LED spilgtuma mērīšanas četru pīlāru izpratne

Kad runājam par to, cik "spilgta" ir LED gaisma, bieži lietojam ikdienišķu terminu, kas dažādos kontekstos var nozīmēt dažādas lietas. Vai tas ir kopējais gaismas daudzums, kas izplūst no spuldzes? Vai tas ir stara intensitāte, kas fokusēts uz konkrētu vietu? Vai tas ir apgaismojuma līmenis uz tava galda vai futbola laukuma? Apgaismojuma dizaineriem, inženieriem un specifikatoriem šīs atšķirības nav nejaušas; Tās ir fundamentālas. Lai precīzi aprakstītu, salīdzinātu un pielietotu LED apgaismojumu, mēs paļaujamies uz četriem atšķirīgiem, tomēr savstarpēji saistītiem fotometriskiem lielumiem: gaismas plūsmu, gaismas intensitāti, spilgtumu (luminanci) un apgaismojumu. Katrs no šiem rādītājiem sniedz atšķirīgu puzles gabalu, atbildot uz atšķirīgu jautājumu par gaismas veiktspēju. Gaismas plūsma norāda kopējo jaudu, gaismas intensitāte – virziena spēku, apgaismojums – kas nosēžas uz virsmas, bet spožums – kā virsma izskatās. Šo četru koncepciju apgūšana ir būtiska ikvienam, kas iesaistīts apgaismojuma sistēmu projektēšanā, sākot no vienkāršas galda lampas līdz sarežģītai stadiona uzstādīšanai. Šis ceļvedis atklās katru no šīm četrām LED spilgtuma aprēķina metodēm, sniedzot skaidras definīcijas, formulas, mērvienības un praktiskus to pielietojuma piemērus.

Kas ir gaismas plūsma un kā tā tiek aprēķināta?

Gaismas plūsma ir gaismas izstarojuma pamatrādītājs. Tā kvantificē kopējo redzamās gaismas daudzumu, ko avots izstaro laika vienībā. Iedomājies to kā kopējo gaismas "plūsmu" no lampas, neatkarīgi no tā, kurā virzienā tā ceļo. Tas ir visa gaismas izstarojuma mērs, padarot to par tiešāko indikatoru gaismas avota kopējai spējai radīt gaismu. Gaismas plūsmas mērvienība ir lūmens (lm). Kad iegādājaties LED spuldzi un redzat to marķētu kā "800 lūmeni", tas ir gaismas plūsmas daudzums — kopējais gaismas daudzums, ko spuldze izstaro visos virzienos. Tomēr gaismas plūsmas aprēķins ir sarežģītāks, nekā varētu šķist, jo cilvēka acs neuztver visus gaismas viļņu garumus vienādi. Mēs esam visjutīgākie pret zaļi-dzelteno gaismu ap 555 nm un daudz mazāk jutīgi pret dziļi sarkano vai zilo gaismu. Tādējādi gaismas plūsma ir svarots mērījums. To aprēķina, ņemot gaismas avota faktisko starojuma jaudu (fizisko enerģiju) katrā viļņa garumā un reizinot to ar koeficientu, kas apzīmē acs jutību pret šo viļņa garumu. Šo faktoru sauc par relatīvo spektrālo gaismas efektivitāti, apzīmētu kā V(λ). Formālā gaismas plūsmas (Φ) formula 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 apzīmē maksimālo iespējamo gaismas efektivitāti pie maksimālās jutības viļņa garuma 555 nm. Būtībā šī formula matemātiski pārvērš neapstrādātu fizisko spēku cilvēka redzes sistēmas uztvertā spožuma mērījumā.

Kas ir gaismas intensitāte un kā tā atšķiras no plūsmas?

Lai gan gaismas plūsma mums parāda kopējo gaismas izstarojumu, tā nepasaka, kā šī gaisma ir sadalīta. 1000 lūmenu gaisma var būt plika spuldze, kas izsmidzina gaismu visur, vai arī tā var būt cieši fokusēta prožektora gaisma. Gaismas intensitāte ir rādītājs, kas apraksta gaismas koncentrāciju noteiktā virzienā. To definē kā gaismas plūsmas daudzumu, ko izstaro avots uz vienu cietā leņķa vienību noteiktā virzienā. Ciets leņķis ir trīsdimensiju leņķis, mērīts sterādiānos (sr), kas apraksta gaismas "konusu", kas izplatās no punkta. Iedomājieties lukturīti: tā gaismas plūsma varētu būt 300 lūmenu kopā, bet tā gaismas intensitāte gar centrālo staru ir ļoti augsta, jo šie 300 lūmeni ir koncentrēti šaurā konusā. Gaismas intensitātes mērvienība ir kandela (cd). Viena kandela tiek 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 (izotrops avots), jūs varat aprēķināt tā intensitāti, dalot kopējo plūsmu ar sfēras kopējo cieto leņķi, kas ir 4π steradiāni. Piemēram, 1000 lūmenu izotropam avotam jebkurā virzienā būtu intensitāte 1000 lm / 4π sr ≈ 79,6 cd. Patiesībā lielākā daļa LED avotu nav izotropi. Intensitāte mainās atkarībā no virziena. Intensitātes summa visos virzienos, kas integrēta visā sfērā, atgriež jūs pie kopējā gaismas plūsmas. Gaismas intensitāte ir galvenais rādītājs, lai izprastu un izstrādātu staru leņķus, atstarotājus un lēcas.

Kas ir spilgtums (luminance) un kā to mēra?

Spilgtumu tehniski sauc par luminanci. Lai gan sarunās to bieži lieto brīvi, luminancei ir precīza zinātniska definīcija. Tas ir mērs tam, cik daudz gaismas tiek izstarots, pārraidīts vai atstarots no virsmas noteiktā virzienā. Citiem vārdiem sakot, tā kvantificē, cik "spoža" virsma šķiet novērotājam, skatoties no noteikta leņķa. Tas ir būtisks atšķirības punkts no apgaismojuma, kas mēra gaismu, kas krīt uz virsmas. Luminance mēra gaismu, kas atstāj šo virsmu (vai pašu gaismas avotu) un ceļo uz aci. Luminances mērvienība ir kandela uz kvadrātmetru (cd/m²), ko bieži sauc arī par "nit". Formālā definīcija ietver gaismas intensitāti (I), ko izstaro virsmas elements (dS) dotajā virzienā, dalītu ar šī elementa laukumu, kas projicēts uz plakni, kas ir perpendikulāra šim virzienam. Formula ir L = dI / (dS · cos θ), kur θ ir leņķis starp skatīšanās virzienu un virsmas normāli (perpendikulāru). Plakanai gaismu izstarojošai virsmai, piemēram, LED mikroshēmai vai iedegtai zīmei, skatoties tieši (θ=0°), formula vienkāršojas līdz L = I / dS. Luminance ir tas, ko mūsu acis patiesībā uztver. Balts papīra gabals spožā gaismā ir ar augstu spožumu; Tas pats papīrs tumšā telpā ir ar zemu luminanci. LED pielietojumos luminance ir būtiska, lai novērtētu atspīdumu (ļoti augsta luminances avotu redzes laukā) un izstrādātu displejus un indikatorus. Mikroshēmu testēšanā un LED starojuma drošības novērtēšanā bieži tiek izmantotas attēlveidošanas metodes, kur kameras sistēma mēra luminanci mikroshēmas virsmā, lai identificētu karstos punktus un nodrošinātu vienmērīgu veiktspēju.

Kas ir apgaismojums un kā to aprēķina?

Apgaismojums, iespējams, ir vispraktiskākais un visbiežāk minētais rādītājs apgaismojuma dizainā. Tas mēra gaismas plūsmas daudzumu, kas krīt uz noteiktu virsmas laukumu. Vienkāršiem vārdiem sakot, tas parāda, cik daudz gaismas krīt uz jūsu galda, noliktavas grīdas vai futbola laukuma. Tas ir apgaismojuma sistēmas "gala rezultāts" no apgaismotā objekta vai uzdevuma skatpunkta. Apgaismojuma mērvienība ir lukss (lx). Viens lukss tiek definēts kā viens lūmens uz kvadrātmetru (1 lx = 1 lm/m²). Apgaismojuma formula (E) ir E = dΦ / dS, kur dΦ ir gaismas plūsma, kas krīt uz neliela virsmas elementa ar laukumu dS. Apgaismojums ir atkarīgs no vairākiem faktoriem: gaismas avota intensitātes, attāluma no avota līdz virsmai un leņķa, kādā gaisma krīt uz virsmas. Tas atbilst apgrieztā kvadrāta likumam, kas nozīmē, ka, dubultojot attālumu no gaismas avota, apgaismojums samazinās līdz ceturtdaļai no sākotnējās vērtības. To ietekmē arī krišanas leņķa kosinuss; gaisma, kas trāpa virsmai 45 grādu leņķī, nodrošina mazāku apgaismojumu nekā gaisma, kas trāpa tieši perpendikulāri. Piemēram, lasīšanas lampiņa var nodrošināt 500 luksus grāmatai, bet labi apgaismotā birojā uz galdiem var būt 300-500 luksi. Drošības prožektors var prasīt 50 luksus uz zemes, savukārt profesionālam futbola stadionam pārraidei 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 lidmašīnas.

Kā šie četri mērījumi savstarpēji saistīti?

Izpratne par attiecībām starp gaismas plūsmu, gaismas intensitāti, apgaismojumu un luminanci ir būtiska, lai apgūtu apgaismojuma dizainu. Tie nav neatkarīgi jēdzieni, bet gan dažādi skatījumi uz vienu un to pašu gaismas fenomenu. Gaismas plūsma (lūmeni) ir kopējais sākumpunkts — kopējā gaisma, ko izstaro avots. Šī plūsma pēc tam tiek izplatīta telpā. Sadalījumu raksturo gaismas intensitāte (kandela) visos virzienos. Polārās intensitātes diagramma ir grafisks veids, kā attēlot šo sadalījumu. Kad šī izkliedētā gaisma ceļo cauri telpai un beidzot nosēžas uz virsmas, rezultātu mēra kā apgaismojumu (lux) uz šīs virsmas. Uz galda novietots gaismas mērītājs mēra apgaismojumu. Visbeidzot, kad apgaismotā virsma atstaro daļu no šīs gaismas uz novērotāja aci, uztvertā virsmas "spilgtums" ir tās spilgtums (cd/m²). Kameras gaismas mērītājs arī mēra kādu luminances formu. Vienkāršs piemērs visu sasaista kopā: 5000 lūmenu LED prožektors (flux) var sasniegt maksimālo intensitāti 10 000 kandelu centrālajā starā. Ja stars ir vērsts uz sienu 10 metru attālumā, apgaismojums stara centrā varētu būt 100 luksi. Ja šī siena ir nokrāsota baltā krāsā un tai ir augsta atstarošana, tās spožums var būt 30 cd/m², kas novērotājam šķiet spilgta. Ja siena ir nokrāsota melna, tās luminance var būt tikai 3 cd/m², izskatoties tumša, lai gan apgaismojums uz sienas ir tie paši 100 luksi. Šie četri metrikas darbojas ķēdē, sākot no avota (plūsma, intensitāte) līdz ietekmei uz virsmām (apgaismojums, luminance), nodrošinot pilnīgu valodu gaismas aprakstīšanai un inženierijai.

Biežāk uzdotie jautājumi par LED spilgtuma aprēķiniem

Kāda ir atšķirība starp lūmeniem un luksiem?

Tas ir bieži sastopams neskaidrību punkts. Lumeni (lm) mēra kopējo gaismas daudzumu, ko izstaro avots. Lux (lx) mēra, cik daudz šīs gaismas nonāk uz virsmas. Iedomājies to kā lietu: lumens ir kopējais lietus daudzums, kas krīt no mākoņa, bet lux ir peļķes dziļums uz tava brauktuves. 1000 lūmenu lukturītis uz tuvējās sienas radīs daudz augstāku luksa rādījumu nekā 1000 lūmenu griestu lampa, jo lukturīša gaisma ir koncentrēta mazākā laukumā.

Kā aprēķināt apgaismojumu no LED gaismas noteiktā attālumā?

Punktveida avotam var veikt aptuvenu novērtējumu, izmantojot apgrieztā kvadrāta likumu. Tev vajag gaismas intensitāti (kandelā) virsmas virzienā. Apgaismojums (E) aptuveni ir intensitāte (I), dalīta ar attālumu (d) kvadrātā: E = I / d². Tomēr īstiem LED gaismekļiem ar specifiskiem gaismas leņķiem tas ir sarežģītāk. Visprecīzākā metode ir izmantot apgaismojuma projektēšanas programmatūru, kas izmanto fotometriskos datu failus, lai aprēķinātu apgaismojumu visā laukumā, ņemot vērā staru formu un vairākus gaismekļus.

Kurš no četriem rādītājiem ir vissvarīgākais, pērkot galda lampu?

Galda lampai apgaismojums ir vispraktiskākais rādītājs. Jums jāzina, cik daudz gaismas (luksusā) nonāks uz jūsu darba virsmas. Tomēr, tā kā ražotāji ne vienmēr sniedz apgaismojuma datus par konkrētiem attālumiem, kopējais gaismas plūsmas (lūmenu) skaits ir labs sākumpunkts. Parasti galdam pietiek ar lampu ar 400–800 lūmeniem. Jāņem vērā arī stara leņķis, lai nodrošinātu, ka tas koncentrē gaismu uz jūsu darbu, neradot atspīdumu (pārmērīgu spožumu) acīs.