实验7 LED光强分布测试实验

实验7 LED光强分布测试实验

【实验目的】

1.了解和掌握LED光强分布的测试原理；

2.掌握LED光强分布测试基本操作和数据处理方法；

3.学会设计符合某种要求的配光曲线。

【仪器用具】

LED520 LED光强分布测试仪，电脑，直插式LED灯若干个

【实验原理】

图7-1 LED光强测试中的问题

光强的定义为：单位立体角光源辐射出去的光通量。在测量LED灯的光强分布时如果简单套用点光源的测试方法则会遇到问题。如图7-1所示，点光源光强在空间各方向均匀分布，在不同距离处用不同接收孔径的探测器接收得到的测试结果都不会改变，但是LED由于其光强分布的不一致使得测试结果随测试距离和探测器孔径变化。因此，CIE-127（CIE国际照明协会）提出了两种推荐测试条件使得各个LED在同一条件下进行光强测试与评价，目前CIE -127条件已经被各LED制造商和检测机构引用。

图7-2 CIE-127推荐LED光强测试条件

如图7-2所示，CIE除了规定了两种测量条件，分别是远处测试（探头到灯的距离为31 6mm）和近场测试（探头到灯的距离为100mm）之外，而且还规定了光电探头的的面积大小为100 mm2。因此，LED灯在行内的光强测试才具有统一的标准。

在光强测试系统中，测量是通过转动LED的垂直转轴并且探头保持不动来实现的。因为垂直转轴通过LED的光学中心，所以这就相对于探头绕着LED在离LED一定距离的球面上作圆周运动（图7-3）。

图7-3 LED 光强分布测试原理图

根据光度学相关知识可以知道，照度和光强的关系可以由下式来表示：

2cos r I E θ

= （7-1）

式中：E 为照度，I 为光强，r 为光源到光接收面的距离，θ为光束中心与光接收面法线的夹角。在本系统中，θ始终为0，所以cosθ始终为1，公式简化为：

2r I E =

（7-2）

因此， 2r E I •= （7-3）

照度值E 由仪器测出，光源到探头的距离r 由用户按规定条件设定，那么光强值也就得到了。

本系统测试的另一个参数等效光通量Ф是在假设LED 的发光特性在同一环带上是各向同性的前提下通过光强对立体角的积分来得到的，即将测试平面内（X 平面）两个与光轴夹角相等的测试点光强值作算术平均后得到一条X 平面内的光强分布曲线（关于光轴对称），见图7-4。然后将这条曲线绕光轴旋转180°得到LED 在整个空间的光强分布。计算公式如下式所示：

⎰Ω•=Φi i d I （7-4）

式中，Ii 为两个与光轴夹角相等的测试点光强的算术平均值，Ωi 为同纬度环带立体角。即，假想一个以LED 光学中心为球心、LED 光轴为极轴、测试距离为r 半径的球面，把光强分布曲线测试点的光强等效成球面上同纬度环带的平均值。

图7-4 X 平面内光强分布及等角度环带图

【实验步骤】

1. 光强分布测试步骤和内容：

（1）判断直插式LED 灯是正负引脚（长脚为正极，短脚为负极）。

（2）将LED灯安装到灯座上。安装时，一边扶住灯座，一边将LED引脚插入灯座的引脚插入孔内，请注意LED极性（灯座台的左插口为正极，右插口为负极）。

（3）探头位置的调整：本系统能实现CIE pub.No.127 条件A或条件B的标准测试，用户只需简单地调整探头的位置就可以了。将探测器安装在消光筒上时，测试条件为CIE pub.No.127 条件A（31.6cm远场）；将消光筒旋下，把探测器装到遮光筒上，则测试条件为CIE pub.No.127 条件B（10.0cm近场）。调整完后将滚花螺钉拧紧即可。在本实验中，统一采用远场测试。

（4）打开电脑桌面快捷方式的“LEDitesv1.00700”软件。进入软件窗口，如图7-6所示。

图7-6 软件窗口

（5）初步测试(灯座的罩壳不盖上)

操作方法：

（a）选择“文件”菜单，单击“新建”，在弹出如下的对话框中，选择光强分布测试，按确定。

图7-7 新建窗口

在弹出如下的对话框中，选择按CIE条件A （远场），其它参数系统设定，不需要改变。

图7-8 选项卡

（b）选择“操作”菜单中的“点亮”选项，把LED灯点亮起来，然后选择“操作”菜单中“测试”这时候，软件会自动关闭（系统安装出现的问题，可以不必理会）。

（6）正式测试

操作方法：

(a)盖上LED灯座的罩壳，重新打开软件；

(b)按照上面初步测试的步骤，重新测试一次

(c)测试完毕后会出现图7-9的界面；此界面由四个窗口组成，分别为极坐标图、直角

坐标图、三维光强分布图和光强分布数据表。其中三维图有点、线、面三种表示方式，可按此窗口左侧工具条上的按钮进行切换。

(d)导出实验数据。

图7-9 光强测试界面

（7）换下另一种类型的LED灯，重复步骤（1）-（6）。

【数据处理】

【思考问题】

1.在光强分布测试中，如何通过导出的数据画出三维光强分布图？

通过测试可以得到多个平面的光强分布极坐标图，如C0-180、C15-195、C30-210等平面，在把这些平面的极坐标原点、坐标轴重合在一起可以得到一个笼状的三维立体图，再拟合各条曲线之间的空隙就可以得到了。

2.在相同的LED灯的光强分布测试中，选择远场或者近场测试，其测试结果有什么区别？

在什么情况下该采用哪种测试模式比较合适？

远场测试适合大功率LED，近场测试适合小功率LED。因为小功率LED采用远场测试，会使测试的曲线过小，大功率LED用近场测试则会使光强过大超过传感器量程。3.如何利用已测量的三种不同LED灯的配光曲线来组装一个符合路灯设计的小型路灯？

首先要知道路灯高度，以及路面最低照度要求，结合LED的配光曲线，将多个led 一起使用，使得叠加的光强符合要求，以及照射面积符合要求。