Kuptimi i katër shtyllave të matjes së ndriçimit LED
Kur flasim se sa "e ndritshme" është një dritë LED, shpesh përdorim një term të rastësishëm që mund të nënkuptojë gjëra të ndryshme në kontekste të ndryshme. A është sasia totale e dritës që derdhet nga llamba? A është intensiteti i rrezes i fokusuar në një vend specifik? Apo është niveli i ndriçimit në tavolinën tuaj apo në një fushë futbolli? Për projektuesit, inxhinierët dhe specifikuesit e ndriçimit, këto dallime nuk janë të rastësishme; ato janë themelore. Për të përshkruar, krahasuar dhe aplikuar me saktësi ndriçimin LED, ne mbështetemi në katër sasi fotometrike të dallueshme, por të ndërlidhura: fluksi i dritës, intensiteti i dritës, shkëlqimi (shkëlqimi) dhe ndriçimi. Secila prej këtyre metrikave ofron një pjesë të ndryshme të enigmës, duke iu përgjigjur një pyetjeje të ndryshme në lidhje me performancën e dritës. Fluksi i dritës na tregon prodhimin total, intensiteti i dritës na tregon fuqinë e drejtimit, ndriçimi na tregon se çfarë zbret në një sipërfaqe dhe shkëlqimi na tregon se si shfaqet një sipërfaqe. Zotërimi i këtyre katër koncepteve është thelbësor për këdo që është i përfshirë në projektimin e sistemeve të ndriçimit, nga një llambë e thjeshtë tavoline deri te një instalim kompleks stadiumi. Ky udhëzues do të çmitizojë secilën nga këto katër metoda të llogaritjes së ndriçimit LED, duke ofruar përkufizime të qarta, formula, njësi dhe shembuj praktikë të aplikimit të tyre.
Çfarë është fluksi ndriçues dhe si llogaritet?
Fluksi i dritës është metrika themelore e prodhimit të dritës. Ai përcakton sasinë totale të dritës së dukshme të emetuar nga një burim për njësi kohe. Mendoni për atë si "rrjedhën" totale të dritës nga një llambë, pavarësisht nga drejtimi që udhëton. Është një masë e të gjithë prodhimit të dritës, duke e bërë atë treguesin më të drejtpërdrejtë të fuqisë së përgjithshme të një burimi drite për të prodhuar dritë. Njësia e fluksit ndriçues është lumeni (lm). Kur blini një llambë LED dhe e shihni atë të etiketuar si "800 lumen", ky është fluksi i dritës - sasia totale e dritës që lëshon llamba në të gjitha drejtimet. Megjithatë, llogaritja e fluksit të dritës është më komplekse nga sa mund të duket, sepse syri i njeriut nuk i percepton të gjitha gjatësitë e valës së dritës në mënyrë të barabartë. Ne jemi më të ndjeshëm ndaj dritës jeshile-verdhë rreth 555 nm dhe shumë më pak të ndjeshëm ndaj dritës së kuqe të thellë ose blu. Prandaj, fluksi i dritës është një matje e ponderuar. Llogaritet duke marrë fuqinë aktuale rrezatuese (energjinë fizike) të burimit të dritës në çdo gjatësi vale dhe duke e shumëzuar atë me një faktor që përfaqëson ndjeshmërinë e syrit ndaj asaj gjatësie vale dhe duke e shumëzuar atë me një faktor që përfaqëson ndjeshmërinë e syrit ndaj asaj gjatësie vale të valës. Ky faktor njihet si efikasiteti relativ spektral ndriçues, i shënuar si V(λ). Formula formale për fluksin ndriçues (Φ) është: Φ = ∫Km në një matje të shkëlqimit të perceptuar nga sistemi vizual njerëzor.
Çfarë është intensiteti i dritës dhe si ndryshon nga fluksi?
Ndërsa fluksi i dritës na tregon prodhimin total të dritës, ai nuk na tregon se si shpërndahet ajo dritë. Një dritë 1000 lumen mund të jetë një llambë e zhveshur që spërkat dritën kudo, ose mund të jetë një dritë e fokusuar fort. Intensiteti i dritës është metrika që përshkruan përqendrimin e dritës në një drejtim të caktuar. Përcaktohet si sasia e fluksit ndriçues të emetuar nga një burim për njësi këndi të ngurtë në një drejtim të caktuar. Një kënd i ngurtë është një kënd tredimensional, i matur në steradian (sr), i cili përshkruan "konin" e dritës që përhapet nga një pikë. Imagjinoni një elektrik dore: fluksi i tij i dritës mund të jetë 300 lumen gjithsej, por intensiteti i tij i dritës përgjatë rrezes qendrore është shumë i lartë sepse ato 300 lumen janë të përqendruara në një kon të ngushtë. Njësia e intensitetit të dritës është kandela (cd). Një kandela përcaktohet si një lumen për steradian (1 cd = 1 lm/sr). Marrëdhënia midis fluksit dhe intensitetit është gjeometrike. Nëse keni një burim drite që lëshon fluksin e tij në mënyrë uniforme në të gjitha drejtimet (një burim izotropik), mund të llogarisni intensitetin e tij duke pjesëtuar fluksin total me këndin total të ngurtë të një sfere, i cili është 4π steradianë. Për shembull, një burim izotropik 1000 lumen do të kishte një intensitet prej 1000 lm / 4π sr ≈ 79.6 cd në çdo drejtim. Në realitet, shumica e burimeve LED nuk janë izotropike. Intensiteti ndryshon me drejtimin. Shuma e intensitetit në të gjitha drejtimet, e integruar në të gjithë sferën, ju kthen në fluksin total të dritës. Intensiteti i dritës është metrika kryesore për të kuptuar dhe projektuar këndet e rrezes, reflektorëve dhe lenteve.
Çfarë është shkëlqimi (shkëlqimi) dhe si matet?
Shkëlqimi, në terma teknikë, quhet shkëlqim. Ndërsa përdoret shpesh lirshëm në bisedë, shkëlqimi ka një përkufizim të saktë shkencor. Është masa e sasisë së dritës që emetohet, transmetohet ose reflektohet nga një sipërfaqe në një drejtim të caktuar. Me fjalë të tjera, ai përcakton se sa "e ndritshme" duket një sipërfaqe për një vëzhgues që e shikon atë nga një kënd specifik. Ky është një dallim kritik nga ndriçimi, i cili mat dritën që bie në një sipërfaqe. Shkëlqimi mat dritën që largohet nga ajo sipërfaqe (ose vetë një burim drite) dhe udhëton drejt syrit. Njësia e ndriçimit është kandela për metër katror (cd/m²), shpesh e quajtur edhe "nit". Përkufizimi formal përfshin intensitetin e dritës (I) të emetuar nga një element sipërfaqësor (dS) në një drejtim të caktuar, pjesëtuar me sipërfaqen e atij elementi sipërfaqësor siç projektohet në një plan pingul me atë drejtim. Formula është L = dI / (dS · cos θ), ku θ është këndi midis drejtimit të shikimit dhe normales (pingul) me sipërfaqen. Për një sipërfaqe të sheshtë që lëshon dritë, si një çip LED ose një shenjë e ndezur, e parë drejt (θ=0°), formula thjeshtohet në L = I / dS. Shkëlqimi është ajo që sytë tanë perceptojnë në të vërtetë. Një copë letër e bardhë nën një dritë të ndritshme ka një shkëlqim të lartë; e njëjta letër në një dhomë të errët ka një shkëlqim të ulët. Në aplikimet LED, shkëlqimi është thelbësor për vlerësimin e shkëlqimit (një burim shkëlqimi shumë i lartë në fushën e shikimit) dhe për projektimin e ekraneve dhe treguesve. Në testimin e çipit dhe vlerësimin e sigurisë së rrezatimit LED, shpesh përdoren metoda imazherike, ku një sistem kamerash mat shkëlqimin në të gjithë sipërfaqen e çipit për të identifikuar pikat e nxehta dhe për të siguruar performancë uniforme.
Çfarë është ndriçimi dhe si llogaritet?
Ndriçimi është ndoshta metrika më praktike dhe më e referuar në dizajnin e ndriçimit. Ai mat sasinë e fluksit ndriçues që bie në një sipërfaqe të caktuar. Me fjalë të thjeshta, ju tregon se sa dritë po zbret në tavolinën tuaj, në dyshemenë e një magazine ose në një fushë futbolli. Është "rezultati përfundimtar" i sistemit të ndriçimit nga këndvështrimi i objektit ose detyrës së ndriçuar. Njësia e ndriçimit është lux (lx). Një luks përcaktohet si një lumen për metër katror (1 lx = 1 lm/m²). Formula për ndriçimin (E) është E = dΦ / dS, ku dΦ është fluksi i dritës që ndodh në një element të vogël sipërfaqësor të sipërfaqes dS. Ndriçimi varet nga disa faktorë: intensiteti i burimit të dritës, distanca nga burimi në sipërfaqe dhe këndi në të cilin drita godet sipërfaqen. Ai ndjek ligjin e kundërt, që do të thotë se nëse dyfishoni distancën nga burimi i dritës, ndriçimi zvogëlohet në një të katërtën e vlerës së tij origjinale. Ai gjithashtu ndikohet nga kosinusi i këndit të incidencës; drita që godet një sipërfaqe në një kënd 45 gradë siguron më pak ndriçim sesa drita që e godet atë drejtpërdrejt pingul. Për shembull, një dritë leximi mund të sigurojë 500 lux në një libër, ndërsa një zyrë e ndriçuar mirë mund të ketë 300-500 lux në tavolina. Një prozhektor sigurie mund të ketë nevojë të sigurojë 50 lux në tokë, ndërsa një stadium futbolli profesionist kërkon 1500-2000 lux për transmetim. Ndriçimi është metrika kryesore e përdorur në standardet dhe rregulloret e ndriçimit për të siguruar dritë adekuate për sigurinë dhe performancën e detyrës. Matet në praktikë duke përdorur një matës drite, i cili ka një sensor të korrigjuar me kosinus për të kapur me saktësi dritën që bie në një aeroplan.
Si lidhen këto katër matje me njëra-tjetrën?
Kuptimi i marrëdhënieve midis fluksit të dritës, intensitetit të dritës, ndriçimit dhe shkëlqimit është çelësi për të zotëruar dizajnin e ndriçimit. Ato nuk janë koncepte të pavarura, por këndvështrime të ndryshme për të njëjtin fenomen të dritës. Fluksi i ndriçimit (lumenët) është pika fillestare totale - drita totale e emetuar nga burimi. Ky fluks më pas shpërndahet në hapësirë. Shpërndarja përshkruhet nga intensiteti i dritës (kandela) në çdo drejtim. Një diagram i intensitetit polar është një mënyrë grafike për të treguar këtë shpërndarje. Kur kjo dritë e shpërndarë udhëton nëpër hapësirë dhe më në fund zbret në një sipërfaqe, ne matim rezultatin si ndriçim (lux) në atë sipërfaqe. Një matës drite i vendosur në një tavolinë mat ndriçimin. Së fundi, kur ajo sipërfaqe e ndriçuar reflekton një pjesë të asaj drite drejt syrit të një vëzhguesi, "shkëlqimi" i perceptuar i sipërfaqes është shkëlqimi i saj (cd/m²). Matësi i dritës së një kamere mat gjithashtu një formë shkëlqimi. Një shembull i thjeshtë i lidh të gjitha së bashku: Një dritë LED 5000 lumen (fluks) mund të ketë një intensitet maksimal prej 10,000 kandela në rrezen e saj qendrore. Nëse ajo rreze synon një mur 10 metra larg, ndriçimi në qendër të asaj rreze në mur mund të jetë 100 lux. Nëse ai mur është i lyer me të bardhë dhe ka një reflektim të lartë, shkëlqimi i tij mund të jetë 30 cd/m², duke u dukur i ndritshëm për një vëzhgues. Nëse muri është i lyer me të zezë, shkëlqimi i tij mund të jetë vetëm 3 cd/m², duke u dukur i errët, edhe pse ndriçimi në mur është i njëjtë 100 lux. Këto katër metrika funksionojnë në një zinxhir, nga burimi (fluksi, intensiteti) deri te efekti në sipërfaqe (ndriçimi, shkëlqimi), duke ofruar një gjuhë të plotë për përshkrimin dhe inxhinierinë e dritës.
Pyetjet e bëra më shpesh në lidhje me llogaritjet e ndriçimit LED
Cili është ndryshimi midis lumenëve dhe luksit?
Kjo është një pikë e zakonshme konfuzioni. Lumenët (lm) matin sasinë totale të dritës së emetuar nga një burim. Lux (lx) mat sasinë e asaj drite që zbret në një sipërfaqe. Mendoni si shi: lumenët janë sasia totale e shiut që bie nga një re, ndërsa lux është sa i thellë është pellgu në rrugën tuaj. Një elektrik dore 1000 lumen do të prodhojë një lexim shumë më të lartë luksi në një mur aty pranë sesa një dritë tavani 1000 lumen, sepse drita e elektrik dore është e përqendruar në një zonë më të vogël.
Si mund të llogaris ndriçimin nga një dritë LED në një distancë të caktuar?
Për një burim pike, një vlerësim i përafërt mund të bëhet duke përdorur ligjin e kundërt katror. Ju duhet intensiteti i dritës (në kandela) në drejtim të sipërfaqes. Ndriçimi (E) është afërsisht intensiteti (I) pjesëtuar me distancën (d) në katror: E = I / d². Megjithatë, për pajisjet e vërteta LED me kënde specifike të rrezes, është më komplekse. Metoda më e saktë është përdorimi i softuerit të dizajnit të ndriçimit që përdor skedarë të të dhënave fotometrike për të llogaritur ndriçimin në një zonë, duke llogaritur formën e rrezes dhe pajisjet e shumta.
Cila nga katër metrikat është më e rëndësishme për blerjen e një llambe tavoline?
Për një llambë tavoline, ndriçimi është metrika më praktike. Ju dëshironi të dini se sa dritë (në luks) do të ulet në sipërfaqen tuaj të punës. Megjithatë, meqenëse prodhuesit nuk japin gjithmonë të dhëna ndriçimi për distanca specifike, fluksi total i dritës (lumenët) është një pikënisje e mirë. Një llambë me 400-800 lumen është zakonisht e mjaftueshme për një tavolinë. Ju gjithashtu duhet të merrni parasysh këndin e rrezes për t'u siguruar që ai përqendron dritën në punën tuaj pa shkaktuar shkëlqim (shkëlqim të tepërt) në sytë tuaj.
