Հասկանալ LED պայծառության չափման չորս սյուները

Երբ մենք 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՞ դա ձեր գրասեղանի կամ ֆուտբոլի դաշտի լուսավորության մակարդակն է։ 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 մեծությունների՝ լուսային հոսք, լուսային ինտենսիվություն, պայծառություն (լուսավորություն) եւ լուսավորություն։ Այս չափանիշներից յուրաքանչյուրը հանելուկի տարբեր մասն է տալիս՝ պատասխանելով լույսի կատարման վերաբերյալ տարբեր հարցի։ Լուսային հոսքը ցույց է տալիս ընդհանուր ելքը, լուսային ինտենսիվությունը ցույց է տալիս ուղղորդված հզորությունը, լուսավորությունը ցույց է տալիս, թե ինչ է գտնվում մակերեւույթի վրա, եւ պայծառությունը ցույց է տալիս, թե ինչպես է երեւում մակերեւույթը։ Այս չորս հասկացություններին տիրապետելը շատ կարեւոր է լուսավորության համակարգերի նախագծման մեջ ներգրավված ցանկացած մարդու համար՝ պարզ գրասեղանի լամպից մինչեւ բարդ մարզադաշտի տեղադրում։ Այս ուղեցույցը կբացահայտի այս չորս LED պայծառության հաշվարկման մեթոդներից յուրաքանչյուրը՝ տրամադրելով հստակ սահմանումներ, բանաձեւեր, միավորներ եւ դրանց կիրառման գործնական օրինակներ:

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

Լուսային հոսքը լույսի ելքի հիմնական չափանիշն է։ Այն չափում է աղբյուրի կողմից արձակվող տեսանելի լույսի ընդհանուր քանակը մեկ ժամանակի միավորում։ Մտածեք այն որպես լամպի լույսի ամբողջական «հոսք»՝ անկախ այն բանից, թե ինչ ուղղությամբ է այն ընթանում։ Այն լույսի ամբողջ արտահոսքի չափանիշն է, որը դարձնում է լույսի աղբյուրի լույս արտադրելու ընդհանուր հզորության ամենաանմիջական ցուցանիշը։ Լուսային հոսքի միավորը լյումենն է (lm): Երբ գնում եք LED լամպ եւ տեսնում եք, որ այն պիտակավորված է որպես «800 լյումեն», սա լուսային հոսքն է՝ լույսի ընդհանուր քանակը, որը լամպը արձակում է բոլոր ուղղություններով։ Այնուամենայնիվ, լուսային հոսքի հաշվարկն 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 ճառագայթային հզորությունը (ֆիզիկական էներգիան) յուրաքանչյուր ալիքի երկարության դեպքում 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 լմ/Վտ), որը ներկայացնում է առավելագույն հնարավոր լուսային արդյունավետությունը 555 նմ առավելագույն զգայունության ալիքի երկարության դեպքում։ Ըստ էության, այս բանաձեւը մաթեմատիկորեն փոխակերպում է հում ֆիզիկական ուժը մարդու տեսողական համակարգի կողմից ընկալվող պայծառության չափման։

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

Թեեւ լուսային հոսքը մեզ ցույց է տալիս լույսի ընդհանուր ելքը, այն չի ասում, թե ինչպես է այդ լույսը բաշխվում։ 1000 lumen լույսը կարող է լինել մերկ լամպ, որը ցողում է ամենուրեք, կամ կարող է լինել խիստ կենտրոնացված լուսարձակ։ Լուսային ինտենսիվությունը այն չափանիշն է, որը բնութագրում է լույսի կոնցենտրացիան որոշակի ուղղությամբ։ Այն սահմանվում է որպես աղբյուրի արձակած լուսային հոսքի քանակը տվյալ ուղղությամբ մեկ միավոր պինդ անկյան համար։ Պինդ անկյունը եռաչափ անկյուն է, որը չափվում է ստերադյաններով (sr), որը բնութագրում է կետից տարածվող լույսի «կոնը»։ Պատկերացրեք լապտերը. 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 կանդելա սահմանվում է որպես մեկ լյումեն մեկ ստերադյան (1 cd = 1 lm/sr)։ Հոսքի եւ ինտենսիվության միջեւ կապը երկրաչափական է։ Եթե ունեք լույսի աղբյուր, որն իր հոսքը բոլոր ուղղություններով միատեսակ է արձակում (իզոտրոպ աղբյուր), ապա կարող եք հաշվարկել նրա ինտենսիվությունը՝ ընդհանուր հոսքը բաժանելով գնդի ընդհանուր պինդ անկյան 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 ուղղությունից։ Գումարը ինտենսիվության բոլոր ուղղություններով, ինտեգրված է ամբողջ ոլորտում, բերում է ձեզ ետ ընդհանուր լուսավոր հոսքը. 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 առումով, կոչվում է լուսավորություն։ Թեեւ հաճախ ազատորեն օգտագործվում է զրույցում, լուսավորությունը ունի ճշգրիտ գիտական սահմանում։ Այն լույսի քանակի չափումն է, որը արտանետվում, փոխանցվում կամ արտացոլվում է մակերեւույթից տվյալ 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 կանդելան է (cd/m²), որը հաճախ կոչվում է նաեւ «նիտ»։ Ֆորմալ սահմանումը ներառում է տվյալ ուղղությամբ մակերեսային տարրի (dS) արձակած լուսային ինտենսիվությունը (I), որը բաժանվում է այդ մակերեւույթի տարրի մակերեսով, որը պրոյեկտվում է այդ ուղղությանը ուղղահայաց հարթության վրա։ Բանաձեւը L = dI / (dS · cos θ) է, որտեղ θ-ն դիտման ուղղության եւ մակերեւույթին նորմալ (ուղղահայաց) անկյունն է։ Հարթ լույս արձակող մակերեւույթի համար, ինչպես LED չիպը կամ լուսավորված նշանը, դիտվում է ուղիղ (θ=0°), բանաձեւը պարզեցվում է մինչեւ L = I / dS։ Լուսավորությունն այն է, ինչ իրականում ընկալում են մեր աչքերը։ Սպիտակ թղթի կտորը պայծառ լույսի տակ ունի բարձր լուսավորություն; Մութ սենյակում նույն թուղթն ունի ցածր լուսավորություն: LED կիրառություններում լուսավորությունը շատ կարեւոր է շողալը գնահատելու համար (տեսադաշտում շատ բարձր լուսավորության աղբյուր) եւ ցուցադրումներ եւ ցուցիչներ նախագծելու համար։ Չիպերի փորձարկման եւ LED ճառագայթման անվտանգության գնահատման ժամանակ հաճախ օգտագործվում են պատկերման մեթոդներ, որտեղ տեսախցիկի համակարգը չափում է չիպի մակերեւույթի լուսավորությունը՝ թեժ կետերը բացահայտելու եւ միասնական աշխատանք ապահովելու համար։

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

Լուսավորությունը լուսավորության դիզայնի մեջ թերեւս ամենագործնական եւ տարածված չափանիշն է։ Այն չափում է լուսային հոսքի քանակը, որը ընկնում է տվյալ մակերեսի վրա։ Պարզ ասած՝ այն ցույց է տալիս, թե որքան լույս է վայրէջք կատարում ձեր գրասեղանին, պահեստի հատակին կամ ֆուտբոլի դաշտին։ Դա լուսավորության համակարգի «վերջնական արդյունքն» է լուսավորված օբյեկտի կամ առաջադրանքի տեսանկյունից։ Լուսավորության միավորը լյուքսն է (lx)։ Մեկ լյուքսը սահմանվում է որպես մեկ լյումեն մեկ քառակուսի մետրի համար (1 լx = 1 լմ / մ²): Լուսավորության բանաձեւը (E) է՝ E = dΦ / dS, որտեղ dΦ լուսային հոսքն է, որը տեղի է ունենում dS մակերեսի փոքր մակերեսային տարրի վրա։ Լուսավորությունը կախված է մի քանի գործոններից՝ լույսի աղբյուրի ինտենսիվությունից, աղբյուրից մինչեւ մակերեւույթ հեռավորությունից եւ այն անկյունից, որով լույսը հարվածում է մակերեւույթին։ Այն հետեւում է հակադարձ քառակուսու օրենքին, ինչը նշանակում է, որ եթե կրկնապատկեք հեռավորությունը լույսի աղբյուրից, լուսավորությունը նվազում է մինչեւ սկզբնական արժեքի մեկ քառորդը։ Այն ազդում է նաեւ պատահականության անկյան կոսինուսի վրա; 45 աստիճան անկյան տակ մակերեւույթին հարվածող լույսը ավելի քիչ լուսավորություն է ապահովում, քան լույսը, որը հարվածում է նրան ուղղակիորեն ուղղահայաց։ 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՝ անվտանգության եւ առաջադրանքի կատարման համար բավարար լույս ապահովելու համար: Այն գործնականում չափվում է լույսի մետրի միջոցով, որն ունի կոսինուսով ուղղված սենսոր, որը ճշգրտորեն նկարագրում է ինքնաթիռի վրա ընկնող լույսը։

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 վերաբերյալ տարբեր տեսանկյուններ։ Լուսային հոսքը (lumens) ընդհանուր մեկնարկային կետն է՝ աղբյուրի արձակած ընդհանուր լույսը։ Այնուհետեւ 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 ճամփորդում է տարածության միջով եւ ի վերջո 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 մակերեսը արտացոլում է այդ լույսի մի մասը դիտորդի աչքի վրա, մակերեւույթի ընկալվող «պայծառությունը» նրա լուսավորությունն է (cd/m²)։ Տեսախցիկի լույսաչափը նույնպես չափում է լուսավորության մի ձեւ։ Մի պարզ օրինակ կապում է ամեն ինչ իրար. 5000 լյումեն LED ջրհեղեղի լույսը (հոսքը) կարող է ունենալ 10,000 կանդելա առավելագույն ինտենսիվություն իր կենտրոնական ճառագայթում։ Եթե այդ գերանը 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 եւ ունի բարձր անդրադարձողություն, ապա նրա լուսավորությունը կարող է լինել 30 cd/m², որը դիտորդին պայծառ է երեւում։ Եթե պատը ներկված է սեւ, ապա նրա լուսավորությունը կարող է լինել ընդամենը 3 cd/m², մուգ երեւալով, չնայած պատի լուսավորությունը նույն 100 լյուքսն է։ Այս չորս չափանիշները աշխատում են շղթայով՝ աղբյուրից (հոսք, ինտենսիվություն) մինչեւ մակերեւույթների վրա ազդեցություն (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 սովորական կետ է։ Lumens (lm) չափում է աղբյուրի կողմից արտանետվող լույսի ընդհանուր քանակը։ Լյուքսը (lx) չափում է այդ լույսի քանակը, որը վայրէջք է կատարում մակերեւույթի վրա։ Պատկերացրեք, որ անձրեւը ամպից ընկնող անձրեւի ընդհանուր քանակն է, մինչդեռ լյուքսը այն է, թե որքան խորն է ջրամբարը ձեր ճանապարհին։ 1000 lumen լապտերը շատ ավելի բարձր լյուքս կստեղծի մոտակա պատի վրա, քան 1000 lumen 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։ Ձեզ անհրաժեշտ է լուսային ինտենսիվությունը (կանդելայում) մակերեւույթի ուղղությամբ: Լուսավորությունը (E) մոտավորապես ինտենսիվությունը (I) է, որը բաժանվում է (d) քառակուսի հեռավորության վրա՝ E = I / d²։ Այնուամենայնիվ, ճառագայթի որոշակի անկյուններով իրական LED հարմարանքների համար դա ավելի բարդ է: Ամենաճշգրիտ մեթոդը լուսավորման նախագծման ծրագրային ապահովման օգտագործումն է, որն օգտագործում է ֆոտոմետրիկ տվյալների ֆայլեր՝ հաշվարկելու լուսավորությունը տվյալ տարածքում՝ 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 (lumens) 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 շողալու (չափազանց մեծ լուսավորություն) առաջացնելու։