Kuelewa Nguzo Nne za Kipimo cha Mwangaza wa LED

Tunapozungumza juu ya jinsi taa ya LED ilivyo "angavu", mara nyingi tunatumia neno la kawaida ambalo linaweza kumaanisha vitu tofauti katika miktadha tofauti. Je, ni jumla ya mwanga unaomwagika kutoka kwa balbu? Je, ni ukubwa wa boriti inayolenga mahali maalum? Au ni kiwango cha mwangaza kwenye dawati lako au kwenye uwanja wa mpira? Kwa wabunifu wa taa, wahandisi, na vielezo, tofauti hizi sio za kawaida; wao ni wa msingi. Ili kuelezea kwa usahihi, kulinganisha, na kutumia taa za LED, tunategemea idadi nne tofauti, lakini zinazohusiana, za picha: mtiririko wa mwanga, mwangaza wa mwangaza, mwangaza (mwangaza), na mwangaza. Kila moja ya vipimo hivi hutoa kipande tofauti cha fumbo, ikijibu swali tofauti kuhusu utendaji wa mwanga. Mtiririko wa mwangaza unatuambia jumla ya pato, nguvu ya mwangaza inatuambia nguvu ya mwelekeo, mwangaza hutuambia kile kinachotua juu ya uso, na mwangaza unatuambia jinsi uso unavyoonekana. Kujua dhana hizi nne ni muhimu kwa mtu yeyote anayehusika katika kubuni mifumo ya taa, kutoka kwa taa rahisi ya dawati hadi usakinishaji changamano wa uwanja. Mwongozo huu utafafanua kila moja ya mbinu hizi nne za kukokotoa mwangaza wa LED, kutoa ufafanuzi wazi, fomula, vitengo, na mifano ya vitendo ya matumizi yao.

Mtiririko wa mwanga ni nini na unahesabiwaje?

Mtiririko wa mwanga ni kipimo cha msingi cha pato la mwanga. Inakadiria jumla ya mwanga unaoonekana unaotolewa na chanzo kwa kila kitengo cha wakati. Ifikirie kama jumla ya "mtiririko" wa mwanga kutoka kwa taa, bila kujali mwelekeo unaosafiri. Ni kipimo cha pato zima la mwanga, na kuifanya kuwa kiashiria cha moja kwa moja cha nguvu ya jumla ya chanzo cha mwanga kutoa mwanga. Kitengo cha mtiririko wa mwanga ni lumen (lm). Unaponunua balbu ya LED na kuiona ikiandikwa kama "lumens 800," hii ndio mtiririko wa mwanga - jumla ya mwanga ambao balbu hutoa pande zote. Hata hivyo, hesabu ya flux ya mwanga ni ngumu zaidi kuliko inavyoweza kuonekana, kwa sababu jicho la mwanadamu halioni urefu wote wa mawimbi ya mwanga kwa usawa. Sisi ni nyeti zaidi kwa mwanga wa kijani-njano karibu 555 nm na kidogo sana kwa mwanga mwekundu au bluu. Mtiririko wa mwanga, kwa hivyo, ni kipimo cha uzani. Inahesabiwa kwa kuchukua nguvu halisi ya ming'ao (nishati ya kimwili) ya chanzo cha mwanga katika kila urefu wa wimbi na kuzidisha kwa sababu inayowakilisha unyeti wa jicho kwa urefu huo wa wimbi. Sababu hii inajulikana kama ufanisi wa mwanga wa spectral, unaoashiria kama V(λ). Fomula rasmi ya mtiririko wa mwanga (Φ) ni: Φ = Km ∫ Φ(λ) · V(λ) dλ, ambapo Φ(λ) ni mtiririko wa mwanga wa spectral, V(λ) ni ufanisi wa mwanga wa spectral, na Km ni mara kwa mara (683 lm/W) ambayo inawakilisha ufanisi wa juu zaidi wa mwanga katika urefu wa kilele cha unyeti wa 555 nm. Kwa asili, fomula hii hubadilisha kihisabati nguvu ghafi ya kimwili kuwa kipimo cha mwangaza unaotambulika na mfumo wa kuona wa binadamu.

Nguvu ya mwanga ni nini na inatofautianaje na flux?

Wakati mtiririko wa mwanga unatuambia jumla ya pato la mwanga, haituambii jinsi mwanga huo unavyosambazwa. Nuru ya lumen 1000 inaweza kuwa taa ya kunyunyizia balbu kila mahali, au inaweza kuwa mwangaza unaozingatia sana. Nguvu ya mwanga ni kipimo kinachoelezea mkusanyiko wa mwanga katika mwelekeo maalum. Inafafanuliwa kama kiasi cha mtiririko wa mwanga unaotolewa na chanzo kwa kila kitengo cha pembe thabiti katika mwelekeo fulani. Pembe thabiti ni pembe ya tatu-dimensional, iliyopimwa katika steradians (sr), ambayo inaelezea "koni" ya mwanga inayoenea kutoka kwa uhakika. Hebu fikiria tochi: mtiririko wake wa mwanga unaweza kuwa jumla ya lumens 300, lakini nguvu yake ya mwanga kando ya boriti ya kati ni ya juu sana kwa sababu lumens hizo 300 zimejilimbikizia kwenye koni nyembamba. Kitengo cha nguvu ya mwanga ni candela (cd). Candela moja inafafanuliwa kama lumen moja kwa kila steradian (1 cd = 1 lm/sr). Uhusiano kati ya flux na nguvu ni kijiometri. Ikiwa una chanzo cha mwanga ambacho hutoa mtiririko wake kwa usawa katika pande zote (chanzo cha isotropiki), unaweza kuhesabu ukubwa wake kwa kugawanya jumla ya flux na pembe ya jumla ya tufe, ambayo ni 4π steradians. Kwa mfano, chanzo cha isotropiki cha lumen 1000-lumen kitakuwa na nguvu ya 1000 lm / 4π sr ≈ 79.6 cd katika mwelekeo wowote. Kwa kweli, vyanzo vingi vya LED sio isotropiki. Nguvu inatofautiana na mwelekeo. Jumla ya nguvu katika pande zote, iliyounganishwa juu ya nyanja nzima, inakurudisha kwenye jumla ya mtiririko wa mwanga. Nguvu ya mwanga ni kipimo muhimu cha kuelewa na kubuni pembe za boriti, viakisi, na lensi.

Mwangaza (mwangaza) ni nini na unapimwaje?

Mwangaza, kwa maneno ya kiufundi, inajulikana kama mwangaza. Ingawa mara nyingi hutumiwa kwa urahisi katika mazungumzo, mwangaza una ufafanuzi sahihi wa kisayansi. Ni kipimo cha kiasi cha mwanga ambacho hutolewa, kupitishwa, au kuonyeshwa kutoka kwa uso katika mwelekeo fulani. Kwa maneno mengine, inakadiria jinsi uso "mkali" unavyoonekana kwa mwangalizi anayeuangalia kutoka kwa pembe maalum. Hii ni tofauti muhimu kutoka kwa mwangaza, ambayo hupima mwanga unaoanguka juu ya uso. Mwangaza hupima mwanga unaoacha uso huo (au chanzo cha mwanga chenyewe) na kusafiri kuelekea jicho. Kitengo cha mwangaza ni candela kwa kila mita ya mraba (cd/m²), mara nyingi pia huitwa "nit." Ufafanuzi rasmi unahusisha nguvu ya mwangaza (I) inayotolewa na kipengele cha uso (dS) katika mwelekeo fulani, ikigawanywa na eneo la kipengele hicho cha uso kama inavyotarajiwa kwenye ndege perpendicular kwa mwelekeo huo. Fomula ni L = dI / (dS · cos θ), ambapo θ ni pembe kati ya mwelekeo wa kutazama na kawaida (perpendicular) kwa uso. Kwa uso tambarare unaotoa mwanga, kama chip ya LED au ishara iliyowaka, inayotazamwa moja kwa moja (θ=0°), fomula hurahisisha hadi L = I / dS. Mwangaza ndio macho yetu huona. Kipande nyeupe cha karatasi chini ya mwanga mkali kina mwangaza wa juu; karatasi sawa katika chumba cha giza ina mwangaza mdogo. Katika matumizi ya LED, mwangaza ni muhimu kwa kutathmini mwangaza (chanzo cha juu sana cha mwangaza katika uwanja wa mtazamo) na kubuni maonyesho na viashiria. Katika upimaji wa chip na kutathmini usalama wa mionzi ya LED, njia za kupiga picha hutumiwa mara nyingi, ambapo mfumo wa kamera hupima mwangaza kwenye uso wa chip ili kutambua maeneo yenye moto na kuhakikisha utendaji sare.

Mwangaza ni nini na unahesabiwaje?

Mwangaza labda ni kipimo cha vitendo zaidi na kinachorejelewa kwa kawaida katika muundo wa taa. Inapima kiasi cha mtiririko wa mwanga unaoanguka kwenye eneo fulani la uso. Kwa maneno rahisi, inakuambia ni kiasi gani cha mwanga kinatua kwenye dawati lako, kwenye sakafu ya ghala, au kwenye uwanja wa mpira. Ni "matokeo ya mwisho" ya mfumo wa taa kutoka kwa mtazamo wa kitu au kazi iliyoangaziwa. Kitengo cha mwangaza ni lux (lx). Lux moja inafafanuliwa kama lumen moja kwa kila mita ya mraba (1 lx = 1 lm/m²). Fomula ya mwangaza (E) ni E = dΦ / dS, ambapo dΦ ni tukio la mtiririko wa mwanga kwenye kipengele kidogo cha uso wa eneo la dS. Mwangaza unategemea mambo kadhaa: ukubwa wa chanzo cha mwanga, umbali kutoka chanzo hadi uso, na pembe ambayo mwanga hupiga uso. Inafuata sheria ya mraba-inverse, ikimaanisha kwamba ikiwa utaongeza umbali mara mbili kutoka kwa chanzo cha mwanga, mwangaza hupungua hadi robo ya thamani yake ya asili. Pia huathiriwa na cosine ya pembe ya matukio; mwanga unaopiga uso kwa pembe ya digrii 45 hutoa mwangaza mdogo kuliko mwanga unaopiga moja kwa moja perpendicular. Kwa mfano, taa ya kusoma inaweza kutoa lux 500 kwenye kitabu, wakati ofisi yenye mwanga mzuri inaweza kuwa na lux 300-500 kwenye madawati. Taa ya mafuriko ya usalama inaweza kuhitaji kutoa lux 50 chini, wakati uwanja wa mpira wa miguu wa kitaalam unahitaji lux 1500-2000 kwa matangazo. Mwangaza ni kipimo muhimu kinachotumiwa katika viwango na kanuni za taa ili kuhakikisha mwanga wa kutosha kwa usalama na utendaji wa kazi. Inapimwa kwa mazoezi kwa kutumia mita nyepesi, ambayo ina sensor iliyosahihishwa na cosine ili kunasa kwa usahihi mwanga unaoanguka kwenye ndege.

Je, vipimo hivi vinne vinahusianaje?

Kuelewa uhusiano kati ya mtiririko wa mwanga, nguvu ya mwangaza, mwangaza, na mwangaza ni ufunguo wa kusimamia muundo wa taa. Sio dhana huru lakini mitazamo tofauti juu ya jambo sawa la mwanga. Mtiririko wa mwanga (lumens) ndio jumla ya kuanzia-jumla ya mwanga unaotolewa na chanzo. Kisha mtiririko huu unasambazwa katika nafasi. Usambazaji unaelezewa na nguvu ya mwanga (candela) katika kila upande. Mchoro wa nguvu ya polar ni njia ya picha ya kuonyesha usambazaji huu. Wakati mwanga huu uliosambazwa unasafiri kupitia angani na hatimaye kutua juu ya uso, tunapima matokeo kama mwangaza (lux) kwenye uso huo. Mita ya mwanga iliyowekwa kwenye dawati hupima mwangaza. Hatimaye, wakati uso huo ulioangaziwa unaonyesha baadhi ya mwangaza huo kuelekea jicho la mwangalizi, "mwangaza" unaotambulika wa uso ni mwangaza wake (cd/m²). Mita ya mwanga ya kamera pia hupima aina ya mwangaza. Mfano rahisi unaunganisha yote pamoja: Taa ya mafuriko ya LED ya lumen 5000 (flux) inaweza kuwa na kiwango cha juu cha candela 10,000 katika boriti yake ya kati. Ikiwa boriti hiyo inalenga ukuta umbali wa mita 10, mwangaza katikati ya boriti hiyo ukutani unaweza kuwa 100 lux. Ikiwa ukuta huo umepakwa rangi nyeupe na una uakisi wa juu, mwangaza wake unaweza kuwa 30 cd/m², ukionekana kung'aa kwa mwangalizi. Ikiwa ukuta umepakwa rangi nyeusi, mwangaza wake unaweza kuwa 3 cd/m² tu, ukionekana giza, ingawa mwangaza kwenye ukuta ni sawa na 100 lux. Vipimo hivi vinne hufanya kazi katika mnyororo, kutoka kwa chanzo (flux, intensity) hadi athari kwenye nyuso (mwangaza, mwangaza), ikitoa lugha kamili ya kuelezea na uhandisi.

Maswali Yanayoulizwa Mara Kwa Mara Kuhusu Mahesabu ya Mwangaza wa LED

Kuna tofauti gani kati ya lumens na lux?

Hii ni hatua ya kawaida ya kuchanganyikiwa. Lumens (lm) hupima jumla ya mwanga unaotolewa na chanzo. Lux (lx) hupima kiasi cha mwanga huo unaotua juu ya uso. Ifikirie kama mvua: lumens ni jumla ya kiasi cha mvua inayonyesha kutoka kwa wingu, wakati lux ni kina cha dimbwi kwenye barabara yako. Tochi ya lumen 1000 itatoa usomaji wa juu zaidi kwenye ukuta ulio karibu kuliko taa ya dari ya lumen 1000, kwa sababu mwanga wa tochi umejilimbikizia katika eneo ndogo.

Ninawezaje kuhesabu mwangaza kutoka kwa mwanga wa LED kwa umbali fulani?

Kwa chanzo cha uhakika, makadirio mabaya yanaweza kufanywa kwa kutumia sheria ya mraba-inverse. Unahitaji nguvu ya mwanga (katika candela) katika mwelekeo wa uso. Mwangaza (E) ni takriban nguvu (I) imegawanywa na umbali (d) mraba: E = I / d². Hata hivyo, kwa vifaa halisi vya LED na pembe maalum za boriti, ni ngumu zaidi. Njia sahihi zaidi ni kutumia programu ya kubuni taa ambayo hutumia faili za data za picha kuhesabu mwangaza katika eneo, uhasibu wa umbo la boriti na vifaa vingi.

Ni ipi kati ya metriki nne ni muhimu zaidi kwa kununua taa ya dawati?

Kwa taa ya dawati, mwangaza ni kipimo cha vitendo zaidi. Unataka kujua ni kiasi gani cha mwanga (katika lux) kitatua kwenye uso wako wa kazi. Hata hivyo, kwa kuwa watengenezaji hawatoi data ya mwangaza kila wakati kwa umbali maalum, jumla ya mwanga wa mwanga (lumens) ni mahali pazuri pa kuanzia. Taa yenye lumens 400-800 kawaida inatosha kwa dawati. Unapaswa pia kuzingatia pembe ya boriti ili kuhakikisha kuwa inazingatia mwanga kwenye kazi yako bila kusababisha mwangaza (mwangaza mwingi) machoni pako.