Pag-unawa sa Apat na Haligi ng Pagsukat ng Liwanag ng LED

Kapag pinag-uusapan natin kung gaano "maliwanag" ang isang LED light, madalas tayong gumagamit ng isang kaswal na termino na maaaring mangahulugan ng iba't ibang mga bagay sa iba't ibang konteksto. Ito ba ang kabuuang dami ng ilaw na bumubuhos mula sa bombilya? Ito ba ay ang intensity ng beam na nakatuon sa isang partikular na lugar? O ito ba ay ang antas ng pag-iilaw sa iyong mesa o sa isang football field? Para sa mga taga-disenyo ng pag-iilaw, inhinyero, at mga tagapagtukoy, ang mga pagkakaiba na ito ay hindi kaswal; ang mga ito ay mahalaga. Upang tumpak na mailarawan, ihambing, at ilapat ang LED lighting, umaasa kami sa apat na magkakahinga, ngunit magkakaugnay, photometric quantities: luminous flux, luminous intensity, brightness (luminance), at illuminance. Ang bawat isa sa mga sukatan na ito ay nagbibigay ng iba't ibang piraso ng puzzle, na sumasagot sa iba't ibang tanong tungkol sa pagganap ng ilaw. Ang luminous flux ay nagsasabi sa amin ng kabuuang output, ang luminous intensity ay nagsasabi sa amin ng direksyon na kapangyarihan, ang pag-iilaw ay nagsasabi sa amin kung ano ang mga lupain sa isang ibabaw, at ang liwanag ay nagsasabi sa amin kung paano lumilitaw ang isang ibabaw. Ang pag-master ng apat na konsepto na ito ay mahalaga para sa sinumang kasangkot sa pagdidisenyo ng mga sistema ng pag-iilaw, mula sa isang simpleng desk lamp hanggang sa isang kumplikadong pag-install ng istadyum. Ang gabay na ito ay i-demystify ang bawat isa sa apat na pamamaraan ng pagkalkula ng liwanag ng LED, na nagbibigay ng malinaw na mga kahulugan, formula, yunit, at praktikal na mga halimbawa ng kanilang aplikasyon.

Ano ang Luminous Flux at Paano Ito Kinakalkula?

Ang luminous flux ay ang pundasyon ng sukatan ng output ng ilaw. Sinusukat nito ang kabuuang halaga ng nakikitang liwanag na ibinubuga ng isang mapagkukunan sa bawat yunit ng oras. Isipin ito bilang kabuuang "daloy" ng liwanag mula sa isang lampara, anuman ang direksyon na naglalakbay ito. Ito ay isang sukatan ng buong output ng ilaw, na ginagawa itong pinaka-direktang tagapagpahiwatig ng pangkalahatang kapangyarihan ng isang mapagkukunan ng ilaw upang makabuo ng ilaw. Ang yunit ng luminous flux ay ang lumen (lm). Kapag bumili ka ng isang LED bombilya at makita ito na may label na "800 lumens," ito ang maliwanag na daloy - ang kabuuang halaga ng ilaw na inilalabas ng bombilya sa lahat ng direksyon. Gayunpaman, ang pagkalkula ng maliwanag na flux ay mas kumplikado kaysa sa tila, dahil ang mata ng tao ay hindi nakikita ang lahat ng mga haba ng daluyong ng liwanag nang pantay-pantay. Kami ay pinaka-sensitibo sa berde-dilaw na ilaw sa paligid ng 555 nm at mas mababa sensitibo sa malalim na pula o asul na ilaw. Samakatuwid, ang maliwanag na flux ay isang timbang na sukat. Ito ay kinakalkula sa pamamagitan ng pagkuha ng aktwal na nagliliwanag na kapangyarihan (ang pisikal na enerhiya) ng mapagkukunan ng liwanag sa bawat haba ng daluyong at pagpaparami nito sa pamamagitan ng isang kadahilanan na kumakatawan sa pagiging sensitibo ng mata sa haba ng daluyong na iyon. Ang kadahilanan na ito ay kilala bilang ang relatibong spectral luminous efficiency, na tinutukoy bilang V(λ). Ang pormal na pormula para sa luminous flux (Φ) ay: Φ = Km ∫ Φ(λ) · V(λ) dλ, kung saan ang Φ(λ) ay ang spectral radiant flux, V(λ) ay ang kamag-anak spectral luminous efficiency, at Km ay isang pare-pareho (683 lm/W) na kumakatawan sa maximum na posibleng maliwanag na kahusayan sa peak sensitivity wavelength ng 555 nm. Sa esensya, ang pormulang ito ay nagbabago ng hilaw na pisikal na kapangyarihan sa pagsukat ng pinaghihinalaang liwanag ng sistemang paningin ng tao.

Ano ang Luminous Intensity at Paano Ito Naiiba sa Flux?

Habang ang luminous flux ay nagsasabi sa amin ng kabuuang output ng ilaw, hindi nito sinasabi sa amin kung paano ipinamamahagi ang ilaw na iyon. Ang isang 1000-lumen na ilaw ay maaaring maging isang hubad na bombilya na nag-spray ng ilaw sa lahat ng dako, o maaari itong maging isang mahigpit na nakatuon na spotlight. Ang luminous intensity ay ang sukatan na naglalarawan ng konsentrasyon ng liwanag sa isang tiyak na direksyon. Ito ay tinukoy bilang ang dami ng maliwanag na flux na inilalabas ng isang mapagkukunan sa bawat yunit ng solidong anggulo sa isang naibigay na direksyon. Ang isang solidong anggulo ay isang tatlong-dimensional na anggulo, na sinusukat sa steradians (sr), na naglalarawan ng "kono" ng liwanag na kumakalat mula sa isang punto. Isipin ang isang flashlight: ang luminous flux nito ay maaaring 300 lumens total, ngunit ang luminous intensity nito sa gitnang beam ay napakataas dahil ang 300 lumens ay puro sa isang makitid na kono. Ang yunit ng maliwanag na intensidad ay ang candela (CD). Ang isang candela ay tinukoy bilang isang lumen bawat steradian (1 cd = 1 lm / sr). Ang ugnayan sa pagitan ng flux at intensity ay geometriko. Kung mayroon kang isang mapagkukunan ng ilaw na naglalabas ng flux nito nang pare-pareho sa lahat ng direksyon (isang isotropic source), maaari mong kalkulahin ang intensity nito sa pamamagitan ng paghahati ng kabuuang flux sa kabuuang solidong anggulo ng isang globo, na kung saan ay 4π steradians. Halimbawa, ang isang 1000-lumen isotropic source ay magkakaroon ng intensity ng 1000 lm / 4π sr ≈ 79.6 cd sa anumang direksyon. Sa katunayan, ang karamihan sa mga mapagkukunan ng LED ay hindi isotropic. Ang intensity ay nag-iiba ayon sa direksyon. Ang kabuuan ng intensity sa lahat ng direksyon, na isinama sa buong globo, ay nagdadala sa iyo pabalik sa kabuuang luminous flux. Ang luminous intensity ay ang pangunahing sukatan para sa pag-unawa at pagdidisenyo ng mga anggulo ng beam, reflector, at lens.

Ano ang liwanag (luminance) at paano ito sinusukat?

Ang liwanag, sa teknikal na termino, ay tinutukoy bilang luminance. Habang madalas na ginagamit nang maluwag sa pag-uusap, ang luminance ay may tumpak na pang-agham na kahulugan. Ito ay ang sukatan ng dami ng liwanag na inilabas, ipinadala, o sumasalamin mula sa isang ibabaw sa isang naibigay na direksyon. Sa madaling salita, sinusukat nito kung gaano kaliwanag ang isang ibabaw sa isang tagamasid na tumitingin dito mula sa isang tiyak na anggulo. Ito ay isang kritikal na pagkakaiba mula sa ilaw, na sumusukat sa liwanag na bumabagsak sa isang ibabaw. Sinusukat ng luminance ang liwanag na umaalis sa ibabaw na iyon (o isang mapagkukunan ng ilaw mismo) at naglalakbay patungo sa mata. Ang yunit ng luminance ay candela bawat metro kuwadrado (cd / m²), madalas na tinatawag ding "nit." Ang pormal na kahulugan ay nagsasangkot ng liwanag na intensity (I) na inilalabas ng isang elemento sa ibabaw (dS) sa isang naibigay na direksyon, na hinati ng lugar ng elementong ibabaw na iyon na naka-project sa isang eroplano na patayo sa direksyon na iyon. Ang pormula ay L = dI / (dS · cos θ), kung saan ang θ ay ang anggulo sa pagitan ng direksyon ng pagtingin at ang normal (patayo) sa ibabaw. Para sa isang patag na liwanag-emitting ibabaw, tulad ng isang LED chip o isang naiilawan na palatandaan, tiningnan nang diretso sa (θ = 0 °), ang formula simplifies sa L = I / dS. Ang liwanag ay kung ano ang talagang nakikita ng ating mga mata. Ang isang puting piraso ng papel sa ilalim ng isang maliwanag na ilaw ay may mataas na liwanag; Ang parehong papel sa isang madilim na silid ay may mababang ilaw. Sa mga aplikasyon ng LED, ang luminance ay mahalaga para sa pagtatasa ng glare (isang napakataas na mapagkukunan ng luminance sa larangan ng view) at para sa pagdidisenyo ng mga display at tagapagpahiwatig. Sa pagsubok ng chip at pagsusuri sa kaligtasan ng LED radiation, madalas na ginagamit ang mga pamamaraan ng imaging, kung saan sinusukat ng isang camera system ang luminance sa ibabaw ng chip upang makilala ang mga hotspot at matiyak ang pare-parehong pagganap.

Ano ang Liwanag at Paano Ito Kinakalkula?

Ang pag-iilaw ay marahil ang pinaka-praktikal at karaniwang tinutukoy na sukatan sa disenyo ng pag-iilaw. Sinusukat nito ang dami ng luminous flux na bumabagsak sa isang naibigay na lugar ng ibabaw. Sa simpleng mga termino, sinasabi nito sa iyo kung gaano karaming ilaw ang lumapag sa iyong mesa, sa sahig ng isang bodega, o sa isang football field. Ito ay ang "pangwakas na resulta" ng sistema ng pag-iilaw mula sa pananaw ng naiilawan na bagay o gawain. Ang yunit ng pag-iilaw ay ang lux (lx). Ang isang lux ay tinukoy bilang isang lumen bawat metro kuwadrado (1 lx = 1 lm / m²). Ang pormula para sa pag-iilaw (E) ay E = dΦ / dS, kung saan ang dΦ ay ang maliwanag na daloy na insidente sa isang maliit na elemento ng ibabaw ng lugar na dS. Ang pag-iilaw ay nakasalalay sa ilang mga kadahilanan: ang intensity ng pinagmulan ng ilaw, ang distansya mula sa pinagmulan hanggang sa ibabaw, at ang anggulo kung saan ang ilaw ay tumama sa ibabaw. Sinusunod nito ang batas ng kabaligtaran-parisukat, na nangangahulugang kung doblehin mo ang distansya mula sa pinagmulan ng ilaw, ang pag-iilaw ay bumababa sa isang-kapat ng orihinal na halaga nito. Apektado rin ito ng cosine ng anggulo ng insidente; Ang liwanag na tumatama sa isang ibabaw sa isang anggulo ng 45-degree ay nagbibigay ng mas kaunting pag-iilaw kaysa sa liwanag na tumatama ito nang direkta na patayo. Halimbawa, ang isang ilaw sa pagbabasa ay maaaring magbigay ng 500 lux sa isang libro, habang ang isang mahusay na naiilawan na opisina ay maaaring magkaroon ng 300-500 lux sa mga desk. Ang isang security floodlight ay maaaring kailanganin upang magbigay ng 50 lux sa lupa, habang ang isang propesyonal na football stadium ay nangangailangan ng 1500-2000 lux para sa broadcast. Ang pag-iilaw ay ang pangunahing sukatan na ginagamit sa mga pamantayan at regulasyon sa pag-iilaw upang matiyak ang sapat na ilaw para sa kaligtasan at pagganap ng gawain. Sinusukat ito sa pagsasanay gamit ang isang light meter, na may isang sensor na naitama ng cosine upang tumpak na makuha ang ilaw na bumabagsak sa isang eroplano.

Paano nauugnay ang apat na sukat na ito sa isa't isa?

Ang pag-unawa sa mga ugnayan sa pagitan ng luminous flux, luminous intensity, illuminance, at luminance ay susi sa pag-master ng disenyo ng pag-iilaw. Ang mga ito ay hindi mga independiyenteng konsepto ngunit iba't ibang mga pananaw sa parehong kababalaghan ng liwanag. Ang luminous flux (lumens) ay ang kabuuang panimulang punto - ang kabuuang liwanag na inilalabas ng pinagmulan. Pagkatapos ay ipinamamahagi ang flux na ito sa kalawakan. Ang pamamahagi ay inilalarawan sa pamamagitan ng luminous intensity (candela) sa lahat ng direksyon. Ang polar intensity diagram ay isang grapikong paraan ng pagpapakita ng distribusyong ito. Kapag ang ipinamamahagi na ilaw na ito ay naglalakbay sa kalawakan at sa wakas ay lumapag sa isang ibabaw, sinusukat namin ang resulta bilang pag-iilaw (lux) sa ibabaw na iyon. Ang isang light meter na nakalagay sa isang desk ay sumusukat sa liwanag. Sa wakas, kapag ang naiilawan na ibabaw ay sumasalamin sa ilan sa liwanag na iyon patungo sa mata ng isang tagamasid, ang pinaghihinalaang "liwanag" ng ibabaw ay ang luminance nito (cd / m²). Sinusukat din ng light meter ng camera ang isang uri ng luminance. Ang isang simpleng halimbawa ay nag-uugnay sa lahat ng ito: Ang isang 5000-lumen LED flood light (flux) ay maaaring magkaroon ng isang peak intensity ng 10,000 candela sa gitnang sinag nito. Kung ang beam na iyon ay nakatuon sa isang pader na 10 metro ang layo, ang ilaw sa gitna ng beam na iyon sa pader ay maaaring 100 lux. Kung ang pader na iyon ay pininturahan ng puti at may mataas na reflectivity, ang luminance nito ay maaaring 30 cd / m², na lumilitaw na maliwanag sa isang tagamasid. Kung ang pader ay pininturahan ng itim, ang luminance nito ay maaaring 3 cd / m² lamang, na lumilitaw na madilim, kahit na ang ilaw sa dingding ay kapareho ng 100 lux. Ang apat na sukatan na ito ay gumagana sa isang kadena, mula sa pinagmulan (flux, intensity) hanggang sa epekto sa mga ibabaw (illuminance, luminance), na nagbibigay ng isang kumpletong wika para sa paglalarawan at engineering ng ilaw.

Mga Madalas Itanong Tungkol sa Mga Kalkulasyon ng Liwanag ng LED

Ano ang Pagkakaiba sa Pagitan ng Lumens at Lux?

Ito ay isang karaniwang punto ng pagkalito. Sinusukat ng lumens (lm) ang kabuuang dami ng liwanag na inilalabas ng isang mapagkukunan. Sinusukat ng Lux (lx) ang dami ng liwanag na lumapag sa isang ibabaw. Isipin ito tulad ng ulan: ang lumens ay ang kabuuang dami ng ulan na bumabagsak mula sa isang ulap, habang ang lux ay kung gaano kalalim ang puddle sa iyong driveway. Ang isang 1000-lumen flashlight ay magbubunga ng isang mas mataas na lux reading sa isang kalapit na pader kaysa sa isang 1000-lumen na ilaw sa kisame, dahil ang ilaw ng flashlight ay puro sa isang mas maliit na lugar.

Paano ko makalkula ang ilaw mula sa isang LED light sa isang tiyak na distansya?

Para sa isang mapagkukunan ng punto, ang isang magaspang na pagtatantya ay maaaring gawin gamit ang kabaligtaran na batas ng parisukat. Kailangan mo ang maliwanag na intensity (sa candela) sa direksyon ng ibabaw. Ang ilaw (E) ay humigit-kumulang ang intensity (I) na hinati ng distansya (d) na kuwadrado: E = I / d². Gayunpaman, para sa mga tunay na LED fixtures na may mga tiyak na anggulo ng beam, ito ay mas kumplikado. Ang pinaka-tumpak na pamamaraan ay ang paggamit ng software ng disenyo ng pag-iilaw na gumagamit ng mga file ng data ng photometric upang makalkula ang pag-iilaw sa isang lugar, na isinasaalang-alang ang hugis ng beam at maraming mga fixture.

Alin sa apat na sukatan ang pinakamahalaga para sa pagbili ng isang desk lamp?

Para sa isang desk lamp, ang pag-iilaw ay ang pinaka-praktikal na sukatan. Nais mong malaman kung gaano karaming ilaw (sa lux) ang lalapag sa ibabaw ng iyong trabaho. Gayunpaman, dahil ang mga tagagawa ay hindi palaging nagbibigay ng data ng pag-iilaw para sa mga tiyak na distansya, ang kabuuang luminous flux (lumens) ay isang mahusay na panimulang punto. Ang isang lampara na may 400-800 lumens ay karaniwang sapat para sa isang desk. Dapat mo ring isaalang-alang ang anggulo ng beam upang matiyak na nakatuon ito sa ilaw sa iyong trabaho nang hindi nagiging sanhi ng glare (labis na luminance) sa iyong mga mata.