذا كان تفاوت اللون كبيرًا جدًا، فسيظهر اختلاف واضح في اللون بين مصابيح LED من نفس الدفعة، مما يؤثر على تجربة الإضاءة. من منظور المعايير الكهربائية، يؤثر استقرار معامل القدرة وتيار التشغيل بشكل مباشر على استهلاك الطاقة الكهربائية وسلامة استخدام مصابيح LED. إذا كان مصدر الطاقة غير مستقر، فسيؤدي ذلك إلى تذبذب قيمة التدفق الضوئي (اللومن) وتقصير عمر مصابيح LED.

أظهر مصباح LED بقدرة 15 واط في هذه التجربة قدرة إضاءة أولية جيدة في قياس اللومن، كما أن معاييره، مثل تفاوت اللون ومؤشر تجسيد اللون ومعامل القدرة، استوفت جميعها معايير المنتجات الوطنية عالية الجودة، ولذلك تم تصنيفه كمصباح LED عالي الجودة. أما إذا استوفى مصباح LED معيار قيمة اللومن، ولكن كان تفاوت اللون فيه يتجاوز 5 SDCM أو كان معامل القدرة فيه أقل من 0.7، فإنه يُعتبر منتجًا غير مؤهل ولا يمكن طرحه في السوق. يتضح مما سبق أن الاختبار الشامل للمعايير الضوئية واللونية والكهربائية يُعد وسيلة ضرورية لتقييم جودة مصابيح LED. LISUN LPCE-2 يحقق نظام (LMS-9000) الإنجاز المتكامل وعالي الدقة لمثل هذه الاختبارات، مما يوفر وسيلة فعالة للتحكم في جودة مصابيح LED.

5. الاستنتاجات والآفاق
واستنادا إلى LISUN LPCE-2 باستخدام نظام (LMS-9000)، أجرت هذه الورقة البحثية اختبارات الأداء الضوئي واللوني والكهربائي لمصابيح التفريغ عالي الكثافة، ومصابيح الفلورسنت ذات الكاثود البارد، ومصابيح LED، وذلك بالاعتماد على تقنية قياس التدفق الضوئي. تُظهر النتائج التجريبية وجود اختلافات كبيرة بين أنواع مصادر الإضاءة المختلفة من حيث قيمة التدفق الضوئي، والكفاءة الضوئية، والمعايير الضوئية واللونية والكهربائية. تُعد مصابيح الصوديوم عالية الضغط مناسبة للإضاءة الخارجية عالية الطاقة، بينما أصبحت مصابيح LED مصدر الإضاءة الأفضل أداءً بفضل كفاءتها الضوئية العالية، وأدائها الضوئي واللوني الممتاز، وكفاءتها العالية في استخدام الطاقة الكهربائية. LISUN LPCE-2 يُظهر نظام (LMS-9000) مزايا الدقة العالية والتكرارية العالية في قياس التجويف يدعم هذا النظام مصادر إضاءة متعددة، ويتيح الكشف المتكامل عن المعايير الضوئية واللونية والكهربائية، ما يلبي احتياجات الكشف عن جودة مصادر الإضاءة المختلفة. وعلى وجه الخصوص، يوفر الكشف الحصري عن المعايير لمصابيح LED حلاً علمياً وفعالاً لتقييم جودتها الشامل.

مع التطور المستمر لتكنولوجيا الإضاءة، أصبح تصغير مصادر الضوء، وذكائها، وتوفير الطاقة فيها اتجاهاً سائداً، كما ستتطور تقنية قياس اللومن نحو مزيد من الدقة والسرعة. في المستقبل، LISUN LPCE-2 يُمكن لنظام (LMS-9000) دمج تقنية إنترنت الأشياء لتحقيق الكشف عن بُعد ومشاركة البيانات المتعلقة بقياس تدفق الضوء (لومن) ومعايير القياس الضوئي واللونية والكهربائية. كما يُمكن تطوير وظائف كشف خاصة لمصادر الإضاءة الجديدة، مثل مصابيح LED لنمو النباتات ومصابيح LED للمركبات، مما يوفر دعمًا تقنيًا شاملًا لتطوير صناعة الإضاءة بجودة عالية. وباعتبار قياس تدفق الضوء وسيلة أساسية للكشف عن مصادر الإضاءة، سيتم دمجه بشكل كامل مع تقنيات الاختبار الشاملة للقياس الضوئي واللونية والكهربائية، مما يُعزز مراقبة الجودة والابتكار في مجال البحث والتطوير لمنتجات الإضاءة.