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讨论LED灯光学检测准确性和一致性

2013-06-03 10:23
汉水狂客
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  照明光学检测特别是战略性新兴产业的LED照明光学检测是一门涉及面很广、实践性很强、很多方面在学校教学中所没有涉及的综合性技术。而且在标准和测试方法中,一些例如积分球相对测量法中的LED标准参考灯等光学检测问题在国际上也没有解决。所以,要做好LED照明光学检测的准确性和一致性还确实是一个问题。我们目前进行的很多能力验证比对也还只限于关注和分析各检测机构报送的比对结果层面,还没有真正对各检测机构的人、机、物、法、环五方面的过程进行现场考察和监控。所以比对活动中一些检测机构报送的比对结果具有较大的偶然性,并且个别有真实性疑问。如果各检测机构没有真正做到人、机、物、法、环这五个方面尽可能的统一,就不可能真正做到准确性和一致性及从根本上提升自身能力。这是一个需要付出努力的过程,为了尽量减少各种测量误差,检验机构应该首先从五方面尽可能地做好检测机构自己的事。以下本文分别讨论,供参考。

  一、人

  人是做好任何事情中最关键的因素。培训出过硬的基层检测队伍是非常重要的。要做好光学检测特别是LED光学检测,检测人员应具备一定的光学专业基础和交叉学科的知识面,熟悉标准,还须自觉遵循严谨的检测制度和统一的操作程序,并具有一定的实践经验。

  光学检测领军人物更应如此,应善于发现甚至具备条件反射式的发现问题的能力。能凭借过硬的实践经验以及深厚的专业理论基础进行观察、分析和判断以至解决出现的问题。传统照明及LED照明光学检测所需的光学基础知识有应用光学、物理光学、光度学、色度学,以及各种传统照明及LED照明标准中的光学定义、条款及照明测量标准,还有仪器设备的原理及优缺点等等。

  在实践方面,对于光学测量仪器设备例如积分球、光度分布计、照度计、亮度计、色度测量设备等应具有熟练的操作实践经验,能具备各种照明产品研发、生产实践的能力更好(包括传统的和LED的,做到有比较才能有鉴别)。

  二、机

  照明光学测量设备有积分球测试系统、光色分布测试系统、照度计、亮度计、光辐射功率测量计、光生物安全测量系统等。检测机构和企业都普遍使用或者说使用最多的是积分球测试系统来测量灯的光色电参数。它具有购置成本低、操作简单方便、测试速度快等优点,但是有较多因素会限制它的测量准确性和一致性。这里不论其影响大小,先主要分析积分球测试系统中潜在的可能影响因素。

  (一)积分球测量法的基本工作原理

  积分球测量法的原理是在积分球中先用标准参考灯定标,再测量被测灯,再由电脑进行比较处理的相对法测量。当被测灯与标准参考灯在各方面都相似时,误差就会减少到最小。但即使是这样,在实际的设备和测试过程中都会有很多因素使其产生偏离,更何况大多数被测灯与标准参考灯之间的差异很大。虽然有的因素偏离理想情况较少,单一因素对测量结果影响不大。但是偏离理想的因素太多,其交叉关联影响的可能性就会越大,误差也会越大。所以,应尽量减少设备和测试过程中的各种偏离。

  1、积分球测量法中光谱仪的工作原理

  积分球测量法有光度测量法和光谱测量法之分。早期单纯用指针式光电检流计表来读取光度探头中的光电流,再用手工计算的方法,其误差很大,早已经不用了。之后改进为用数字表读数,但仍然过时很久了。目前,使用得多的是积分球光谱测量法。它又可分为光电倍增管式和CCD阵列式两种。

  (1)光电倍增管式光谱仪内部的工作原理

  被测灯发出的复色光在积分球内均匀混光后被光纤输入端头接收,并由光纤传送进入光谱仪,再经滤色进入输入狭缝,投射到光栅上对光谱光功率信号进行分解。

  因为作为光电转换的光电倍增管本身无法区分光谱,所以由机械装置转动光栅来把一定带宽的单色光功率信号按照波长大小依次投射到输出狭缝,由紧贴狭缝的光电倍增管接收并把光功率信号转换并多级放大为电信号,再由外部电路进一步放大输出到电脑中进行处理。在这一系列过程中,技术非常复杂。

  此外,测量需要准确的波长扫描(这对于光谱连续的灯的测量准确性不是问题,但对分离光谱的灯的光色参数特别是色参数测量准确性很重要,例如白炽灯的色温测量准确度很高而三基色节能灯的色温测量准确度较差),测量的分辨率和准确度又与输入输出狭缝宽度、波长定位及扫描步长关系很大。所以光电倍增管式光谱仪的测量速度较慢,早期的光谱仪一般需2~3分钟,近期的也需要10秒钟左右。

  光电倍增管式光谱仪的测量准确度可以很高,但光电倍增管也有缺点:①灵敏度因强光照射或因照射时间过长而降低,停止照射后会部分地恢复,这种现象称为“疲乏”。我们在对一台使用了多年光电倍增管式光谱仪对同一白炽灯连续重复测量90分钟试验中,其光通量不断单向下降达3%,但色温变化很小在5K内(0.2%);②光阴极表面各点灵敏度不均匀;③在实际测量中施加的电压太高会产生噪声。

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