LED-i heleduse mõõtmise nelja samba mõistmine

Kui räägime sellest, kui "ere" LED-lamp on, kasutame sageli juhuslikku terminit, mis võib erinevates kontekstides tähendada erinevaid asju. Kas see on kogu valguse hulk, mis pirnist välja voolab? Kas see on kiire intensiivsus, mis on suunatud kindlale kohale? Või on see valguse tase sinu laual või jalgpalliväljakul? Valgustusdisainerite, inseneride ja spetsifikatsioonide koostajate jaoks ei ole need eristused juhuslikud; Need on fundamentaalsed. LED-valgustuse täpseks kirjeldamiseks, võrdlemiseks ja rakendamiseks tugineme neljale erinevale, kuid omavahel seotud fotomeetrilisele suurusele: valgusvoog, valgusintensiivsus, heledus (luminants) ja heledus. Iga neist mõõdikutest annab erineva pusletükki, vastates erinevale küsimusele valguse toimivuse kohta. Valgusvoog näitab kogu väljundit, valgusintensiivsus suunajõudu, valgustus näitab, mis maandub pinnale, ja heledus näitab, kuidas pind välja näeb. Nende nelja kontseptsiooni valdamine on hädavajalik kõigile, kes tegelevad valgustussüsteemide projekteerimisega, alates lihtsast laualambist kuni keeruka staadioni paigalduseni. See juhend selgitab kõiki neid nelja LED-heleduse arvutuse meetodit, pakkudes selgeid definitsioone, valemeid, ühikuid ja praktilisi näiteid nende rakendusest.

Mis on valgusvoog ja kuidas seda arvutatakse?

Valgusvoog on valguse väljundi alusmõõdik. See kvantifitseerib allika poolt kiiratava nähtava valguse koguhulga ajaühiku kohta. Mõtle sellele kui lambi koguvoolule, sõltumata suunast, kuhu see liigub. See mõõdab kogu valguse väljundit, muutes selle kõige otsesemaks näitajaks valgusallika üldisele valguse tootmisvõimsusele. Valgusvoo ühik on valenik (lm). Kui ostad LED-pirni ja näed, et see on märgistatud kui "800 luumenit", on see valgusvoog – kogu valguse hulk, mida pirn kiirgab kõikides suundades. Kuid valgusvoo arvutamine on keerulisem, kui esmapilgul tundub, sest inimese silm ei taju kõiki valguse lainepikkusi võrdselt. Oleme kõige tundlikumad rohekaskollase valguse suhtes umbes 555 nm juures ja palju vähem tundlikud sügavpunase või sinise valguse suhtes. Seega on valgusvoog kaalutud mõõt. See arvutatakse, võttes valgusallika tegeliku kiirgusvõimsuse (füüsikalise energia) igal lainepikkusel ja korrutades selle teguriga, mis näitab silma tundlikkust selle lainepikkuse suhtes. Seda tegurit nimetatakse suhteliseks spektraalseks valgustõhususeks, tähistatud kui V(λ). Valgusvoo (Φ) formaalne valem on: Φ = Km ∫ Φ(λ) · V(λ) dλ, kus Φ(λ) on spektraalne kiirgusvoog, V(λ) on suhteline spektraalne valgusefektiivsus ja Km on konstant (683 lm/W), mis tähistab maksimaalset võimalikku valgusefektiivsust tipptundlikkuse lainepikkusel 555 nm. Sisuliselt muudab see valem matemaatiliselt toore füüsilise jõu inimese nägemissüsteemi poolt tajutava ereduse mõõtmiseks.

Mis on valguse intensiivsus ja kuidas see erineb voolust?

Kuigi valgusvoog näitab meile kogu valguse väljundit, ei ütle ta, kuidas valgus jaotub. 1000-luumenine valgus võib olla paljas pirn, mis pihustab valgust igale poole, või olla tihedalt fokusseeritud prožektor. Valgusintensiivsus on mõõdik, mis kirjeldab valguse kontsentratsiooni kindlas suunas. See on defineeritud kui valgusvoo hulk, mida allikas kiirgab ühiku tahke nurga kohta antud suunas. Tahknurk on kolmemõõtmeline nurk, mida mõõdetakse steradiaanides (sr), mis kirjeldab valguse "koonust", mis levib punktist. Kujuta ette taskulampi: selle valgusvoog võib olla kokku 300 luumenit, kuid selle valgusintensiivsus keskse kiire ääres on väga suur, sest need 300 luumenit on koondunud kitsasse koonusse. Valgusintensiivsuse ühik on kandel (cd). Üks kandella on defineeritud kui üks luumen steradiaani kohta (1 cd = 1 lm/sr). Voolu ja intensiivsuse suhe on geomeetriline. Kui sul on valgusallikas, mis kiirgab voogu ühtlaselt kõikides suundades (isotroopne allikas), saad arvutada selle intensiivsuse, jagades koguvoo sfääri kogutahke nurgaga, mis on 4π steradiaanid. Näiteks 1000-luumeni isotroopse allika intensiivsus oleks 1000 lm / 4π sr ≈ 79,6 cd igas suunas. Tegelikult ei ole enamik LED-allikaid isotroopsed. Intensiivsus varieerub suuna järgi. Kõikide suundade intensiivsuse summa, mis on integreeritud kogu sfäärile, viib sind tagasi kogu valgusvoo juurde. Valguse intensiivsus on võtmemõõdik kiirnurkade, peegeldajate ja läätsede mõistmiseks ja kujundamiseks.

Mis on heledus (luminants) ja kuidas seda mõõdetakse?

Heledust nimetatakse tehnilises mõttes luminantsiks. Kuigi luminansi kasutatakse sageli vestluses vabalt, on sellel täpne teaduslik definitsioon. See on valguse hulk, mis kiirgab, edastatakse või peegeldub pinnalt kindlas suunas. Teisisõnu, see kvantifitseerib, kui "hele" pind vaatlejale kindlast vaatenurgast välja näeb. See on kriitiline erinevus valgustusest, mis mõõdab pinnale langevat valgust. Luminants mõõdab valgust, mis lahkub sellest pinnast (või valgusallikast endast) ja liigub silma poole. Luminantsi ühik on kandella ruutmeetri kohta (cd/m²), mida sageli nimetatakse ka "nitiks". Formaalne definitsioon hõlmab valgusintensiivsust (I), mida kiirgab pinnaelement (dS) antud suunas, jagatuna selle pinnaelemendi pindalaga projitseerituna sellele suunale risti olevale tasapinnale. Valem on L = dI / (dS · cos θ), kus θ on nurk vaatesuuna ja normaalse (risti) pinna vahel. Lameda valgust kiirgava pinna, nagu LED-kiip või valgustatud silt, vaadates otse (θ=0°), lihtsub valem kujule L = I / dS. Heledus on see, mida meie silmad tegelikult tajuvad. Valge paberitükk ereda valguse all on kõrge heledusega; Sama paber pimedas ruumis on madala heledusega. LED-rakendustes on luminants oluline pimestavuse (väga kõrge luminantsi allikas vaateväljas) hindamiseks ning ekraanide ja indikaatorite kujundamiseks. Kiibi testimisel ja LED-kiirguse ohutuse hindamisel kasutatakse sageli pildistamismeetodeid, kus kaamerasüsteem mõõdab kiibi pinna luminantsi, et tuvastada kuumad kohad ja tagada ühtlane jõudlus.

Mis on valgustus ja kuidas seda arvutatakse?

Valgustus on võib-olla kõige praktilisem ja sagedamini viidatud mõõdik valgustusdisainis. See mõõdab valgusvoo hulka, mis langeb antud pinnale. Lihtsalt öeldes näitab see, kui palju valgust langeb sinu lauale, lao põrandale või jalgpalliväljakule. See on valgustussüsteemi "lõpptulemus" valgustatud objekti või ülesande vaatenurgast. Valgustusühik on luks (lx). Üks luks on määratletud kui üks luumen ruutmeetri kohta (1 lx = 1 lm/m²). Valgustugevuse (E) valem on E = dΦ / dS, kus dΦ on valgusvoog, mis langeb väikesele pindalale dS. Valgustus sõltub mitmest tegurist: valgusallika intensiivsusest, kaugusest allikast pinnani ja nurgast, millega valgus pinnale tabamus. See järgib pöördruutseadust, mis tähendab, et kui valgusallikast kaugus kahekordistub, väheneb valgustugevus neljandikuks algsest väärtusest. Seda mõjutab ka langemisnurga koosinus; valgus, mis tabab pinda 45-kraadise nurga all, annab vähem valgust kui valgus, mis tabab seda otse risti. Näiteks võib lugemisvalgus anda raamatule 500 luksi, samas kui hästi valgustatud kontor võib laual olla 300–500 luksi. Turvavalgustus võib vajada 50 luksi valgust maapinnal, samas kui professionaalne jalgpallistaadion vajab ülekandeks 1500–2000 luksi. Valgustus on peamine mõõdik, mida kasutatakse valgustusstandardites ja -regulatsioonides, et tagada piisav valgus ohutuse ja ülesannete täitmise tagamiseks. Seda mõõdetakse praktikas valgusmõõtja abil, millel on kosiniinikorrigeeritud andur, mis täpselt tabab tasandile langevat valgust.

Kuidas need neli mõõtmist omavahel seotud on?

Valgusvoo ja valguse intensiivsuse, valgustugevuse ja luminantsuse seoste mõistmine on võtmetähtsusega valgustusdisaini valdamiseks. Need ei ole iseseisvad mõisted, vaid erinevad vaatenurgad samale valguse nähtusele. Valgusvoog (lumenid) on kogu lähtepunkt – allika poolt kiiratav koguvalgus. See voog jaotub seejärel ruumis. Jaotust kirjeldatakse valguse intensiivsusega (kandel) igas suunas. Polaarintensiivsuse diagramm on graafiline viis selle jaotuse näitamiseks. Kui see jaotatud valgus liigub läbi ruumi ja lõpuks maandub pinnale, mõõdame tulemuse valgustugevusena (luks) sellel pinnal. Laual olev valgusmõõtja mõõdab valgust. Lõpuks, kui see valgustatud pind peegeldab osa sellest valgusest vaatleja silma suunas, on pinna tajutav "heledus" selle heledus (cd/m²). Kaamera valgusmõõtur mõõdab ka teatud tüüpi luminantsi. Lihtne näide seob kõik kokku: 5000-luumenine LED-prožektor (voog) võib keskmises valguskiires saavutada maksimaalse intensiivsuse 10 000 kandela. Kui see kiir on suunatud 10 meetri kaugusele seinale, võib selle kiire keskmes olev valgustugevus seinal olla 100 luks. Kui see sein on valgeks värvitud ja sellel on kõrge peegeldusvõime, võib selle heledus olla 30 cd/m², mis vaatlejale tundub ere. Kui sein on mustaks värvitud, võib selle heledus olla vaid 3 cd/m², mis tundub tume, kuigi seina valgustus on sama 100 luks. Need neli mõõdikut toimivad ahelas, alates allikast (voog, intensiivsus) kuni pindade mõjuni (valgustus, luminants), pakkudes täielikku keelt valguse kirjeldamiseks ja insenerimiseks.

Korduma kippuvad küsimused LED-i heleduse arvutuste kohta

Mis vahe on lumenil ja luksul?

See on tavaline segadus. Lumenid (lm) mõõdavad allika poolt kiiratava valguse koguhulka. Lux (lx) mõõdab, kui palju valgust maandub pinnale. Mõtle sellele nagu vihmale: lumens on pilvest langeva vihma koguhulk, luks aga see, kui sügav lomp on sinu sissesõiduteel. 1000-luueniline taskulamp annab lähedalasuval seinal palju kõrgema luksusmõõtu kui 1000-luumenine laelamp, sest taskulambi valgus koondub väiksemale alale.

Kuidas arvutada LED-valguse valgustugevust teatud kaugusel?

Punktallika puhul saab teha umbkaudse hinnangu pöördruutseaduse abil. Sul on vaja valguse intensiivsust (kandelas) pinna suunas. Valgustus (E) on ligikaudu intensiivsus (I) jagatud kaugusega (d) ruudus: E = I / d². Kuid päris LED-valgustite puhul, millel on kindlad valgusvihkade nurgad, on see keerulisem. Kõige täpsem meetod on kasutada valgustusdisaini tarkvara, mis kasutab fotomeetrilisi andmefaile valgustugevuse arvutamiseks kogu alal, arvestades valguskiire kuju ja mitut valgustit.

Milline neljast mõõdikust on laualambi ostmisel kõige olulisem?

Laualambi puhul on valgustus kõige praktilisem mõõdik. Sa tahad teada, kui palju valgust (luksuses) sinu tööpinnale langeb. Kuna tootjad ei anna alati valgustusandmeid konkreetsete vahemaade kohta, on kogu valgusvoog (lumenid) hea lähtepunkt. Lamp, millel on 400–800 luumenit, piisab tavaliselt laua jaoks. Samuti peaksid arvestama kiire nurka, et see koondaks valguse tööle ilma silmades pimestamist (liigset heledust).