Esferas de integração para medir o fluxo radiante ou luminoso de fontes de luz

A norma especifica que o tamanho da esfera de integração é baseado no tamanho da lâmpada em teste. Mas os especialistas explicam que, para muitos propósitos de desenvolvimento e teste de produtos, esferas menores podem fornecer precisão de medição aceitável.

1. Qual é a função da esfera integradora e o que é esfera integradora?
1.1 Integrando a instrução da esfera:
A esfera de integração é uma ferramenta rápida e conveniente para medir a radiação ou fluxo luminoso de uma fonte de luz. Essas esferas são frequentemente usadas para caracterizar fontes de luz, como componentes de LED embalados e luminárias acabadas de vários tamanhos. Claramente, as equipes de desenvolvimento de produto e medição de teste queriam registrar resultados precisos dos testes de esfera. Mas as práticas de medição especificadas em algumas normas levam a altos custos associados à necessidade de esferas muito grandes. Vamos considerar uma série de testes de laboratório, tentando determinar quanta precisão é afetada quando uma esfera menor que a faixa especificada é usada em testes de rotina, não com o propósito de relatar resultados de laboratórios acreditados.

1.2 Integrando a medição do sistema de espectrorradiômetro de esfera
Maximizar a precisão de um sistema de medição requer a consideração de múltiplas variáveis ​​durante a seleção e uso do hardware e software do sistema, especialmente quando estritamente aderindo aos padrões CIE. Devido aos enormes requisitos de escala e custo que tal conformidade implica, muitas empresas querem entender como os compromissos afetam a precisão da medição. Os compromissos podem minimizar os custos de roteamento associados aos testes, desde que a precisão possa ser demonstrada para atender aos requisitos da tarefa em questão.

2. Como escolher a esfera de integração do tamanho certo?
2.1 O princípio de teste da esfera integradora
As medições em conformidade com a norma de medição de produtos LED CIE S 025/2015 devem atender a requisitos dimensionais específicos. Existem duas geometrias de medição de esfera comuns – 2π e 4π. A configuração 4π é a configuração mais utilizada e requer que o DUT (dispositivo em teste) seja montado no centro da esfera. Em testes em que a fonte de luz não irradia para trás, você pode medir de forma mais conveniente o fluxo total do DUT montado fora da esfera e irradiar a radiação para uma porta na lateral da esfera – chamada de geometria 2π.

Na geometria de medição 4π, a área do DUT deve ser menor que 2% do diâmetro interno da esfera. Isso corresponde a uma área DUT de 1/10 do diâmetro da esfera. Para medições de 2π feitas externamente, o diâmetro da porta deve ser ≤ 1/3 do diâmetro da esfera.

2.2. Integrando a área de aplicação da esfera
A CIE S025 padrão é um documento global que visa harmonizar as medições de LED em países ao redor do mundo. Os termos deste regulamento estão agora disponíveis nos padrões de medição de luz IESNA europeus e norte-americanos. O resultado final é que apenas lâmpadas de pequeno diâmetro podem ser medidas na maioria das esferas integradoras de tamanho prático. Fontes de luz e luminárias maiores devem ser medidas em esferas integradoras muito grandes ou usando goniômetros. Grandes esferas integradoras, por exemplo, com mais de 3 metros de diâmetro, são caras e requerem muito espaço de laboratório. Goniômetros igualmente caros exigem condições ambientais constantes e distância de instrumentos de medição de luz. Ambas as soluções são inaceitáveis ​​para muitas empresas e instituições nas tarefas diárias de engenharia e testes.

2.3. Tamanho da esfera de integração
A esfera de integração trabalha com um Espectrradiômetro para fazer a medição dos parâmetros de fotometria, colorimetria e radiometria.
. IS-0.3M/IS-0.5M é para LEDs, módulos de LED, mini lâmpadas LED e outras lâmpadas pequenas. A faixa de teste de fluxo é de 0.001 a 1,999 lm
. IS-1.0MA é para lâmpadas CFL ou LED. A faixa de teste de fluxo é de 0.1 a 199,990 lm
. IS-1.5MA/IS-1.75MA é para CFL, lâmpada LED e tubo, lâmpada fluorescente, CCFL. A faixa de teste de fluxo é de 0.1 a 1,999,900 lm
. IS-2.0MA é para lâmpadas HID ou lâmpadas de alta potência. A faixa de teste de fluxo é de 0.1 a 1,999,900lm

3. Quebre as regras regulares
3.1. Regras de ouro situação quebrada
Então, o que acontece quando a “regra de ouro” da esfera de integração medições é quebrada ao medir DUTs muito grandes? Na prática, as empresas que utilizam padrões internos para testes adotaram medidas que permitem luminárias de até 30% do diâmetro da esfera, em comparação com aquelas que buscam status de laboratório credenciado. A incerteza de medição esperada sob condições de laboratório é de 3-4%.

3.2. DUT limita reflexões esféricas
Devido à esfera relativamente pequena e ao DUT maior, o erro aumenta à medida que o DUT limita as reflexões esféricas, o que se traduz em menor precisão de medição. Ainda assim, quais compromissos podem ser considerados enquanto ainda permitem que os engenheiros obtenham resultados significativos para testes internos? Neste artigo, detalhamos os resultados dos testes, que identificaram um pequeno aumento na incerteza em relação à estrita aderência ao padrão CIE.

4. Qual método de teste é usado e qual equipamento será usado?
4.1. Método de teste do equipamento
Primeiro projetamos uma mesa de medição e um conjunto de DUTs que podem simular diferentes tamanhos de luminárias. Basicamente, cada DUT conta com os mesmos LEDs montados em caixas de diferentes tamanhos e formas para simular diferentes situações de interferência de teste do DUT.

Nossa equipe de laboratório mantém condições de medição rigorosas durante todo o teste para cada configuração do DUT:
• Fonte de alimentação TDK lambda programável e estável
• Tempo de integração constante do LED e LED no tempo
• Resfriamento de LED por 3 minutos ou mais entre as medições
O teste é repetido várias vezes para cada configuração do DUT. O DUT é um LED branco convertido em fósforo com um consumo de energia de 5.6 W a uma corrente de acionamento de 0.6 A.

4.2. Configuração do equipamento de teste
Nossos testes foram realizados usando Lisun'S LPCE-2 (LMS-9000C) sistema de esfera integradora de espectrômetro de alta precisão. LPCE-2 A integração do sistema de teste de LED do espectrorradiômetro de esfera é para medição de luz de LEDs únicos e produtos de iluminação LED. A qualidade do LED deve ser testada verificando seus parâmetros fotométricos, colorimétricos e elétricos. De acordo com CIE 177, CIE84,  CIE-13.3, IES LM-79-19, Engenharia Óptica-49-3-033602, REGULAMENTO DELEGADO COMISSÃO (UE) 2019/2015, IESNA LM-63-2 e ANSI-C78.377, recomenda o uso de um espectrorradiômetro array com esfera integradora para testar produtos SSL. O LPCE-2 sistema é aplicado com LMS-9000C Espectrorradiômetro CCD de alta precisão ou LMS-9500C Espectrorradiômetro CCD de grau científico e uma esfera de integração de moldagem com base de suporte. Esta esfera é mais redonda e o resultado do teste é mais preciso do que a esfera integradora tradicional. Porém, para os requisitos deste conjunto de medições experimentais, essas medições utilizam uma referência ou teste de benchmark para medir os LEDs no topo da haste ou mesa de medição. O caso base é o menor dos DUTs. Os resultados de outras configurações do DUT foram comparados com o caso de referência. A Figura 2 mostra diferentes configurações de DUT.

5. Qual foi o resultado do teste?
O resultado foi melhor do que o esperado. Mesmo que as recomendações feitas no padrão excedam o padrão várias vezes, o erro é de apenas 2%.
O impacto do tamanho e estrutura da casa é surpreendente. Nossos DUTs 15×25, 15×55, 15×67, 15×80, 50×67 cm são feitos de espuma preta, enquanto os DUTs redondos são feitos de cartolina de cor clara que preenche a maior parte do volume da bola. Este último produz menos erro de medição de fluxo do que o DUT de espuma preta menor. Os resultados da medição são mostrados na tabela.

6. Em conclusão
É claro que os testes de laboratório credenciados devem atender aos padrões aplicáveis. Mas em testes internos, a empresa descobrirá que as mudanças nas dimensões da luminária se correlacionam com pequenas diferenças no fluxo luminoso e nas medições colorimétricas.
À medida que o tamanho do dispositivo em teste aumenta, a leitura do fluxo luminoso diminui e a compensação de auto-absorção necessária é significativa. No entanto, após o recálculo, as medições são muito repetitivas. Isso significa que mesmo um DUT relativamente grande, um sistema de medição bem projetado com um índice de revestimento refletivo superior a 97%, produzirá uma dúzia de reflexões na esfera.

Deve-se notar que a esfera, o coeficiente de auto-absorção do sistema espectrorradiômetro deve ser definido para cada comprimento de onda, e assim sua quantidade total define o fluxo absorvido pelo objeto medido. Dependendo do tamanho e da cor do objeto, os coeficientes podem variar em toda a faixa de medição, sendo necessário o uso de um espectrorradiômetro ou espectrômetro preciso.

Conclusões mais gerais sobre os princípios de medição definidos na norma requerem testes adicionais e comparação de diferentes sistemas de medição. No entanto, quando os sistemas e práticas corretas são usados, medições repetíveis e confiáveis ​​podem ser obtidas para fontes de luz significativamente maiores do que as especificadas no padrão.

Lisun Instruments Limited foi encontrado por LISUN GROUP em 2003. LISUN sistema de qualidade foi rigorosamente certificado pela ISO9001:2015. Como membro da CIE, LISUN os produtos são projetados com base em CIE, IEC e outros padrões internacionais ou nacionais. Todos os produtos passaram pelo certificado CE e autenticados pelo laboratório terceirizado.

Nossos principais produtos são Goniofotômetro, Esfera de integração, Espectrorradiômetro, Gerador de sobretensão, Armas Simuladoras ESD, Receptor EMI, Equipamento de teste EMC, Verificador elétrico da segurança, Câmara Ambiental, Câmara de temperatura, Câmara Climática, Câmara Térmica, Teste de pulverização de sal, Câmara de teste de poeira, Teste impermeável, Teste RoHS (EDXRF), Teste de fio incandescente e Teste de chama da agulha.

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