Высокоточная гониофотометрическая система: применение и технический анализ при комплексном тестировании оптических характеристик светильников

Резюме
В области проектирования светотехники, исследований и разработок светильников, а также контроля качества, пространственное распределение оптических характеристик светильников является основой для оценки световых эффектов, обеспечения безопасности эксплуатации и достижения целей энергосбережения. Традиционное фотометрическое оборудование не может в полной мере охватить закономерности распределения силы света светильников в трёхмерном пространстве. Однако гониофотометрическая система с её техническими преимуществами «высокоточного пространственного сканирования + многопараметрического синхронного расчёта» стала ключевым устройством для решения этой проблемы. В данной статье рассматриваются LISUN LSG-1890B Высокоточная гониофотометрическая система (кривая распределения интенсивности света) В качестве объекта исследования систематически излагаются технические принципы и примеры применения прибора при тестировании 15 основных параметров, таких как данные о силе света, локальном световом потоке, эффективности светильника и показателе бликов. В сочетании с анализом аппаратной архитектуры и проверкой фактических данных измерений, подчёркивается точность и надёжность данного прибора при тестировании светодиодных светильников, HID-ламп и других источников света, что предоставляет профессиональный справочник по решениям для тестирования оптических характеристик в светотехнической отрасли.

1. Введение
С популяризацией светодиодной технологии освещения и повышением требований к специальному освещению (например, дорожному, туннельному и промышленному), оптические характеристики светильников больше не ограничиваются одним световым потоком или индексом освещённости, а расширяются до «закона распределения света в пространстве». Например, дорожные светильники должны обеспечивать формирование равномерного прямоугольного светового пятна на поверхности дороги, а туннельные светильники должны избегать зрительного утомления, вызванного чередованием света и темноты. Все эти требования основаны на точном измерении трёхмерного распределения силы света светильников. Будучи устройством, специально разработанным для измерения пространственного распределения силы света источников света, гониофотометрическая система может генерировать «кривую распределения силы света», которая отражает характеристики светового излучения светильников посредством координации механической структуры и оптического обнаружения. На основе этой кривой он может рассчитать ключевые параметры, такие как региональный световой поток, коэффициент использования и показатель бликов, предоставляя данные для проектирования системы освещения и оптимизации производительности светильников.

The LSG-1890B Высокоточная гониофотометрическая система, разработанная LISUN использует комбинированную конфигурацию из датчика постоянной температуры, японского серводвигателя Mitsubishi и немецкого декодера с угловой точностью 0.1°, что может соответствовать требованиям международных стандартов, таких как CIE-70 и LM-79-19. Он подходит для испытания крупных светильников диаметром до 2000 мм и весом до 60 кг. В данной статье будет проведен всесторонний анализ технической ценности и промышленной применимости этой гониофотометрической системы по четырём аспектам: техническая архитектура оборудования, принципы тестирования основных параметров, типичные сценарии применения и проверка производительности.

2. Техническая архитектура и принципы тестирования LISUN LSG-1890B Гониофотометрическая система
2.1 Основная аппаратная архитектура
Высокоточные возможности тестирования LISUN LSG-1890B Система гониофотометра основана на модульной аппаратной конструкции, которая в основном включает четыре основные системы:
Система механической передачи: приводимая в действие японским серводвигателем Mitsubishi и оснащенная высокоточным немецким декодером, она обеспечивает точное управление углом поворота светильника. Угол γ (поворот в вертикальной плоскости) и угол C (поворот в горизонтальной плоскости) регулируются в диапазоне ±180° (или 0–360°) с угловой точностью 0.1°. Это обеспечивает равномерность шага и стабильность положения при пространственном сканировании, исключая влияние механических погрешностей на результаты измерения силы света.

Оптическая система обнаружения: оснащена фотометрическим детектором класса A CIE с постоянной температурой (высокоточный детектор класса L опционально). Система может быть оснащена детекторами УФ-диапазона (UVA: 320–400 нм, UVB: 275–320 нм, UVC: 200–275 нм) или детекторами видимого света (VIS: 380–780 нм) в соответствии с требованиями испытаний. Конструкция с постоянной температурой эффективно снижает влияние колебаний температуры окружающей среды на чувствительность детектора, обеспечивая стабильность показаний при длительном тестировании (например, сканирование всего пространства крупных светильников занимает 1–2 часа).

Система сбора и обработки данных: подключается к компьютеру через интерфейс RS485/USB и имеет программное обеспечение на китайском и английском языках, работающее в системах Windows 7–Win11. Система позволяет собирать данные об интенсивности освещения в режиме реального времени и автоматически рассчитывать такие параметры, как региональный световой поток и эффективность светильника. Встроенный алгоритм калибровки данных позволяет корректировать системные ошибки на основе калибровочных значений стандартной лампы (например, SLS-150W) для повышения точности испытаний.

Система крепления и адаптации: оснащена многофункциональным испытательным приспособлением, поддерживающим испытания B-β с двумя плечами (подходит для симметричных светильников) и испытания C-γ с одним плечом (подходит для асимметричных светильников). Система позволяет крепить светильники диаметром до 2000 мм и весом до 60 кг, что соответствует требованиям к испытаниям крупногабаритных светильников, таких как дорожные, туннельные и промышленные светильники.

2.2 Принципы тестирования основных параметров
Суть гониофотометрической системы заключается в построении кривой распределения силы света посредством «сканирования силы света по всему пространству» и последующем определении 15 основных параметров на основе кривой распределения силы света и соответствующих стандартных алгоритмов. Конкретные принципы работы системы следующие:
Данные о силе света и распределение силы света: Сила света (единица измерения: кд) — это сила света светильника в определённом направлении. LSG-1890B Управляет вращением светильника с фиксированным шагом (например, 1° на шаг) в системе координат C-γ, а фотометрический детектор собирает значения интенсивности света в различных направлениях по точкам, формируя трёхмерную матрицу распределения интенсивности света. Затем строится кривая распределения интенсивности света в полярных или декартовых координатах (например, кривая распределения интенсивности света уличных фонарей типа «крыло летучей мыши»).

Локальный световой поток и эффективность светильника: Локальный световой поток — это общий световой поток светильника в определённой пространственной области (единица измерения: лм), который рассчитывается путём интегрирования распределения силы света в соответствующем телесном угле. Эффективность светильника — это отношение светового потока светильника к потребляемой мощности светильника (единица измерения: лм/Вт), отражающее эффективность преобразования электрической энергии в световую. LSG-1890B может синхронно измерять входную мощность светильника (с помощью внешнего измерителя мощности) и автоматически рассчитывать значение эффективности.

Показатель бликуемости (UGR) и кривая предельной яркости: Показатель бликуемости рассчитывается на основе стандарта CIE 117. Анализируя распределение силы света светильника в диапазоне углов зрения наблюдателя, можно оценить степень дискомфорта, вызываемого светом для человеческого глаза (чем меньше значение UGR, тем слабее бликуемость; как правило, для внутреннего освещения требуется UGR ≤ 19). Кривая предельной яркости — это «максимальная граница силы света, не создающая бликов», отмеченная на кривой распределения силы света, которая служит основой для расчета высоты установки светильника и расстояния между ним.

Кривая изоосвещённости и максимально допустимое отношение расстояния между светильниками к высоте: Кривая изоосвещённости — это интуитивно понятный график, который преобразует распределение силы света в распределение освещённости поверхности земли (например, «равномерное покрытие дорожного покрытия линиями изоосвещённости» является ключевым требованием в дорожном освещении). Максимально допустимое отношение расстояния между светильниками и высоты (S/H) — это отношение расстояния между ними (S) к высоте установки (H), которая определяется отношением краевого и центрального уровней освещённости кривой изоосвещённости (например, для дорожных светильников S/H обычно ≤ 3.5 для обеспечения равномерности освещённости дорожного покрытия).

EEI (индекс энергоэффективности): EEI — это международный показатель энергоэффективности светильников, который рассчитывается на основе светового потока, потребляемой мощности и распределения силы света светильника в соответствии с требованиями стандарта ЕС 2019/2015. LSG-1890B может напрямую выводить значение EEI, которое используется для определения соответствия светильника нормам ЕС по энергоэффективности.

3. Основные возможности тестирования параметров и сценарии применения LISUN LSG-1890B Гониофотометрическая система
3.1 Комплексное тестирование параметров и выбор детектора
The LISUN LSG-1890B Гониофотометрическая система может осуществлять синхронное тестирование 15 основных параметров и поддерживает выбор различных типов детекторов для адаптации к требованиям тестирования источников видимого и ультрафиолетового света. В следующей таблице представлены диапазоны тестирования параметров и схема выбора детекторов для данного устройства:

Категория тестирования	Основные параметры	Принцип тестирования	Дополнительные детекторы и применимые сценарии
Основные фотометрические параметры	Данные о силе света, распределение силы света, региональный световой поток, эффективность светильника	Сканирование интенсивности света + интегральный расчет	Стандартный детектор CIE класса A (подходит для осветительных приборов видимого света, таких как светодиодные, HID-лампы и люминесцентные лампы)
Параметры визуального комфорта	Распределение яркости (опционально), показатель бликования (UGR), кривая предела яркости	Распределение интенсивности света + алгоритм CIE 117	Дополнительный высокоточный детектор класса L (подходит для внутреннего и коммерческого освещения)
Параметры проектирования освещения	Кривая изоосвещённости, максимально допустимое соотношение расстояния к высоте, кривая светильника против площади освещения, кривая изоосвещённости	Распределение интенсивности света → преобразование освещенности	Стандартный детектор (подходит для уличных светильников, таких как дорожные и туннельные фонари)
Параметры оценки эффективности	Эффективный угол освещения, EEI (индекс энергоэффективности)	Определение границы распределения силы света + алгоритм энергоэффективности	Стандартный детектор (подходит для всех светильников, требующих сертификации энергоэффективности)
Специальные параметры УФ	Распределение интенсивности УФ-излучения, региональный поток УФ-излучения	Сканирование интенсивности света в УФ-диапазоне	По желанию PHOTO-UVA-A/B/C-детектор (подходит для УФ-ламп дезинфекции и УФ-ламп отверждения)

3.2 Анализ типичных сценариев применения
Научно-исследовательские и опытно-конструкторские работы и сертификационные испытания светодиодных дорожных светильников
Дорожные светильники должны соответствовать требованиям «равномерного распределения силы света, низкого бликования и высокой энергоэффективности». Следующие испытания можно выполнить с помощью LSG-1890B Система гониофотометра:
Тестирование распределения силы света: создание кривой распределения силы света в виде «крыла летучей мыши» для дорожных фонарей, чтобы обеспечить равномерное распределение силы света в горизонтальном направлении дороги (угол С 0°~180°) и избежать недостаточной освещенности на краю дороги;

Тестирование кривой изолированной освещенности: смоделируйте ситуацию, в которой высота установки светильников составляет 3.5 м, а расстояние между ними — 10 м, выведите кривую изолированной освещенности дорожного покрытия и убедитесь, что центральная освещенность составляет ≥20 лк, а равномерность — ≥0.4 (в соответствии со стандартом GB/T 24907-2020);

Тестирование EEI: рассчитайте значение EEI светильника, чтобы убедиться, что оно ≤0.7 (в соответствии с требованиями ЕС ERP по энергоэффективности). Производитель дорожных светильников оптимизировал распределение силы света с помощью этого устройства, увеличив светоотдачу светильника с 75 до 92 лм/Вт и успешно пройдя сертификацию ЕС CE.

Тестирование распределения света УФ-дезинфицирующей лампы
Бактерицидный эффект УФ-ламп для дезинфекции зависит от пространственного распределения интенсивности УФ-излучения (например, УФ-лампы должны обеспечивать интенсивность света ≥20 мкВт/см² на расстоянии 1 м). После оснащения LSG-1890B с PHOTO-UVC-A детектора можно выполнить следующие тесты:

Тестирование распределения интенсивности света UVC: отсканируйте значения интенсивности света UVC под углом C 0°~360° и углом γ -90°~90°, чтобы создать трехмерную карту распределения интенсивности света;

Расчёт локального потока излучения: Рассчитайте поток излучения УФ-С дезинфекционной лампы на участке размером 1 м × 1 м, чтобы оценить зону дезинфекции. Компания, производящая медицинское оборудование, провела испытания УФ-дезинфицирующих ламп с использованием этого прибора и обнаружила, что интенсивность УФ-С излучения ослабевает под углом γ 30°. Компания своевременно скорректировала расположение ламп, что увеличило зону дезинфекции на 20%.

Испытание светильников для внутреннего коммерческого освещения на предмет контроля бликов
Коммерческое освещение (например, торговые центры и офисные здания) предъявляет строгие требования к уровню бликов (UGR ≤ 16). После установки LSG-1890B С помощью высокоточного детектора класса L можно сделать следующее:
• Тестирование показателя бликов (UGR): смоделируйте сидячее положение наблюдателя (высота прямой видимости 1.2 м), рассчитайте силу света светильника в диапазоне углов обзора наблюдателя и получите значение UGR;
• Испытание предельной кривой яркости: отметьте границу силы света, соответствующую значению «UGR=16» на кривой распределения силы света, чтобы определить конструкцию маски светильника (например, добавить матовое покрытие для снижения силы света под большими углами). Благодаря этому испытанию один из производителей осветительных приборов снизил UGR коммерческих люстр с 22 до 15, повысив визуальный комфорт.

4. Проверка производительности и соответствия стандартам LISUN LSG-1890B Гониофотометрическая система
4.1 Данные проверки точности
Для проверки точности тестирования LSG-1890B Для испытаний гониофотометрической системы была выбрана «стандартная лампа SLS-150W» (калиброванная Национальным институтом метрологии, со стандартным значением силы света 1000 кд при температуре C=0°, γ=0°). Результаты представлены в следующей таблице:

Параметр тестирования	Стандартная стоимость	Измеренное среднее значение	Отклонение	Стандартное требование
Сила света (кд) при C=0°, γ=0°	1000	998.5	±1.5 кд	Детектор CIE класса A допускает отклонение ±2%
Региональный световой поток (лм) (C=0°~180°, γ=-90°~90°)	5000	4992	±8лм	Допускает отклонение ±0.5%
Эффективность светильника (лм/Вт) (входная мощность 50 Вт)	100	99.8	±0.2лм/Вт	Допускает отклонение ±0.3%
Рейтинг бликов (UGR) (моделируемый сценарий установки внутри помещения)	18	18.1	± 0.1	Допускает отклонение ±0.5
Эффективный угол освещения (°)	120	119.5	± 0.5 °	Допускает отклонение ±1°

Из данных видно, что измеренное отклонение каждого параметра меньше нормативного требования, что доказывает, что LSG-1890B Гониофотометрическая система обладает стабильными высокоточными возможностями тестирования.

4.2 Стандартное соответствие
The LISUN LSG-1890B Гониофотометрическая система строго соответствует международным и отечественным авторитетным стандартам, обеспечивая универсальность и признание результатов испытаний:
• Проверка распределения силы света: соответствует CIE-70 «Измерение распределения абсолютной силы света» и LM-79-19 «Фотометрические и электрические измерения твердотельных осветительных приборов»;
• Фотометрическое тестирование светильника: соответствует IES-LM-75 «Гониофотометрические испытания светильников» и EN13032-1 Пункт 6.1.1.3 «Лампы и освещение – Измерение и представление фотометрических данных ламп и светильников – Часть 1: Формат измерений и документов»;
• Испытания на энергоэффективность: Соответствует (ЕС) 2019/2020 «Регламенту ЕС по энергоэффективности светильников» и GB 19573-2021 «Минимально допустимые значения энергоэффективности и классы энергоэффективности для натриевых ламп высокого давления»;
• Испытания на ультрафиолетовое излучение: Соответствует требованиям к испытаниям потока УФ-излучения, изложенным в GB/T 19258-2012 «Ультрафиолетовые бактерицидные лампы».

5. Выводы 
The LISUN LSG-1890B Высокоточная гониофотометрическая система Реализует комплексное тестирование 15 основных оптических параметров светильников благодаря техническому решению, включающему «высокоточную механическую передачу + оптическое детектирование при постоянной температуре + многоалгоритмическую интеграцию». Это решение устраняет такие проблемы традиционного оборудования, как «неполное тестирование параметров, значительные механические погрешности и низкая адаптивность», и обеспечивает комплексную поддержку испытаний для светотехнической отрасли, от НИОКР и производства до сертификации. Применение системы в таких областях, как дорожные светильники, УФ-лампы для дезинфекции и светильники коммерческого освещения, не только повышает производительность и надежность светильников, но и обеспечивает точные фотометрические данные для проектирования светотехники.

Метки:LSG-1890B