Հասկանալ LED պայծառության չափման չորս սյուները

Երբ խոսում ենք այն մասին, թե որքան «պայծառ» է LED լույսը, մենք հաճախ օգտագործում ենք պատահական տերմին, որը կարող է նշանակել տարբեր բաներ տարբեր համատեքստերում։ Արդյո՞ք դա լամպից դուրս եկող լույսի ընդհանուր քանակն է։ Արդյո՞ք ճառագայթի ինտենսիվությունը կենտրոնացած է կոնկրետ կետի վրա։ Թե՞ լուսավորության մակարդակը ձեր գրասեղանի կամ ֆուտբոլի դաշտի վրա։ Լուսավորության դիզայներների, ինժեներների եւ բնութագրողների համար այս տարբերությունները պատահական չեն. դրանք հիմնարար են։ LED լուսավորությունը ճշգրիտ նկարագրելու, համեմատելու եւ կիրառելու համար մենք ապավինում ենք չորս տարբեր, բայց փոխկապակցված ֆոտոմետրիկ մեծություններին՝ լուսային հոսք, լուսային ինտենսիվություն, պայծառություն եւ լուսավորություն։ Այս չափանիշներից յուրաքանչյուրը հանելուկի տարբեր մասն է տալիս՝ պատասխանելով լույսի կատարման վերաբերյալ տարբեր հարցին։ Լուսային հոսքը ցույց է տալիս ընդհանուր ելքը, լուսային ինտենսիվությունը ցույց է տալիս ուղղված հզորությունը, լուսավորությունը ցույց է տալիս, թե ինչ է գտնվում մակերեւույթի վրա, եւ պայծառությունը ցույց է տալիս, թե ինչպես է մակերեսը հայտնվում։ Այս չորս հասկացություններին տիրապետելը շատ կարեւոր է լուսավորության համակարգերի նախագծման մեջ ներգրավված բոլոր նրանց համար՝ պարզ գրասեղանի լամպից մինչեւ բարդ մարզադաշտի տեղադրում։ Այս ուղեցույցը կգաղտնազորի այս չորս LED պայծառության հաշվարկման մեթոդներից յուրաքանչյուրը՝ տալով հստակ սահմանումներ, բանաձեւեր, միավորներ եւ դրանց կիրառման գործնական օրինակներ։

Ի՞նչ է լուսային հոսքը եւ ինչպե՞ս է այն հաշվարկվում:

Լուսային հոսքը լույսի արտանետման հիմնական չափանիշն է։ Այն չափում է աղբյուրի կողմից արձակվող տեսանելի լույսի ընդհանուր քանակը ժամանակի միավորում։ Պատկերացրեք, որ այն լամպի լույսի ընդհանուր «հոսք» է՝ անկախ այն ուղղությունից, որով այն ընթանում է։ Այն լույսի ամբողջ ազդեցության չափն է, ինչը դարձնում է լույսի աղբյուրի ընդհանուր հզորության ամենաանմիջական ցուցանիշը։ Լուսային հոսքի միավորը լյումենն է (lm)։ Երբ գնում եք LED լամպ եւ տեսնում եք, որ այն պիտակավորված է որպես «800 lumens», սա լուսային հոսքն է՝ լամպի արձակած լույսի ընդհանուր քանակը բոլոր ուղղություններով։ Այնուամենայնիվ, լուսային հոսքի հաշվարկը ավելի բարդ է, քան կարող է թվալ, քանի որ մարդու աչքը հավասարապես չի ընկալում լույսի բոլոր ալիքի երկարությունները։ Մենք առավել զգայուն ենք կանաչ-դեղին լույսի նկատմամբ մոտ 555 նմ եւ շատ ավելի քիչ զգայուն ենք խորը կարմիր կամ կապույտ լույսի նկատմամբ։ Լուսային հոսքը, հետեւաբար, կշռված չափում է։ Այն հաշվարկվում է՝ վերցնելով լույսի աղբյուրի իրական ճառագայթման հզորությունը (ֆիզիկական էներգիան) յուրաքանչյուր ալիքի երկարության վրա եւ բազմապատկելով այն գործոնով, որը ներկայացնում է աչքի զգայունությունը այդ ալիքի երկարության նկատմամբ։ Այս գործոնը հայտնի է որպես հարաբերական սպեկտրալ լուսային արդյունավետություն, որը նշվում է որպես V(λ)։ Լուսային հոսքի (Φ) ֆորմալ բանաձեւը հետեւյալն է՝ Φ = Km ∫ Φ(λ) · V(λ) dλ, որտեղ Φ(λ)-ը սպեկտրալ ճառագայթային հոսքն է, V(λ)-ը՝ հարաբերական սպեկտրալ լուսային արդյունավետությունը, իսկ Km-ը՝ հաստատուն (683 lm/W), որը ներկայացնում է առավելագույն հնարավոր լուսային արդյունավետությունը 555 նմ զգայունության ալիքի երկարության դեպքում։ Ըստ էության, այս բանաձեւը մաթեմատիկորեն փոխակերպում է հում ֆիզիկական հզորությունը մարդու տեսողական համակարգի կողմից ընկալվող պայծառության չափման։

Ի՞նչ է լուսային ինտենսիվությունը եւ ինչո՞վ է այն տարբերվում հոսքից:

Թեեւ լուսային հոսքը ցույց է տալիս լույսի ընդհանուր ելքը, այն չի ասում, թե ինչպես է այդ լույսը բաշխվում։ 1000 լյումին լույսը կարող է լինել մերկ լամպ, որը ցողում է լույսը ամենուր, կամ կարող է լինել խիստ կենտրոնացված լուսարձակ։ Լուսային ինտենսիվությունը այն չափանիշն է, որը նկարագրում է լույսի կոնցենտրացիան որոշակի ուղղությամբ։ Այն սահմանվում է որպես լուսային հոսքի քանակ, որը արտանետվում է աղբյուրի կողմից տվյալ ուղղությամբ պինդ անկյան միավորի համար։ Պինդ անկյունը եռաչափ անկյուն է, որը չափվում է ստերադյաններով (sr), որը նկարագրում է կետից տարածվող լույսի «կոնը»։ Պատկերացրեք լապտեր. նրա լուսային հոսքը կարող է լինել 300 լյումեն, բայց կենտրոնական ճառագայթի երկայնքով նրա լուսային ինտենսիվությունը շատ բարձր է, քանի որ այդ 300 լյումենները կենտրոնացած են նեղ կոնի մեջ։ Լուսային ինտենսիվության միավորը կանդելան է (cd)։ Մեկ կանդելան սահմանվում է որպես մեկ լյումեն մեկ ստերադյան (1 cd = 1 lm/sr)։ Հոսքի եւ ինտենսիվության հարաբերակցությունը երկրաչափական է։ Եթե ունեք լույսի աղբյուր, որն իր հոսքը հավասարաչափ արձակում է բոլոր ուղղություններով (իզոտրոպ աղբյուր), ապա կարող եք հաշվարկել դրա ինտենսիվությունը՝ ընդհանուր հոսքը բաժանելով գնդի ընդհանուր պինդ անկյունի վրա, որը 4π ստերադյան է։ Օրինակ՝ 1000 լյումենի իզոտրոպ աղբյուրը ցանկացած ուղղությամբ կունենա 1000 լմ / 4π sr ≈ 79,6 cd ինտենսիվություն։ Իրականում LED աղբյուրների մեծ մասը իզոտրոպ չէ։ Ինտենսիվությունը տարբերվում է ուղղությամբ։ Բոլոր ուղղություններով ինտենսիվության գումարը վերադառնում է ընդհանուր լուսային հոսքին։ Լուսային ինտենսիվությունը ճառագայթների անկյունները, ռեֆլեկտորները եւ ոսպնյակները հասկանալու եւ նախագծելու հիմնական չափանիշն է։

Ի՞նչ է պայծառությունը (լուսավորությունը) եւ ինչպե՞ս է այն չափվում:

Պայծառությունը, տեխնիկական տերմիններով, կոչվում է լուսավորություն։ Թեեւ հաճախ օգտագործվում է զրույցում, լուսավորությունը ունի ճշգրիտ գիտական սահմանում։ Այն լույսի քանակի չափումն է, որը արտանետվում, փոխանցվում կամ արտացոլվում է մակերեւույթից որոշակի ուղղությամբ։ Այլ կերպ ասած՝ այն չափում է, թե որքան «պայծառ» է մակերեւույթը դիտորդին, որը նայում է նրան որոշակի անկյունից։ Սա կարեւոր տարբերություն է լուսավորությունից, որը չափում է մակերեւույթի վրա ընկնող լույսը։ Լուսավորությունը չափում է այդ մակերեւույթից դուրս եկող լույսը (կամ հենց լույսի աղբյուրը) եւ ճամփորդում դեպի աչք։ Լուսավորության միավորը քառակուսի մետրի համար կանդելա է (cd/m²), որը հաճախ կոչվում է նաեւ «նիտ»։ Ֆորմալ սահմանումը ներառում է մակերեսային տարրի (dS) արձակած լուսային ինտենսիվությունը (I) որոշակի ուղղությամբ, որը բաժանվում է այդ մակերեւույթի տարրի մակերեսով, որը պրոյեկտվում է այդ ուղղությանը ուղղահայաց հարթության վրա։ Բանաձեւը L = dI / (dS · cos θ) է, որտեղ θ դիտման ուղղության եւ մակերեւույթին նորմալի (ուղղահայաց) միջեւ ընկած անկյունն է։ Հարթ լուսարձակող մակերեւույթի համար, ինչպիսին է LED չիպը կամ լուսավորված նշանը, ուղիղ դիտելով (θ=0°), բանաձեւը պարզեցվում է մինչեւ L = I / dS։ Լուսավորությունը այն է, ինչ իրականում ընկալում են մեր աչքերը։ Պայծառ լույսի տակ սպիտակ թղթի կտորն ունի բարձր լուսավորություն; նույն թուղթը մութ սենյակում ունի ցածր լուսավորություն։ LED կիրառություններում լուսավորությունը շատ կարեւոր է շողշողությունը գնահատելու եւ ցուցադրիչներ եւ ցուցիչներ նախագծելու համար։ Չիպի փորձարկման եւ LED ճառագայթման անվտանգության գնահատման ժամանակ հաճախ օգտագործվում են պատկերման մեթոդներ, որտեղ տեսախցիկի համակարգը չափում է չիպի մակերեւույթի լուսավորությունը՝ թեժ կետերը հայտնաբերելու եւ միասնական աշխատանք ապահովելու համար։

Ի՞նչ է լուսավորությունը եւ ինչպե՞ս է այն հաշվարկվում:

Լուսավորությունը լուսավորության նախագծման մեջ թերեւս ամենագործնական եւ տարածված չափանիշն է։ Այն չափում է լուսային հոսքի քանակը, որն ընկնում է տվյալ մակերեսի վրա։ Պարզ ասած՝ այն ցույց է տալիս, թե որքան լույս է վայրէջք կատարում ձեր գրասեղանին, պահեստի հատակին կամ ֆուտբոլի դաշտին։ Լուսավորության համակարգի «վերջնական արդյունքը» լուսավորված օբյեկտի կամ առաջադրանքի տեսանկյունից է։ Լուսավորության միավորը լյուքսն է (lx)։ Մեկ լյուքսը սահմանվում է որպես մեկ լյումեն մեկ քառակուսի մետրում (1 lx = 1 lm/m²)։ Լուսավորության բանաձեւը (E) E = dΦ / dS-ն է, որտեղ dΦ-ն լուսային հոսքն է, որը տեղի է ունենում dS մակերեսի փոքր մակերեւույթի վրա։ Լուսավորությունը կախված է մի քանի գործոններից՝ լույսի աղբյուրի ինտենսիվությունից, աղբյուրից մակերեւույթի հեռավորությունից եւ մակերեւույթին հարվածող անկյունից։ Այն հետեւում է հակադարձ քառակուսի օրենքին, ինչը նշանակում է, որ եթե կրկնապատկեք հեռավորությունը լույսի աղբյուրից, լուսավորությունը նվազում է մինչեւ սկզբնական արժեքի մեկ քառորդը։ Այն ազդում է նաեւ պատահականության անկյան տակ; 45 աստիճան անկյան տակ մակերեւույթին հարվածող լույսը ավելի քիչ լուսավորություն է ապահովում, քան ուղղահայաց լույսը։ Օրինակ, ընթերցանության լույսը կարող է ապահովել 500 լյուքս գրքի վրա, իսկ լավ լուսավորված գրասենյակը կարող է ունենալ 300-500 լյուքս գրասեղանների վրա։ Անվտանգության լուսարձակը կարող է ապահովել 50 լյուքս գետնին, մինչդեռ պրոֆեսիոնալ ֆուտբոլի մարզադաշտը հեռարձակման համար պահանջում է 1500-2000 լյուքս։ Լուսավորությունը լուսավորության ստանդարտներում եւ կանոնակարգերում օգտագործվող հիմնական չափանիշն է՝ ապահովելու բավարար լուսավորություն անվտանգության եւ առաջադրանքի կատարման համար։ Այն գործնականում չափվում է լույսաչափի միջոցով, որն ունի կոսինուսով ճշգրտված սենսոր՝ ինքնաթիռի վրա ընկնող լույսը ճշգրիտ նկարելու համար։

Ինչպե՞ս են այս չորս չափումները կապված միմյանց հետ։

Լուսային հոսքի, լուսային ինտենսիվության, լուսավորության եւ լուսավորության միջեւ կապերը հասկանալը լուսավորության դիզայնին տիրապետելու բանալին է։ Դրանք անկախ հասկացություններ չեն, այլ լույսի միեւնույն երեւույթի տարբեր տեսանկյուններ։ Լուսային հոսքը (lumens) ընդհանուր սկզբնական կետն է՝ աղբյուրի կողմից արտանետվող ընդհանուր լույսը։ Այս հոսքը բաշխվում է տարածության մեջ։ Բաշխումը նկարագրվում է լուսային ինտենսիվությամբ (կանդելա) բոլոր ուղղություններով։ Բեւեռային ինտենսիվության դիագրամը այս բաշխումը ցույց տալու գրաֆիկական միջոց է։ Երբ այս բաշխված լույսը անցնում է տարածության միջով եւ վերջապես վայրէջք է կատարում մակերեւույթի վրա, մենք չափում ենք արդյունքը որպես լուսավորություն (լյուքս) այդ մակերեւույթի վրա։ Գրասեղանի վրա տեղադրված լույսաչափը չափում է լուսավորությունը։ Վերջապես, երբ այդ լուսավորված մակերեւույթը արտացոլում է այդ լույսի մի մասը դիտորդի աչքի վրա, մակերեւույթի ընկալվող «պայծառությունը» նրա լուսավորությունն է (cd/m²)։ Տեսախցիկի լույսաչափը նույնպես չափում է լուսավորության մի տեսակ։ Մի պարզ օրինակ կապում է այդ ամենը. 5000 լյումենանոց LED ջրհեղեղի լույսը (հոսքը) կարող է ունենալ 10,000 կանդելայի առավելագույն ինտենսիվություն իր կենտրոնական ճառագայթում։ Եթե այդ ճառագայթը ուղղված է 10 մետր հեռավորության վրա գտնվող պատին, ապա պատի վրա այդ ճառագայթի կենտրոնում լուսավորությունը կարող է լինել 100 լյուքս։ Եթե այդ պատը ներկված է սպիտակ գույն եւ ունի բարձր անդրադարձում, ապա նրա լուսավորությունը կարող է լինել ընդամենը 3 cd/m², որը մուգ է երեւում, չնայած պատի լուսավորությունը նույն 100 լյուքսն է։ Այս չորս չափանիշները աշխատում են շղթայով՝ աղբյուրից (հոսք, ինտենսիվություն) մինչեւ մակերեսների վրա ազդեցությունը (լուսավորություն, լուսավորություն), ապահովելով լույսի նկարագրման եւ ինժեներական լեզու։

Հաճախ տրվող հարցեր LED պայծառության հաշվարկների վերաբերյալ

Ո՞րն է տարբերությունը lumens- ի եւ լյուքսի միջեւ:

Սա շփոթության ընդհանուր կետ է։ Լյումենները (lm) չափում են աղբյուրի կողմից արտանետվող լույսի ընդհանուր քանակը։ Լյուքսը (lx) չափում է այդ լույսի քանակը, որը վայրէջք է կատարում մակերեւույթի վրա։ Լյումենը ամպից ընկնող անձրեւի ընդհանուր քանակն է, մինչդեռ լյուքսը՝ ձեր ճանապարհի վրա ընկնող անձրեւի ընդհանուր քանակը, իսկ լյուքսը՝ ձեր ճանապարհի վրա։ 1000 լյումենի լապտերը մոտակա պատի վրա շատ ավելի բարձր լյուքսի ընթերցում կստեղծի, քան 1000 լյումենի առաստաղի լույսը, քանի որ լապտերի լույսը կենտրոնացած է ավելի փոքր տարածքում։

Ինչպե՞ս հաշվարկել լուսավորությունը LED լույսից որոշակի հեռավորության վրա:

Կետային աղբյուրի համար կարելի է մոտավոր հաշվարկ անել՝ օգտագործելով հակադարձ քառակուսի օրենքը։ Լուսավորության ինտենսիվությունը (կանդելայում) անհրաժեշտ է մակերեւույթի ուղղությամբ։ Լուսավորությունը (E) մոտավորապես ինտենսիվությունն է (I), որը բաժանվում է (d) քառակուսի հեռավորության վրա՝ E = I / d²։ Այնուամենայնիվ, ճառագայթի որոշակի անկյուններով իրական LED սարքավորումների համար դա ավելի բարդ է։ Ամենաճշգրիտ մեթոդը լուսավորության նախագծման ծրագրային ապահովման օգտագործումն է, որն օգտագործում է ֆոտոմետրիկ տվյալների ֆայլեր՝ լուսավորությունը տարածքում հաշվարկելու համար՝ հաշվի առնելով ճառագայթի ձեւը եւ բազմաթիվ հարմարանքներ։

Չորս չափանիշներից ո՞րն է ամենակարեւորը գրասեղանի լամպ գնելու համար:

Սեղանի լամպի համար լուսավորությունը ամենագործնական չափանիշն է։ Դուք ցանկանում եք իմանալ, թե որքան լույս (լյուքսով) կհայտնվի ձեր աշխատանքային մակերեսի վրա։ Սակայն, քանի որ արտադրողները միշտ չէ, որ տրամադրում են լուսավորության տվյալներ կոնկրետ հեռավորությունների համար, ընդհանուր լուսային հոսքը (լյումեններ) լավ մեկնարկային կետ է։ 400-800 լյումենով լամպը սովորաբար բավարար է գրասեղանի համար։ Դուք պետք է նաեւ հաշվի առնեք ճառագայթի անկյունը, որպեսզի այն կենտրոնացնի լույսը ձեր աշխատանքի վրա՝ առանց աչքերում շողշողություն առաջացնելու։