كيفية قياس شدة الضوء - بحث حول اختبار المعلمات الضوئية الكاملة باستخدام LISUN LSG-1890B مقياس توزيع شدة الإضاءة عالي الدقة (منحنى توزيع شدة الإضاءة)

الملخص

تُعد شدة الإضاءة المؤشر البصري الأساسي لمنتجات الإضاءة، و كيفية قياس شدة الضوء يضع هذا الأساس لاختبارات قياس الضوء لوحدات الإضاءة، وشهادات كفاءة الطاقة للمنتجات، ومحاكاة تصميم الإضاءة. LISUN LSG-1890B باستخدام مقياس توزيع شدة الإضاءة عالي الدقة (منحنى توزيع شدة الإضاءة) كأداة اختبار، تتناول هذه الورقة بالتفصيل المبادئ الأساسية وإجراءات التشغيل القياسية لقياس شدة الإضاءة. وتغطي بشكل شامل طرق اختبار أكثر من عشرة معايير ضوئية، بما في ذلك بيانات شدة الإضاءة، وتوزيع شدة الإضاءة، والتدفق الضوئي القطاعي، وكفاءة وحدة الإضاءة، وتوزيع الإضاءة، ومعامل الاستخدام، ومنحنى تحديد الإضاءة، وتصنيف الوهج UGR، ومؤشر كفاءة الطاقة EEI، ومنحنى تساوي الإضاءة، ومنحنى تساوي شدة الإضاءة، وزاوية الشعاع الفعالة، وأقصى نسبة ارتفاع مسموح بها للتباعد، ومطابقة منحنيات وحدة الإضاءة مع مناطق الإضاءة، بالإضافة إلى منحنيات تحديد الإضاءة. وتُرفق جداول البيانات المقاسة لتوفير مراجع قياسية للاختبار الضوئي لوحدات إضاءة LED وHID والفلورسنت في المختبرات. يتوافق هذا الجهاز تمامًا مع معايير الاختبار الدولية، بما في ذلك CIE-70, LM-79-19 و EN13032-1.

1. نظرة عامة على الجهاز والمبادئ الأساسية لقياس شدة الضوء

1.1 التكوين الأساسي لـ LSG-1890B

استخدم LSG-1890B هو مقياس زاوية ضوئي من النوع الأول وفقًا للمعايير الأوروبية، مزود بمسبار ضوئي ذي درجة حرارة ثابتة، ومحركات سيرفو من شركة ميتسوبيشي اليابانية، وأجهزة فك تشفير ألمانية عالية الدقة، مما يوفر دقة قياس زاوية تصل إلى 0.1 درجة. يتوافق مسباره الضوئي مع معايير CIE من الفئة A. يدعم الجهاز وضعَي اختبار: C-γ أحادي الذراع وB-β ثنائي الذراع. يبلغ الحد الأقصى لحجم وحدات الإضاءة المختبرة 2000 مم × 600 مم، مع قدرة تحمل قصوى تصل إلى 60 كجم، مما يجعله مناسبًا لمجموعة واسعة من منتجات الإضاءة، مثل مصابيح LED الداخلية، ومصابيح الشوارع، والكشافات، ومصادر إضاءة HID. يتيح برنامج القياس والتحكم المتوافق، الذي يدعم اللغتين الصينية والإنجليزية، تصدير البيانات بتنسيقات عامة، بما في ذلك IES وLDT وCIE وExcel، والتي يمكن ربطها مباشرةً ببرنامج محاكاة الإضاءة Dialux.

1.2 المبادئ الأساسية لكيفية قياس شدة الضوء

يتبع قياس شدة الإضاءة (الوحدة: cd، شمعة) قانون التربيع العكسي للمسافة: I=E×d2، حيث تشير I إلى شدة الإضاءة في الاتجاه المختبر، وE هي الإضاءة (lx) التي تم جمعها بواسطة مسبار درجة الحرارة الثابتة، وd يمثل مسافة الاختبار الثابتة بين المسبار ومركز الإضاءة الخاص بالمصباح.
استخدم LSG-1890B تعتمد هذه التقنية بنية "وحدة إضاءة ثابتة + مسح مجسّ كروي كامل". في نظام الإحداثيات C-γ، تدور الزاوية C أفقيًا بمقدار ±180°، وتدور الزاوية γ رأسيًا بمقدار ±180°. يجمع المجسّ قيم الإضاءة نقطة بنقطة على طول السطح الكروي، ويقوم البرنامج بتحويلها إلى مصفوفة شدة إضاءة مكانية ثلاثية الأبعاد في الوقت الفعلي، وذلك لاستكمال عملية جمع البيانات الأولية لشدة الضوء، والتي تُشكّل الأساس لدمج وحساب جميع المعايير الضوئية المُستنتجة. يُزيل المجسّ ذو درجة الحرارة الثابتة الأخطاء الناتجة عن تغير درجة الحرارة المحيطة أثناء جمع شدة الضوء، ويضمن بيانات مستقرة خلال عمليات المسح طويلة الأمد.

عالية الدقة دوران اللومينير Goniophotometer LSG 1890B AL1

2- إجراءات تشغيل موحدة لقياس شدة الضوء باستخدام LSG-1890B

2.1 التحضير المسبق للاختبار

١. تسخين الجهاز ومعايرة النظام: سخّن الجهاز لمدة ٣٠ دقيقة بعد التشغيل، وقم بإجراء معايرة مطلقة على مسبار درجة الحرارة الثابتة باستخدام مصباح ذي شدة إضاءة قياسية لإزالة أي انحراف في استجابة المسبار. أطفئ غرفة التحميض تمامًا وأزل أي شوائب عاكسة على مسار الضوء، مع الحفاظ على درجة حرارة الغرفة عند ٢٣ درجة مئوية ± ٢ درجة مئوية.
٢. تركيب وتحديد موضع وحدة الإضاءة: ثبّت وحدة الإضاءة باستخدام وحدة تثبيت متعددة الوظائف، واضبط تطابق مركز الإضاءة مع نقطة دوران القرص الدوار باستخدام جهاز محاذاة ليزري، ثم ثبّت وحدة الإضاءة وفقًا لوضعية استخدامها الفعلية. وصّل مقياس طاقة عالي الدقة في الوقت نفسه لجمع البيانات الكهربائية.
3. استقرار درجة الحرارة النموذجي: شغّل وحدة الإضاءة بالجهد المقنن، وابدأ المسح الضوئي بعد أن يصبح تذبذب التدفق الضوئي أقل من 0.5% كل 10 دقائق. يجب ألا تقل فترة استقرار درجة الحرارة لوحدات إضاءة LED عن 30 دقيقة.
4. إعداد معلمات البرنامج: حدد وضع اختبار C-γ، واضبط الخطوات الزاوية على γ=2°، C=5°، وتحقق من وحدات حساب المعلمات الكاملة (السطوع، UGR، EEI، عامل الاستخدام، إلخ)، وقم بتعيين تنسيقات تصدير البيانات.

2.2 مسح شدة الإضاءة الكروية الكاملة (الخطوة الأساسية: كيفية قياس شدة الضوء)

1. تقوم آلية المؤازرة الخاصة بالجهاز بتحريك مسبار درجة الحرارة الثابتة للمسح التلقائي على طول المسار الكروي. عند الوصول إلى كل مجموعة من إحداثيات (C، γ)، يقوم المسبار بجمع شدة الإضاءة E في ذلك الاتجاه.
2. يقوم البرنامج بإخراج قيمة شدة الإضاءة لتلك الزاوية في الوقت الحقيقي عبر الصيغة I=E×d2 ويخزنها كجدول بيانات شدة الإضاءة الخام.
3. بعد اكتمال مسح الكرة الكاملة، يقوم النظام تلقائيًا بحساب المعلمات المشتقة مثل التدفق الضوئي المناطقي وكفاءة الإضاءة ومنحنيات تساوي شدة الإضاءة من خلال خوارزميات التكامل الكروي للزاوية المجسمة بناءً على جميع مصفوفات شدة الإضاءة.
4. يمكن تهيئة مسبار PHOTO-VIS-L عالي الدقة من الفئة الألمانية L اختيارياً لتحسين دقة قياس شدة الضوء لمصابيح LED منخفضة الطاقة ومصادر الضوء الدقيقة. كما يمكن لمجسات UVA/UVB/UVC توسيع نطاق اختبار توزيع شدة الإضاءة لمصادر الأشعة فوق البنفسجية.

2.3 المعالجة اللاحقة وإنشاء التقارير

بعد المسح، يقوم البرنامج تلقائيًا برسم منحنيات توزيع شدة الإضاءة، ومخططات تساوي الإضاءة ومخططات تساوي شدة الشمعة، ويخرج مؤشرات تشمل وهج UGR، وكفاءة الطاقة EEI، ونسبة التباعد إلى الارتفاع، وعامل الاستخدام، ويمكنه تصدير بيانات شدة الإضاءة الخام في Excel وملفات شدة الإضاءة القياسية IES.

3 طرق اختبار لسلسلة كاملة من المعايير الضوئية (استنادًا إلى بيانات شدة الضوء المقاسة الخام)

تُحسب جميع المعايير بناءً على بيانات شدة الإضاءة المقاسة على كامل الكرة. ويُوضح منطق اختبار كل معيار كما يلي:

1. بيانات شدة الإضاءة وتوزيع شدة الإضاءة: إخراج قيم cd المقابلة لكل زاوية (C، γ) مباشرة لتشكيل مصفوفة توزيع شدة الإضاءة ثلاثية الأبعاد وإنشاء منحنيات شدة الإضاءة للإحداثيات القطبية.
2. التدفق الضوئي القطاعي: دمج شدة الإضاءة ضمن فترات الزاوية الصلبة المحددة (نصف الكرة العلوي / نصف الكرة السفلي / فترة زاوية الشعاع) للحصول على التدفق الضوئي القطاعي المقابل (lm).
3. كفاءة الإنارة: التدفق الضوئي الموضعي مقسومًا على الطاقة الكهربائية المدخلة للإنارة، الوحدة: لومن/واط.
4. توزيع الإضاءة (اختياري): قم بالمطابقة مع مسبار الإضاءة التصويري لتحويل شدة الإضاءة للزوايا المقابلة إلى مصفوفة إضاءة سطح وحدة الإضاءة.
5. عامل الاستخدام: حساب معدل استخدام الإضاءة الداخلية عن طريق مطابقة توزيع شدة الإضاءة المكانية مع نسب مساحة الغرفة للمساحات المختلفة.
6. منحنى الحد من الإضاءة: استخراج بيانات الإضاءة عند زوايا الملاحظة من 45 درجة إلى 90 درجة ورسم منحنيات الحد من الوهج.
7. تصنيف الوهج UGR: حساب قيمة الوهج الموحدة تلقائيًا باستخدام شدة الإضاءة ضمن زاوية الرؤية للملاحظة، والزاوية الصلبة لمصدر الضوء، وإضاءة الخلفية وفقًا لمعيار CIE 117.
8. منحنى Isolux ونسبة الارتفاع الأقصى المسموح به للتباعد: خذ مستوى الأرض كسطح استقبال، واحسب توزيع إضاءة الأرض من خلال تراكب شدة الإضاءة الكروية الكاملة، واستنتج نسبة الارتفاع الأقصى المسموح به للتباعد لتركيب وحدات الإضاءة.
9. مطابقة منحنيات الإضاءة مع مناطق الإضاءة: محاكاة تغطية الإضاءة الأرضية تحت ارتفاعات تركيب مختلفة لمطابقة سيناريوهات التطبيق مثل إضاءة الطرق والمكاتب.
10. منحنى تساوي شدة الإضاءة: تكوين أسطح منحنية متكافئة عن طريق توصيل الزوايا ذات قيم شدة الإضاءة المكانية المتساوية.
11. زاوية الشعاع الفعالة: الفرق بين زاويتي γ الجانبيتين اللتين تتوافقان مع 50٪ من الحد الأقصى لشدة الإضاءة.
12. مؤشر كفاءة الطاقة EEI: حساب مؤشر تصنيف كفاءة الطاقة عن طريق مقارنة الكفاءة الضوئية مع وحدات الإضاءة المرجعية القياسية بموجب توجيهات الاتحاد الأوروبي 2019/2015 ErP.

4. جدول بيانات العينة المقاسة LSG-1890B

تم اختيار كشاف LED بقوة 100 واط كعينة اختبار، وتم مسح البيانات الضوئية الأساسية بواسطة LISUN LSG-1890B مدرجة أدناه:

مقتطف من توزيع شدة الإضاءة (بيانات شدة الإضاءة النموذجية لزاوية γ على المستوى C=0°):

5 مزايا للأجهزة وقيمة التطبيقات الصناعية

1. دقة عالية في قياس شدة الضوء: دقة زاوية 0.1 درجة بالإضافة إلى مسبار درجة حرارة ثابتة من الفئة A وفقًا لمعيار CIE يقلل بشكل كبير من خطأ جمع شدة الضوء عند الزوايا الصغيرة مقارنةً بـ LSG-1800A (0.2 درجة)، مما يفي بمتطلبات الاختبار لمصابيح LED عالية الجودة والمنتجات البصرية الدقيقة.
2. تغطية شاملة للمعايير: متوافق مع توجيهات CIE العالمية، و IES الأمريكية الشمالية، و EN الأوروبية، و ErP الأوروبية في آن واحد، ويمكنه إصدار تقارير اختبار شدة الإضاءة المطلوبة للحصول على الشهادات العالمية.
3. قابلية التكيف الواسعة مع مصادر الضوء المختلفة: قابلة للاختبار للضوء المرئي، ومصادر الأشعة فوق البنفسجية UVA/UVB/UVC، وتغطي مصابيح التطهير، ومصادر ضوء المعالجة، وجميع فئات الإضاءة الخارجية.
4. القيمة الهندسية العملية: مسح ضوئي واحد يكفي لإنجاز جميع المعايير الضوئية الخمسة عشر دون الحاجة إلى اختبارات متكررة على أجهزة متعددة، مما يقلل بشكل كبير من دورات الاختبارات المعملية. ويمكن تطبيق ملفات IES المصدرة مباشرةً على تصميم محاكاة الإضاءة للطرق والفصول الدراسية والمصانع.

6 الخاتمة

كيفية قياس شدة الضوء تُعدّ هذه الخطوة أساسية في اختبار الأداء البصري لوحدات الإضاءة. وهي مزودة بمسبار ذي درجة حرارة ثابتة ونظام مسح مؤازر عالي الدقة، LISUN LSG-1890B يقوم جهاز قياس الإضاءة عالي الدقة بجمع بيانات شدة الإضاءة الخام بدقة عالية على كامل الكرة الأرضية، استنادًا إلى قانون التربيع العكسي للمسافة. تتيح الخوارزميات القياسية المدمجة حساب مجموعة كاملة من المعايير الضوئية في آنٍ واحد، بما في ذلك توزيع شدة الإضاءة، والتدفق الضوئي، وكفاءة وحدة الإضاءة، ومؤشر الإشعاع العالمي (UGR)، ومؤشر كفاءة الطاقة (EEI)، ومنحنيات تساوي شدة الإضاءة، وغيرها. يتميز هذا الجهاز بإجراءات تشغيل موحدة وبيانات قابلة للتتبع، مما يلبي تمامًا متطلبات اختبار منتجات الإضاءة العالمية، والبحث والتطوير، وشهادات كفاءة الطاقة. يُعد هذا الجهاز أداة الاختبار الأساسية للمختبرات لتحقيق الكشف الشامل عن الأداء الضوئي.