Cietvielu apgaismojuma straujā attīstība ir radījusi pieprasījumu pēc precīziem un uzticamiem gaismas plūsmas mērījumiem. Lai izstrādātu enerģiju taupošas LED sistēmas, ir precīzi jānovērtē optiskā jauda, ​​krāsu stabilitāte, siltuma ietekme un reālā gaismas plūsmas samazināšanās. Visizplatītākā šī mērījuma metode ir tāda, kas atrodama uz integrējošā sfēra kas ir optisks korpuss, kas īpaši paredzēts lampas vai pusvadītāju emitera izstarotās gaismas uztveršanai neatkarīgi no izstarotās gaismas virziena.
Atšķirībā no uz punktiem balstītām mērīšanas metodēm, izmantojot difūzas atstarojošas sienas, integrējošā sfēra aprēķina starojuma enerģijas vidējo vērtību. Šī vidējā vērtība novērš leņķa radītos efektus un iegūst kopējās gaismas jaudas reālo vērtību. Šī metode ir ārkārtīgi svarīga ražotājiem, sertifikācijas laboratorijām un fotometriskās pētniecības un attīstības centriem, kur ir nepieciešama izsekojama mērījumu precizitāte attiecībā uz LED testēšanas instrumentiem.

Fiziskā uzvedība integrējošā sfērā

Telpiskā vidējā aprēķināšana ir integrējošas sfēras mērīšanas sistēmas pamatā esošais princips. Tikai neliela daļa no LED izstarotās gaismas tieši nonāk detektorā. Lielākā daļa gaismas trāpa sfēras iekšējā virsmā un izkliedējas visos virzienos, pirms sasniedz sensoru. Šādi vairāki izkliedētāji rada homogēnu fotometrisku iekšējo virsmu.
Kvalitātes mērījumi ir ļoti atkarīgi no pārklājuma materiāla. Augstas veiktspējas integrējošās sfēras savos pārklājumos izmanto atstarošanas vērtības virs 95 un ārkārtīgi zemu fluorescenci. LED augsto maksimālo viļņu garumu dēļ pārklājuma spektrālā neitralitāte ir ārkārtīgi svarīga.

Sfēras ģeometrija un tās ietekme uz mērījumiem

Sfēras diametra izvēle ir ļoti svarīga. Ja sfēra ir pārāk maza, pašabsorbcija var būt augsta, jo gaismas diode un tās turētājs bloķēs iekšējās atstarošanas. Ja sfēra ir pārāk liela, optiskā vājināšanās ir liela, kā rezultātā detektora reakcija ir vāja.
Strādājot ar LED mērīšanas instrumentiem, parastie sfēras diametri ir no 0.3 metriem līdz 2 metriem atkarībā no izstrādājuma izmēra un radītās gaismas intensitātes. Lielākas sfēras ir vēlamas lampu, gaismekļu vai daudzmikroshēmu moduļu izmantošanai, savukārt mazākas sfēras ir ideāli piemērotas vienas LED mikroshēmas novērtēšanai.
Telpiskā vienmērība ir atkarīga arī no iekšējās ģeometrijas. Jānovērš tiešas gaismas krišana uz detektoru, jo tieša krišana mākslīgi pielāgo detektora amplitūdu. Integrējošā sfēra ir veidota ar daudziem deflektoru komplektiem, lai gaisma, kas nonāk detektorā, būtu izgājusi cauri virknei atstarojošu mijiedarbību, un tādējādi tiktu uzlabota vidējās vērtības aprēķināšanas precizitāte.

Attēls: Integrējošā sfēra

Stabilizācijas prasības pirms mērīšanas

Mērot gaismas plūsmu, ir obligāti jāstabilizē LED temperatūra. LED gaismas plūsmas izmaiņas izraisa savienojuma punktu sakaršana, tāpēc izejas signāls ir jāmēra nemainīgos elektriskajos un termiskajos apstākļos.
Profesionālās laboratorijas nosaka:
• Noteikts stabilizācijas periods.
• Vienmērīga strāvas atbilstība.
• Regulēta siltuma izkliede.
• Mērījuma sākšana, kad sasniegts plūsmas stabilizācijas slieksnis
Lūmena starpību, pat nelielās savienojuma temperatūras izmaiņās, var izmērīt, īpaši starp prototipiem, ražošanas partijām vai citiem termiskās degradācijas apstākļiem, ko izmanto LM-80 novecošanās testi.

Uz sfēru balstīts mērīšanas process

Integrējošā sfēra ir precīzas gaismas plūsmas mērīšanas instruments, kas izmanto metodoloģisku pieeju. Tas tiek darīts, sākotnēji ņemot apkārtējās vides atskaites punktu, sistēmas bāzes kalibrēšanu un pēc tam veicot standartizētu testēšanu. Kalibrēšanas posmā tiek izmantotas laboratorijas kvalitātes atskaites lampas, kurām jau ir izsekojamas optiskās vērtības. Šādu lampu mērījumi tiek veikti sfērā, lai noteiktu konversijas koeficientus starp fotodiodes mērījumiem un absolūtās gaismas plūsmas mērījumiem.
Ražotāji LISUN Izgatavot augstas kvalitātes sistēmas, kas apvieno šos kalibrēšanas ciklus, izmantojot automatizētas secības, fotometriskās linearitātes korekciju, spektrālās kļūdas kompensāciju, kā arī digitālās kalibrēšanas atsaukšanu.
Pēc sistēmas kalibrēšanas LED paraugi tiek ierosināti. Detektori savāc izstaroto plūsmu un pārveido to fotometriskās vienībās, attiecīgi izmantojot integrējošo sfēru un detektoru.
Tabula: Tipiskas kalibrēšanas vērtības, ko izmanto sfēras luminiscences mērījumos

Termiskās īpašības plūsmas mērīšanas laikā

LED gaismas jauda ir ļoti mainīga atkarībā no temperatūras. Palielinot tiešo strāvu, savienojuma temperatūra samazinās nelineāri. Šī degradācija parasti ir 10–20% augstas slodzes temperatūras apstākļos. Lai novērstu šo efektu sfērisko sistēmu integrēšanai, ir jāiekļauj termiskās stabilizācijas mehānismi.
Profesionālās instalācijas izmanto:
• Siltumvadītāja montāžas kronšteini
• Precīzijas strāvas draiveri
• Zemas pretestības vadu savienojumi Zemas pretestības vadi.
• Datu reģistrēšana, izmantojot temperatūras izmaiņas.
Savienojuma siltums nav vienīgā ietekme uz vidi. Izejas konsekvenci ietekmē apkārtējās vides temperatūra kamerā, pirmsdegšanas periods un viļņu formas pulsācija.

Spektrālās neatbilstības kļūdu novēršana

Gadījumos, kad gaismas diodes tiek izmantotas, lai ģenerētu spektrālos sadalījumus ar asiem maksimumiem, parastie fotometriskie sensori var izraisīt mērījumu novirzi. Ja detektora jutība neatbilst cilvēka ķermeni ieskaujošās matērijas gaismas efektivitātes līknei, rodas spektrālā neatbilstība. Integrējošā sfēra kompensē šo aizstāšanu ar kalibrētiem spektroradiometriskiem sensoriem, nevis vienkāršām fotodiodēm.
Jaunās LED testēšanas ierīces ir aprīkotas ar iebūvētiem spektrometriem ar iebūvētu spektrālo korekciju. Korekcijas algoritmi izmanto lampu spektra svēršanas atmiņu, lai iegūtu pareizu gaismas plūsmu bez manuālas kompensācijas procesa.

Gaismas absorbcijas apstrāde sfēras iekšpusē

Radiatori, LED paneļi, elektroinstalācijas armatūra, kā arī montāžas piederumi absorbē daļu gaismas plūsmas. To sauc par pašabsorbciju. Pretējā gadījumā tas neatmaksāsies un nodrošinās nepareizi aprēķinātus lūmenus.
Profesionālās mērīšanas procedūras kompensē ar:
1. Sfēras bāzes līnijas mērīšana bez testējamās ierīces.
2. Mērījums, kad testējamā iekārta ir izslēgta
3. Mērīšana ar ieslēgtu testējamo ierīci
4. Korekcijas koeficientu piemērošana.
Tas nodrošina, ka galīgo mērījumu rezultātus neizkropļo gaismas absorbcija, ko rada nesošās konstrukcijas.

Detektora linearitāte augstas jaudas LED mērījumu laikā

Attīstoties muzeju līmeņa LED moduļiem, var rasties detektora piesātinājums. Apstarošana virs sensora lineārajiem laukumiem dos kļūdainus rādījumus. Laboratorijas var no tā izvairīties, izmantojot vājināšanas filtrus vai izvēloties augstas plūsmas detektora kanālus ar zemu jutību.
Pareizi izstrādātas integrējošās sfēras mērīšanas sistēmas ietver:
• Divi detektoru kanāli
• Automātiskās diapazona noteikšanas detektīvu shēmas.
• Zema trokšņa pastiprināšana
• Nevajadzīgi lieki kalibrēšanas koeficienti
Tas garantē pareizu plūsmas uztveršanu gan zemas, gan augstas intensitātes lietošanas laikā.

Lietojumi, kuros sfēras mērīšana uzlabo inženiertehnisko lēmumu pieņemšanu

Pētījumu centri, kas novērtē LED fosfora maisījumus, izmanto sfēru sistēmas, kuras tiek izmantotas, lai pārbaudītu fosfora konversijas efektivitāti. Ražotāji, kas mēra draiveru termiskās slodzes profilu, testē plūsmas izmaiņas dažādās temperatūrās. Augsta spilgtuma moduļu veidotāji mēra gaismas sabrukšanu paātrinātas novecošanas laikā. Partiju ražošanas komandas tiek izmantotas piegādātāju sertificēšanai. Šīs grupas var objektīvi izmērīt veiktspējas rādītājus, izmantojot kalibrētu integrējošu sfēru.

Secinājumi

Integrējošā sfēra ir viens no precīzākajiem optiskajiem darba instrumentiem, ko izmanto LED pilnas gaismas plūsmas novērtēšanas jomā. Pateicoties termiskajai stabilitātei montāžā un sarežģītai sensoru kompensācijas loģikai, sfēra spēj veikt ļoti uzticamus mērījumus. Spektrālās stabilitātes precizitāte vai atkārtojamība, kas pieejama modernajās sistēmās, kas iestrādātas LED testēšanas instrumentos, nav atkārtojama, izmantojot parastās virziena mērīšanas metodes. Laboratorijas, kas aprīkotas ar sistemātiskiem procesiem, ir ieguvušas ievērojamu apjomu, lai izprastu LED veiktspējas kvantitatīvo noteikšanu katrā produkta attīstības fāzē starp materiāla formulēšanu un ražošanu tirgū, lai inženiertehniskie lēmumi atbilstu faktiskajai gaismas spējai, nevis aprēķinu mainīgumam.