Skilningur á fjórum stoðum LED birtumælingar
Þegar við tölum um hversu "bjart" LED ljós er, notum við oft hversdagslegt hugtak sem getur þýtt mismunandi hluti í mismunandi samhengi. Er það heildarmagn ljóss sem streymir út úr perunni? Er það styrkur geislans sem beinist að ákveðnum stað? Eða er það birtustigið á skrifborðinu þínu eða á fótboltavelli? Fyrir lýsingarhönnuði, verkfræðinga og skilgreiningaraðila eru þessar aðgreiningar ekki tilviljanakenndar; Þau eru grundvallaratriði. Til að lýsa nákvæmlega, bera saman og beita LED-lýsingu treystum við á fjórar aðskildar, en samt tengdar, ljósmælingar: ljósflæði, birtustyrk, birtustig (birtustig) og lýsingarmagn. Hver þessara mælikvarða gefur mismunandi hluta af púsluspilinu og svarar mismunandi spurningu um frammistöðu ljóssins. Ljósstraumur segir okkur heildarútganginn, ljósstyrkur segir til um stefnu, lýsing segir hvað lendir á yfirborði og birtustig segir hvernig yfirborð birtist. Að ná tökum á þessum fjórum hugtökum er nauðsynlegt fyrir alla sem hanna lýsingarkerfi, allt frá einföldum skrifborðslampa til flókins leikvangsuppsetningar. Þessi leiðarvísir mun afmýstifisera hverja af þessum fjórum LED-birtuaðferðum, veita skýrar skilgreiningar, formúlur, einingar og hagnýt dæmi um notkun þeirra.
Hvað er ljósstraumur og hvernig er hann reiknaður?
Ljósflæði er grunnmælikvarði ljósútgangs. Hún mælir heildarmagn sýnilegs ljóss sem uppspretta sendir frá sér á tímaeiningu. Hugsaðu um þetta sem heildar "flæði" ljóss frá lampa, óháð því í hvaða átt hann ferðast. Það mælir alla ljósafköst og er því beinasti mælikvarðinn á heildarafl ljósgjafa til að framleiða ljós. Eining ljósflæðis er lumen (lm). Þegar þú kaupir LED-peru og sérð hana merkta "800 lumen", þá er þetta ljósstraumurinn – heildarmagn ljóss sem peran sendir frá sér í allar áttir. Hins vegar er útreikningur á ljósflæði flóknari en virðist, því mannsaugað skynjar ekki allar bylgjulengdir ljóss jafnt. Við erum næmust fyrir grænu-gulu ljósi í kringum 555 nm og mun minna næm fyrir djúprauðu eða bláu ljósi. Ljósstraumur er því þyngd mæling. Hún er reiknuð með því að taka raunverulega geislunarorku (líkamlega orku) ljósgjafans á hverri bylgjulengd og margfalda hann með þætti sem táknar næmni augans fyrir þeirri bylgjulengd. Þessi þáttur er þekktur sem hlutfallsleg litrófsljósnýtni, táknuð sem V(λ). Formúlan fyrir ljósflæði (Φ) er: Φ = Km ∫ Φ(λ) · V(λ) dλ, þar sem Φ(λ) er litrófsgeislunarflæði, V(λ) er hlutfallsleg litrófsljósnýtni og Km er fasti (683 lm/W) sem táknar hámarks mögulega birtuvirkni við hámarks næmni bylgjulengdar 555 nm. Í grundvallaratriðum umbreytir þessi formúla hráu líkamlegu afli í mælingu á skynjaðri birtu mannlegs sjónkerfis.
Hvað er ljósstyrkur og hvernig er hann frábrugðinn flæði?
Þó ljósflæði segi okkur heildarljósafköst, segir það okkur ekki hvernig það ljós dreifist. 1000-lumen ljós gæti verið ber pera sem sprautar ljósi út um allt, eða það gæti verið þétt fókuseraður kastari. Ljósstyrkur er mælikvarði sem lýsir þéttleika ljóss í ákveðinni átt. Það er skilgreint sem magn ljósflæðis sem uppspretta gefur frá sér á hverja einingu fasts horns í tiltekna átt. Föst horn er þrívítt horn, mælt í steradíum (sr), sem lýsir "keilunni" ljóssins sem breiðist út frá punkti. Ímyndaðu þér vasaljós: ljósflæði þess gæti verið samtals 300 lumen, en ljósstyrkurinn meðfram miðgeislanum er mjög mikill því þessi 300 lumen eru þétt í mjóan keilu. Einingin fyrir ljósstyrk er candela (cd). Ein candela er skilgreind sem eitt lumen á steradian (1 cd = 1 lm/sr). Sambandið milli flæðis og styrks er rúmfræðilegt. Ef þú ert með ljósgjafa sem gefur frá sér flæði sitt jafnt í allar áttir (ísótropískur uppspretta), geturðu reiknað styrk hans með því að deila heildarflæðinu með heildarhorninu á föstu svæði kúlunnar, sem er 4π steradían. Til dæmis myndi 1000-lúmen ísótropískur uppspretta hafa styrk upp á 1000 lm / 4π sr ≈ 79,6 cd í hvaða átt sem er. Í raun eru flestar LED-ljósgjafar ekki isotropískar. Styrkurinn breytist eftir stefnu. Summan af styrknum í allar áttir, samþætt yfir alla kúluna, leiðir þig aftur að heildarljósflæðinu. Ljósstyrkur er lykilmælikvarði til að skilja og hanna geislahorn, endurvarpa og linsur.
Hvað er birtustig (birtustig) og hvernig er það mælt?
Birtustig, í tæknilegum skilningi, er kallað birtustig. Þó birtan sé oft notuð lauslega í samtali, hefur hún nákvæma vísindalega skilgreiningu. Það mælir magn ljóss sem er sent frá sér, borist eða endurkastast frá yfirborði í tiltekna átt. Með öðrum orðum, það mælir hversu "bjart" yfirborð virðist fyrir áhorfanda sem horfir á það frá ákveðnu sjónarhorni. Þetta er mikilvægur greinarmunur frá lýsingarmagni, sem mælir ljós sem fellur á yfirborð. Birtustig mælir ljósið sem fer frá yfirborðinu (eða ljósgjafanum sjálfum) og ferðast að auganu. Eining birtustigs er candela á fermetra (cd/m²), oft einnig kölluð "nit". Formlega skilgreiningin felur í sér ljósstyrk (I) sem yfirborðsþáttur (dS) gefur frá sér í tiltekna átt, deilt með flatarmáli þess yfirborðsþáttar sem varpað er á flöt hornrétt á þá átt. Formúlan er L = dI / (dS · cos θ), þar sem θ er hornið milli sjónarhornsins og hornrétts horns á yfirborðið. Fyrir flatan ljósgeislandi flöt, eins og LED-flís eða lýst skilti, horft beint á (θ=0°), einfaldast formúlan í L = I / dS. Birtustig er það sem augun okkar skynja í raun. Hvítur pappír undir björtu ljósi hefur mikla birtu; Sami pappír í dimmu herbergi hefur lága birtu. Í LED-forritum er birtustig lykilatriði til að meta glampa (mjög há birtuuppspretta í sjónsviði) og til að hanna skjái og vísitölur. Við prófanir á örflögu og mat á öryggi LED-geislunar eru oft notaðar myndgreiningaraðferðir þar sem myndavélakerfi mælir birtustig yfir yfirborð örgjörvanns til að greina heita staði og tryggja jafna frammistöðu.
Hvað er lýsing og hvernig er hún reiknuð?
Lýsing er líklega hagnýtasta og algengasta mælikvarðinn í lýsingarhönnun. Það mælir magn ljósflæðis sem fellur á tiltekið yfirborð. Í einföldum orðum segir það þér hversu mikið ljós lendir á skrifborðinu þínu, á gólfi vöruhúss eða á fótboltavelli. Það er "lokaniðurstaða" lýsingarkerfisins frá sjónarhóli upplýsts hlutar eða verkefnis. Lýsingareiningin er lux (lx). Eitt lux er skilgreint sem eitt lumen á fermetra (1 lx = 1 lm/m²). Formúlan fyrir lýsingu (E) er E = dΦ / dS, þar sem dΦ er ljósflæðið sem fellur á lítið yfirborðselement með flatarmáli dS. Ljósstyrkur ræðst af nokkrum þáttum: styrk ljósgjafans, fjarlægðinni frá ljósgjafanum að yfirborðinu og horninu sem ljósið lendir á. Það fylgir lögmáli andhverfs kvaðratraðs, sem þýðir að ef þú tvöfaldar fjarlægðina frá ljósgjafanum, minnkar lýsingin niður í fjórðung af upprunalegu gildi. Hann er einnig undir áhrifum kósínus innfallshornsins; Ljós sem lendir á yfirborði með 45 gráðu horni gefur minni lýsingu en ljós sem lendir beint hornrétt. Til dæmis gæti lesljós gefið 500 lux á bók, á meðan vel upplýst skrifstofa gæti haft 300-500 lux á skrifborðum. Öryggisflóðljós gæti þurft að veita 50 lux á jörðinni, á meðan atvinnufótboltavöllur krefst 1500-2000 lux fyrir útsendingar. Lýsing er lykilmælikvarði í lýsingarstöðlum og reglugerðum til að tryggja nægilegt ljós fyrir öryggi og frammistöðu verkefna. Hún er mæld í framkvæmd með ljósmæli, sem hefur kósínsleiðréttan skynjara til að fanga nákvæmlega ljósið sem fellur á flugvél.
Hvernig tengjast þessar fjórar mælingar hver annarri?
Að skilja tengslin milli ljósflæðis, birtustyrks, lýsingarmagns og birtustigs er lykilatriði til að ná tökum á lýsingarhönnun. Þau eru ekki sjálfstæð hugtök heldur mismunandi sjónarhorn á sama ljósfyrirbærið. Ljósflæði (lumen) er heildarupphafspunkturinn—heildarljósið sem uppsprettan gefur frá sér. Þetta flæði dreifist síðan í rúmi. Dreifingin er lýst með ljósstyrk (candela) í allar áttir. Pólarstyrksmynd er myndræn leið til að sýna þessa dreifingu. Þegar þetta dreifða ljós ferðast um geiminn og lendir loks á yfirborði, mælum við niðurstöðuna sem lýsingu (lux) á því yfirborði. Ljósmælir sem er staðsettur á skrifborði mælir birtu. Að lokum, þegar það upplýsta yfirborð endurvarpar hluta af ljósinu til auga áhorfanda, er skynjuð "birtu" yfirborðsins birtustig þess (cd/m²). Ljósmælir myndavélar mælir einnig birtustig. Einfalt dæmi tengir þetta allt saman: 5000 lumen LED flóðljós (flæði) gæti haft hámarksstyrk 10.000 candela í miðju geislanum. Ef þessi geisli beinist að vegg 10 metra í burtu gæti ljósstyrkurinn í miðju geislans á veggnum verið 100 lux. Ef sá veggur er málaður hvítur og hefur mikla endurkastsgetu, gæti birtustig hans verið 30 cd/m², sem virðist bjart fyrir áhorfanda. Ef veggurinn er málaður svartur gæti birtustigið aðeins verið 3 cd/m², sem virðist dökkt, þrátt fyrir að lýsingin á veggnum sé sú sama 100 lux. Þessir fjórir mælikvarðar vinna í keðju, frá uppsprettu (flæði, styrkur) til áhrifa á yfirborð (lýsing, birtustig), og veita fullkomið tungumál til að lýsa og hanna ljós.
Algengar spurningar um útreikninga á LED-birtu
Hver er munurinn á Lumens og Lux?
Þetta er algengur ruglingspunktur. Lumens (lm) mæla heildarmagn ljóss sem ljósgjafa gefur frá sér. Lux (lx) mælir magn þess ljóss sem lendir á yfirborði. Hugsaðu um þetta eins og rigningu: lumens er heildarmagn regns sem fellur frá skýi, á meðan lux er hversu djúpt pollurinn er á innkeyrslunni þinni. 1000 lumen vasaljós gefur mun hærra lux á nærliggjandi vegg en 1000 lumen loftljós, því ljós vasaljóssins safnast á minna svæði.
Hvernig reikna ég lýsingu frá LED-ljósi á ákveðinni fjarlægð?
Fyrir punktauppsprettu má gera grófa áætlun með því að nota lögmálið um andhverft kvaðrat. Þú þarft ljósstyrkinn (í candela) í átt að yfirborðinu. Lýsingin (E) er um það bil styrkurinn (I) deilt með fjarlægðinni (d) í öðru veldi: E = I / d². Hins vegar, fyrir raunveruleg LED ljós með ákveðnum geislahornum, er þetta flóknara. Nákvæmasta aðferðin er að nota lýsingarhönnunarhugbúnað sem notar ljósfræðilegar gagnaskrár til að reikna lýsingu yfir svæðið, með tilliti til geislaforms og margra ljósa.
Hvaða af þessum fjórum mælikvörðum er mikilvægust til að kaupa skrifborðslampa?
Fyrir skrifborðslampa er lýsing hagkvæmasta mælikvarðinn. Þú vilt vita hversu mikið ljós (í Lux) lendir á vinnuborðinu þínu. Hins vegar, þar sem framleiðendur veita ekki alltaf lýsingargögn fyrir ákveðnar vegalengdir, er heildarljósstraumurinn (lumen) góður byrjunarpunktur. Lampi með 400-800 lumen dugar venjulega fyrir skrifborð. Þú ættir einnig að huga að geislahorninu til að tryggja að það einbeiti ljósi að verkinu þínu án þess að valda glampa (of mikilli birtu) í augunum.
