Izpratne par četriem LED spilgtuma mērīšanas pīlāriem

Kad mēs runājam par to, cik "spilgta" ir LED gaisma, mēs bieži izmantojam gadījuma terminu, kas dažādos kontekstos var nozīmēt dažādas lietas. Vai tas ir kopējais gaismas daudzums, kas izplūst no spuldzes? Vai tā ir staru kūļa intensitāte, kas fokusēta uz konkrētu vietu? Vai tas ir apgaismojuma līmenis uz jūsu galda vai futbola laukuma? Apgaismojuma dizaineriem, inženieriem un specifikatoriem šīs atšķirības nav gadījuma; tie ir fundamentāli. Lai precīzi aprakstītu, salīdzinātu un pielietotu LED apgaismojumu, mēs paļaujamies uz četriem atšķirīgiem, bet savstarpēji saistītiem fotometriskiem lielumiem: gaismas plūsma, gaismas intensitāte, spilgtums (spilgtums) un apgaismojums. Katrs no šiem rādītājiem nodrošina atšķirīgu puzles gabalu, atbildot uz citu jautājumu par gaismas veiktspēju. Gaismas plūsma mums norāda kopējo jaudu, gaismas intensitāte norāda virziena jaudu, apgaismojums norāda, kas nokļūst uz virsmas, un spilgtums norāda, kā parādās virsma. Šo četru koncepciju apgūšana ir būtiska ikvienam, kas iesaistīts apgaismojuma sistēmu projektēšanā, sākot no vienkāršas galda lampas līdz sarežģītai stadiona uzstādīšanai. Šī rokasgrāmata demistificēs katru no šīm četrām LED spilgtuma aprēķināšanas metodēm, sniedzot skaidras definīcijas, formulas, vienības un praktiskus piemērus to piemērošanai.

Kas ir gaismas plūsma un kā tā tiek aprēķināta?

Gaismas plūsma ir gaismas jaudas pamatmetrika. Tas kvantitatīvi nosaka kopējo redzamās gaismas daudzumu, ko izstaro avots laika vienībā. Padomājiet par to kā kopējo gaismas "plūsmu" no lampas, neatkarīgi no virziena, kurā tas pārvietojas. Tas ir visas gaismas jaudas mērījums, padarot to par vistiešāko gaismas avota kopējās jaudas rādītāju gaismas radīšanai. Gaismas plūsmas vienība ir lūmens (lm). Kad jūs iegādājaties LED spuldzi un redzat, ka tā ir marķēta kā "800 lūmeni", tā ir gaismas plūsma - kopējais gaismas daudzums, ko spuldze izstaro visos virzienos. Tomēr gaismas plūsmas aprēķins ir sarežģītāks, nekā varētu šķist, jo cilvēka acs vienādi neuztver visus gaismas viļņu garumus. Mēs esam visjutīgākie pret zaļi dzelteno gaismu ap 555 nm un daudz mazāk jutīgi pret dziļi sarkanu vai zilu gaismu. Tāpēc gaismas plūsma ir svērts mērījums. To aprēķina, ņemot gaismas avota faktisko starojuma jaudu (fizisko enerģiju) katrā viļņa garumā un reizinot to ar koeficientu, kas atspoguļo acs jutību pret šo viļņa garumu. Šis koeficients ir pazīstams kā relatīvā spektrālā gaismas efektivitāte, ko apzīmē kā V(λ). Gaismas plūsmas formālā formula (Φ) ir: Φ = Km ∫ Φ(λ) · V(λ) dλ, kur Φ(λ) ir spektrālā starojuma plūsma, V(λ) ir relatīvā spektrālā gaismas efektivitāte un Km ir konstante (683 lm/W), kas atspoguļo maksimālo iespējamo gaismas efektivitāti pie maksimālās jutības viļņa garuma 555 nm. Būtībā šī formula matemātiski pārvērš neapstrādātu fizisko spēku cilvēka redzes sistēmas uztvertā spilgtuma mērījumā.

Kas ir gaismas intensitāte un kā tā atšķiras no plūsmas?

Lai gan gaismas plūsma mums norāda kopējo gaismas jaudu, tā nenorāda, kā šī gaisma tiek sadalīta. 1000 lūmenu gaisma varētu būt tukša spuldze, kas visur izsmidzina gaismu, vai arī tas varētu būt cieši fokusēts prožektors. Gaismas intensitāte ir metrika, kas raksturo gaismas koncentrāciju noteiktā virzienā. To definē kā gaismas plūsmas daudzumu, ko izstaro avots uz cietā leņķa vienību noteiktā virzienā. Cietais leņķis ir trīsdimensiju leņķis, ko mēra steradiānos (sr), kas apraksta gaismas "konusu", kas izplatās no punkta. Iedomājieties lukturīti: tā gaismas plūsma varētu būt 300 lūmeni, bet tā gaismas intensitāte gar centrālo staru ir ļoti augsta, jo šie 300 lūmeni ir koncentrēti šaurā konusā. Gaismas intensitātes vienība ir kandela (cd). Viena kandela ir definēta kā viens lūmens uz steradiānu (1 cd = 1 lm/sr). Attiecības starp plūsmu un intensitāti ir ģeometriskas. Ja jums ir gaismas avots, kas vienmērīgi izstaro plūsmu visos virzienos (izotropisks avots), varat aprēķināt tā intensitāti, dalot kopējo plūsmu ar sfēras kopējo cieto leņķi, kas ir 4π steradiāni. Piemēram, 1000 lūmenu izotropa avota intensitāte būtu 1000 lm / 4π sr ≈ 79,6 cd jebkurā virzienā. Patiesībā lielākā daļa LED avotu nav izotropi. Intensitāte mainās atkarībā no virziena. Intensitātes summa visos virzienos, integrēta visā sfērā, atgriežas pie kopējās gaismas plūsmas. Gaismas intensitāte ir galvenais rādītājs, lai izprastu un projektētu staru kūļa leņķus, atstarotājus un lēcas.

Kas ir spilgtums (spilgtums) un kā tas tiek mērīts?

Spilgtumu tehniskā izteiksmē sauc par spilgtumu. Lai gan bieži tiek izmantots brīvi sarunās, spilgtumam ir precīza zinātniska definīcija. Tas ir gaismas daudzuma mērs, kas tiek izstarots, pārraidīts vai atstarots no virsmas noteiktā virzienā. Citiem vārdiem sakot, tas kvantitatīvi nosaka, cik "spilgta" virsma izskatās novērotājam, kas to aplūko no noteikta leņķa. Tā ir kritiska atšķirība no apgaismojuma, kas mēra gaismu, kas krīt uz virsmas. Spilgtums mēra gaismu, kas atstāj šo virsmu (vai pašu gaismas avotu) un ceļo uz aci. Spilgtuma vienība ir kandela uz kvadrātmetru (cd/m²), ko bieži sauc arī par "nit". Formālā definīcija ietver gaismas intensitāti (I), ko izstaro virsmas elements (dS) noteiktā virzienā, dalīts ar šī virsmas elementa laukumu, kas projicēts uz plaknes, kas ir perpendikulāra šim virzienam. Formula ir L = dI / (dS · cos θ), kur θ ir leņķis starp skata virzienu un normālo (perpendikulāru) virsmai. Plakanai gaismu izstarojošai virsmai, piemēram, LED mikroshēmai vai izgaismotai zīmei, skatoties taisni (θ=0°), formula tiek vienkāršota līdz L = I / dS. Spilgtums ir tas, ko mūsu acis faktiski uztver. Baltam papīra gabalam spilgtā gaismā ir augsts spilgtums; Tam pašam papīram tumšā telpā ir zems spilgtums. LED lietojumprogrammās spilgtums ir izšķirošs, lai novērtētu atspīdumu (ļoti augsts spilgtuma avots redzes laukā) un displeju un indikatoru projektēšanu. Mikroshēmu testēšanā un LED starojuma drošības novērtēšanā bieži tiek izmantotas attēlveidošanas metodes, kur kameru sistēma mēra spilgtumu visā mikroshēmas virsmā, lai identificētu karstos punktus un nodrošinātu vienmērīgu veiktspēju.

Kas ir apgaismojums un kā tas tiek aprēķināts?

Apgaismojums, iespējams, ir vispraktiskākais un visbiežāk minētais rādītājs apgaismojuma dizainā. Tas mēra gaismas plūsmas daudzumu, kas nokrīt uz noteikta virsmas laukuma. Vienkārši sakot, tas parāda, cik daudz gaismas nolaižas uz jūsu galda, noliktavas grīdas vai futbola laukuma. Tas ir apgaismojuma sistēmas "gala rezultāts" no apgaismotā objekta vai uzdevuma viedokļa. Apgaismojuma vienība ir lukss (lx). Vienu luksu definē kā vienu lūmenu uz kvadrātmetru (1 lx = 1 lm/m²). Apgaismojuma formula (E) ir E = dΦ / dS, kur dΦ ir gaismas plūsma, kas krīt uz neliela laukuma dS virsmas elementa. Apgaismojums ir atkarīgs no vairākiem faktoriem: gaismas avota intensitātes, attāluma no avota līdz virsmai un leņķa, kādā gaisma triecas pret virsmu. Tas seko apgrieztā kvadrāta likumam, kas nozīmē, ka, dubultojot attālumu no gaismas avota, apgaismojums samazinās līdz vienai ceturtdaļai no tā sākotnējās vērtības. To ietekmē arī krituma leņķa kosinuss; Gaisma, kas skar virsmu 45 grādu leņķī, nodrošina mazāku apgaismojumu nekā gaisma, kas to skar tieši perpendikulāri. Piemēram, lasīšanas gaisma var nodrošināt 500 luksus uz grāmatas, bet labi apgaismotā birojā var būt 300-500 luksi uz galdiem. Drošības prožektoram var būt nepieciešams nodrošināt 50 luksus uz zemes, savukārt profesionālam futbola stadionam apraidei nepieciešami 1500-2000 luksi. Apgaismojums ir galvenais rādītājs, ko izmanto apgaismojuma standartos un noteikumos, lai nodrošinātu pietiekamu apgaismojumu drošībai un uzdevumu izpildei. Praksē to mēra, izmantojot gaismas mērītāju, kuram ir kosinusa koriģēts sensors, lai precīzi uztvertu gaismu, kas krīt uz plaknes.

Kā šie četri mērījumi ir savstarpēji saistīti?

Izpratne par attiecībām starp gaismas plūsmu, gaismas intensitāti, apgaismojumu un spilgtumu ir atslēga, lai apgūtu apgaismojuma dizainu. Tie nav neatkarīgi jēdzieni, bet dažādas perspektīvas uz vienu un to pašu gaismas parādību. Gaismas plūsma (lūmeni) ir kopējais sākumpunkts - kopējā avota izstarotā gaisma. Pēc tam šī plūsma tiek sadalīta telpā. Sadalījumu raksturo gaismas intensitāte (kandela) visos virzienos. Polārās intensitātes diagramma ir grafiskais veids, kā parādīt šo sadalījumu. Kad šī izkliedētā gaisma ceļo pa telpu un beidzot nolaižas uz virsmas, mēs mērām rezultātu kā apgaismojumu (luksu) uz šīs virsmas. Gaismas mērītājs, kas novietots uz galda, mēra apgaismojumu. Visbeidzot, kad šī apgaismotā virsma atstaro daļu no šīs gaismas novērotāja acs virzienā, uztveramais virsmas "spilgtums" ir tās spilgtums (cd/m²). Kameras gaismas mērītājs mēra arī spilgtuma formu. Vienkāršs piemērs to visu saista kopā: 5000 lūmenu LED plūdu gaismas (plūsmas) maksimālā intensitāte centrālajā starā var būt 10 000 kandelu. Ja šis stars ir vērsts uz sienu 10 metru attālumā, apgaismojums šī stara centrā uz sienas var būt 100 luksi. Ja šī siena ir nokrāsota baltā krāsā un tai ir augsta atstarojamība, tās spilgtums var būt 30 cd/m², kas novērotājam šķiet spilgts. Ja siena ir nokrāsota melnā krāsā, tās spilgtums var būt tikai 3 cd/m², šķiet tumšs, lai gan sienas apgaismojums ir vienāds ar 100 luksiem. Šie četri rādītāji darbojas ķēdē, sākot no avota (plūsma, intensitāte) līdz ietekmei uz virsmām (apgaismojums, spilgtums), nodrošinot pilnīgu valodu gaismas aprakstīšanai un inženierijai.

Biežāk uzdotie jautājumi par LED spilgtuma aprēķiniem

Kāda ir atšķirība starp lūmeniem un luksiem?

Tas ir izplatīts neskaidrības punkts. Lūmeni (lm) mēra kopējo avota izstarotās gaismas daudzumu. Lux (lx) mēra šīs gaismas daudzumu, kas nolaižas uz virsmas. Padomājiet par to kā lietus: lūmeni ir kopējais lietus daudzums, kas krīt no mākoņa, bet lukss ir tas, cik dziļi peļķe ir jūsu piebraucamajā ceļā. 1000 lūmenu lukturis radīs daudz lielāku luksu rādījumu uz tuvējās sienas nekā 1000 lūmenu griestu gaisma, jo lukturīša gaisma ir koncentrēta mazākā laukumā.

Kā aprēķināt LED gaismas apgaismojumu noteiktā attālumā?

Punktu avotam var veikt aptuvenu novērtējumu, izmantojot apgrieztā kvadrāta likumu. Jums ir nepieciešama gaismas intensitāte (kandelā) virsmas virzienā. Apgaismojums (E) ir aptuveni intensitāte (I), dalīta ar attālumu (d) kvadrātā: E = I / d². Tomēr īstiem LED ķermeņiem ar specifiskiem staru leņķiem tas ir sarežģītāks. Visprecīzākā metode ir izmantot apgaismojuma projektēšanas programmatūru, kas izmanto fotometrisko datu failus, lai aprēķinātu apgaismojumu visā apgabalā, ņemot vērā staru kūļa formu un vairākus ķermeņus.

Kurš no četriem rādītājiem ir vissvarīgākais galda lampas iegādei?

Galda lampai apgaismojums ir vispraktiskākais rādītājs. Jūs vēlaties uzzināt, cik daudz gaismas (luksos) nokļūs uz jūsu darba virsmas. Tomēr, tā kā ražotāji ne vienmēr sniedz apgaismojuma datus par noteiktiem attālumiem, kopējā gaismas plūsma (lūmeni) ir labs sākumpunkts. Galdam parasti pietiek ar lampu ar 400-800 lūmeniem. Jums vajadzētu apsvērt arī gaismas leņķi, lai nodrošinātu, ka tas koncentrē gaismu uz jūsu darbu, neradot atspīdumu (pārmērīgu spilgtumu) acīs.