積分球是測(cè)量光源的輻射或光通量的快捷方便的工具

標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了基于燈具尺寸的積分球尺寸，但MIKO?AJPRZYBY?A解釋說(shuō)，對(duì)于許多產(chǎn)品開發(fā)和測(cè)試目的，較小的球體可以提供可接受的測(cè)量精度。

積分球是測(cè)量光源的輻射或光通量的快捷方便的工具。這樣的球體通常用于表征光源，例如封裝的LED部件和各種尺寸的成品燈具。顯然，產(chǎn)品開發(fā)和測(cè)試測(cè)量團(tuán)隊(duì)希望記錄球體測(cè)試的準(zhǔn)確結(jié)果。但是在某些標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定的測(cè)量實(shí)踐會(huì)導(dǎo)致與需要非常大的球體相關(guān)的高成本。讓我們考慮一系列實(shí)驗(yàn)室測(cè)試，試圖確定在常規(guī)測(cè)試中使用小于規(guī)定范圍的球體時(shí)會(huì)影響到多少準(zhǔn)確度 - 而不是為了報(bào)告認(rèn)可的實(shí)驗(yàn)室結(jié)果而進(jìn)行的。

一個(gè)2米的球體需要很大的空間，并且被授權(quán)比CIE標(biāo)準(zhǔn)下的被測(cè)燈具大得多

在選擇和使用系統(tǒng)硬件和軟件的過(guò)程中，尤其是在嚴(yán)格遵守CIE標(biāo)準(zhǔn)的情況下，最大限度地提高測(cè)量系統(tǒng)的精確度需要考慮多個(gè)變量。由于這種合規(guī)性會(huì)帶來(lái)巨大的規(guī)模和成本需求，因此許多公司都希望了解妥協(xié)如何影響測(cè)量精度。妥協(xié)可以最大限度地減少與測(cè)試相關(guān)的路由成本，只要能夠顯示準(zhǔn)確度以滿足手頭任務(wù)的要求即可。

球體直徑的選擇

符合CIE S 025/2015 LED產(chǎn)品測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)的測(cè)量必須符合特定的尺寸要求。有兩種常見的球體測(cè)量幾何形狀 - 2π和4π。4π配置是最常用的配置，要求DUT（待測(cè)設(shè)備）安裝在球體的中心。在光源不向后輻射的測(cè)試中，您可以更方便地測(cè)量DUT安裝在球體外部的總通量，并將輻射照射到球體側(cè)面的端口 - 稱為2π幾何體。

在4π測(cè)量幾何中，DUT的面積必須小于球體內(nèi)徑的2％。這對(duì)應(yīng)于球體直徑的1/10的DUT面積。對(duì)于外部進(jìn)行的2π測(cè)量，端口直徑必須≤球體直徑的1/3。

CIE S025標(biāo)準(zhǔn)是一份旨在協(xié)調(diào)世界各國(guó)LED測(cè)量的全球文件。本規(guī)定的條款現(xiàn)已在歐洲和美國(guó)IESNA光測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)中提供。

最終的結(jié)果是，只有小直徑燈才能在大多數(shù)實(shí)際尺寸的積分球中測(cè)量。圖1描繪了一個(gè)2米GL Opti Sphere 2000，它可以使被測(cè)燈具變矮。更大的光源和燈具必須在非常大的積分球或使用測(cè)角儀進(jìn)行測(cè)量。大的積分球體，例如直徑超過(guò)3米，價(jià)格昂貴，需要大量的實(shí)驗(yàn)室空間。同樣昂貴的測(cè)角儀需要恒定的環(huán)境條件和遠(yuǎn)離光測(cè)量?jī)x器的距離。這兩種解決方案對(duì)于日常工程和測(cè)試任務(wù)來(lái)說(shuō)都是許多公司和機(jī)構(gòu)所無(wú)法接受的。

打破規(guī)則

那么當(dāng)測(cè)量非常大的DUT時(shí)，當(dāng)積分球測(cè)量的“黃金法則”被破壞時(shí)會(huì)發(fā)生什么？在實(shí)踐中，與那些尋求認(rèn)可實(shí)驗(yàn)室地位的公司相比，采用內(nèi)部標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行測(cè)試的公司已經(jīng)采用了允許高達(dá)球體直徑30％的照明設(shè)備的測(cè)量方法。實(shí)驗(yàn)室條件下的預(yù)期測(cè)量不確定度為3-4％。

由于相對(duì)較小的球體和較大的DUT，隨著DUT限制球面反射，誤差增加，轉(zhuǎn)化為較低的測(cè)量精度。盡管如此，還是可以考慮哪些妥協(xié)方案，同時(shí)還能讓工程師為內(nèi)部測(cè)試獲得有意義的結(jié)果？在本文中，我們將詳細(xì)介紹測(cè)試結(jié)果，與嚴(yán)格遵守CIE標(biāo)準(zhǔn)相比，確定了不確定性的小幅增加。

測(cè)試配置和方法

我們首先設(shè)計(jì)了一個(gè)測(cè)量臺(tái)和一組DUT，可以模擬不同的燈具尺寸?；旧?，每個(gè)DUT都依靠安裝在不同尺寸和形狀外殼上的相同LED來(lái)模擬不同的DUT測(cè)試干擾情況。

我們的測(cè)試使用GL Opti Sphere 1100球形分光輻射度計(jì)進(jìn)行，該分光輻射度計(jì)由1100-mm直徑積分球和GL Spectis 1.0分光輻射度計(jì)組成，光譜范圍為340-780 nm。測(cè)量系統(tǒng)已經(jīng)過(guò)校準(zhǔn)，但是，對(duì)于這組實(shí)驗(yàn)測(cè)量的要求，這些測(cè)量使用參考或基準(zhǔn)測(cè)試來(lái)測(cè)量桿或測(cè)量臺(tái)頂部的LED?；景咐荄UT中最小的。其他DUT配置的結(jié)果與基準(zhǔn)情況進(jìn)行了比較。圖2顯示了不同的DUT配置。

我們的實(shí)驗(yàn)室團(tuán)隊(duì)在每個(gè)DUT配置的整個(gè)測(cè)試中都保持嚴(yán)格的測(cè)量條件：

?可編程穩(wěn)定的TDK拉姆達(dá)電源

?恒定的LED積分時(shí)間和LED開啟時(shí)間

?測(cè)量間的LED冷卻3分鐘或更長(zhǎng)時(shí)間

每個(gè)DUT配置的測(cè)試重復(fù)數(shù)次。DUT是一款熒光粉轉(zhuǎn)換白光LED，驅(qū)動(dòng)電流為0.6A時(shí)功耗為5.6W。

評(píng)估結(jié)果

得出的結(jié)果比預(yù)期好。即使標(biāo)準(zhǔn)中提出的建議數(shù)次超標(biāo)，誤差也只有2％。

房屋大小和結(jié)構(gòu)的影響令人驚訝。我們的15×25,15×55,15×67,15×80,50×67厘米DUT由黑色泡沫制成，而圓形DUT由淺色卡紙制成，填充大部分球體積。后者產(chǎn)生比較小的黑色泡沫DUT更小的通量測(cè)量誤差。測(cè)量結(jié)果顯示在表中。

結(jié)論

認(rèn)可實(shí)驗(yàn)室測(cè)試當(dāng)然必須符合適用的標(biāo)準(zhǔn)。但在內(nèi)部測(cè)試中，公司會(huì)發(fā)現(xiàn)燈具尺寸的變化與光通量和比色測(cè)量值的微小差異相關(guān)。

隨著被測(cè)器件尺寸增大，光通量讀數(shù)下降，必要的自吸補(bǔ)償顯著。但是，重新計(jì)算后，測(cè)量結(jié)果非常重復(fù)。這意味著，即使是相對(duì)較大的DUT，具有高于97％的反射涂層指數(shù)的精心設(shè)計(jì)的測(cè)量系統(tǒng)也會(huì)在球體中產(chǎn)生十幾次反射。

必須注意的是，應(yīng)該為每個(gè)波長(zhǎng)定義球 - 光譜輻射計(jì)系統(tǒng)的自吸系數(shù)，因此它的總量定義了被測(cè)物體吸收的通量。根據(jù)物體尺寸和顏色，系數(shù)可能在整個(gè)測(cè)量范圍內(nèi)不同，因此需要使用精確的光譜輻射計(jì)或光譜儀。

關(guān)于標(biāo)準(zhǔn)中定義的測(cè)量原理的更一般的結(jié)論需要對(duì)不同測(cè)量系統(tǒng)進(jìn)行額外的測(cè)試和比較。但是，由于結(jié)果證明何時(shí)使用正確的系統(tǒng)和實(shí)踐，對(duì)于明顯大于標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定的光源，可以獲得重復(fù)且可信的測(cè)量結(jié)果。