Sphères intégratrices pour mesurer le flux radiant ou lumineux de sources lumineuses

La norme spécifie que la taille de la sphère d'intégration est basée sur la taille de la lampe testée. Mais les experts expliquent que pour de nombreux objectifs de développement et de test de produits, des sphères plus petites peuvent fournir une précision de mesure acceptable.

1. Quelle est la fonction de la sphère intégratrice et qu'est-ce que la sphère intégratrice ?
1.1 Instruction de la sphère intégratrice :
La sphère d'intégration est un outil rapide et pratique pour mesurer le rayonnement ou le flux lumineux d'une source lumineuse. Ces sphères sont souvent utilisées pour caractériser les sources lumineuses, telles que les composants LED emballés et les luminaires finis de différentes tailles. De toute évidence, les équipes de développement de produits et de mesure des tests souhaitaient enregistrer des résultats précis des tests sur sphère. Mais les pratiques de mesure spécifiées dans certaines normes entraînent des coûts élevés liés à la nécessité de très grandes sphères. Considérons une série de tests de laboratoire, essayant de déterminer dans quelle mesure la précision est affectée lorsqu'une sphère plus petite que la plage spécifiée est utilisée dans les tests de routine, et non dans le but de rapporter les résultats d'un laboratoire accrédité.

1.2 Intégrer la mesure du système de spectroradiomètre à sphère
L'optimisation de la précision d'un système de mesure nécessite la prise en compte de plusieurs variables lors de la sélection et de l'utilisation du matériel et des logiciels du système, en particulier lors du strict respect des normes CIE. En raison de l'énorme échelle et des exigences de coût qu'une telle conformité implique, de nombreuses entreprises souhaitent comprendre comment les compromis affectent la précision des mesures. Les compromis peuvent minimiser les coûts de routage associés aux tests, tant qu'il peut être démontré que la précision répond aux exigences de la tâche à accomplir.

2. Comment choisir la bonne taille de sphère d'intégration ?
2.1 Le principe de test de la sphère d'intégration
Les mesures conformes à la norme de mesure des produits LED CIE S 025/2015 doivent répondre à des exigences dimensionnelles spécifiques. Il existe deux géométries de mesure de sphère courantes - 2π et 4π. La configuration 4π est la configuration la plus couramment utilisée et nécessite que le DUT (dispositif sous test) soit monté au centre de la sphère. Dans les tests où la source lumineuse ne rayonne pas vers l'arrière, vous pouvez plus facilement mesurer le flux total du DUT monté à l'extérieur de la sphère et irradier le rayonnement vers un port sur le côté de la sphère - appelé géométrie 2π.

Dans la géométrie de mesure 4π, la surface du DUT doit être inférieure à 2 % du diamètre intérieur de la sphère. Cela correspond à une zone DUT de 1/10 du diamètre de la sphère. Pour les mesures 2π réalisées en externe, le diamètre de l'orifice doit être ≤ 1/3 du diamètre de la sphère.

2.2. Domaine d'application de la sphère d'intégration
La CIE S025 La norme est un document mondial visant à harmoniser les mesures des LED dans les pays du monde entier. Les termes de cette réglementation sont désormais disponibles dans les normes européennes et américaines de mesure de la lumière IESNA. Le résultat final est que seules les lampes de petit diamètre peuvent être mesurées dans la plupart des sphères d'intégration de taille pratique. Les sources lumineuses et les luminaires plus grands doivent être mesurés sur de très grandes sphères d'intégration ou à l'aide de goniomètres. Les grandes sphères d'intégration, par exemple de plus de 3 mètres de diamètre, sont coûteuses et nécessitent beaucoup d'espace de laboratoire. Les goniomètres tout aussi coûteux nécessitent des conditions ambiantes et une distance constantes par rapport aux instruments de mesure de la lumière. Les deux solutions sont inacceptables pour de nombreuses entreprises et institutions pour les tâches quotidiennes d’ingénierie et de test.

2.3. Taille de la sphère d'intégration
La sphère d'intégration fonctionne avec un spectroradiomètre pour effectuer la mesure des paramètres de photométrie, colorimétrie et radiométrie.
• IS-0.3M/IS-0.5M est destiné aux LED, modules LED, mini ampoules LED et autres petites lampes. La plage de test de flux est de 0.001 à 1,999 XNUMX lm
• IS-1.0MA est destiné aux ampoules CFL ou LED. La plage de test de flux est de 0.1 à 199,990 XNUMX lm
• IS-1.5MA/IS-1.75MA est pour CFL, ampoule et tube LED, lampe fluorescente, CCFL. La plage de test de flux est de 0.1 à 1,999,900 XNUMX XNUMX lm
• IS-2.0MA est destiné aux lampes HID ou aux lampes haute puissance. La plage de test de flux est de 0.1 à 1,999,900 XNUMX XNUMX lm

3. Enfreindre les règles habituelles
3.1. Règles d'or enfreintes
Que se passe-t-il lorsque la « règle d'or » de sphère d'intégration les mesures sont interrompues lors de la mesure de très grands DUT ? En pratique, les entreprises utilisant des normes internes pour les tests ont adopté des mesures qui autorisent des luminaires jusqu'à 30% du diamètre de la sphère, par rapport à celles qui recherchent le statut de laboratoire accrédité. L'incertitude de mesure attendue dans des conditions de laboratoire est de 3 à 4 %.

3.2. Le DUT limite les réflexions sphériques
En raison de la sphère relativement petite et du DUT plus grand, l'erreur augmente à mesure que le DUT limite les réflexions sphériques, ce qui se traduit par une précision de mesure inférieure. Néanmoins, quels compromis peuvent être envisagés tout en permettant aux ingénieurs d'obtenir des résultats significatifs pour les tests internes ? Dans cet article, nous détaillons les résultats des tests, qui ont identifié une légère augmentation de l'incertitude par rapport au strict respect de la norme CIE.

4. Quelle méthode de test est utilisée et quel équipement utilisera-t-il ?
4.1. Méthode d'essai de l'équipement
Nous avons d'abord conçu une table de mesure et un ensemble de DUT pouvant simuler différentes tailles de luminaires. Fondamentalement, chaque DUT s'appuie sur les mêmes LED montées sur des boîtiers de différentes tailles et formes pour simuler différentes situations d'interférence de test DUT.

Notre équipe de laboratoire maintient des conditions de mesure strictes tout au long des tests pour chaque configuration DUT :
• Alimentation lambda TDK programmable et stable
• Temps d'intégration LED constant et LED allumée
• Refroidissement des LED pendant 3 minutes ou plus entre les mesures
Le test est répété plusieurs fois pour chaque configuration DUT. Le DUT est une LED blanche convertie au phosphore avec une consommation électrique de 5.6 W à un courant de commande de 0.6 A.

4.2. Configuration de l'équipement d'essai
Nos tests ont été effectués avec Lisun's LPCE-2 (LMS-9000C) spectromètre de haute précision intégrant un système de sphère. LPCE-2 Le système de test LED à spectroradiomètre à sphère intégré est destiné à la mesure de la lumière des LED simples et des produits d'éclairage LED. La qualité des LED doit être testée en vérifiant leurs paramètres photométriques, colorimétriques et électriques. Selon CIE 177, CIE84,  CIE-13.3, IES LM-79- 19, Ingénierie optique-49-3-033602, RÈGLEMENT DÉLÉGUÉ (UE) 2019/2015 DE LA COMMISSION, IESNA LM-63-2 et ANSI-C78.377, il recommande d'utiliser un spectroradiomètre matriciel avec une sphère d'intégration pour tester les produits SSL. Le LPCE-2 le système est appliqué avec LMS-9000C Spectroradiomètre CCD de haute précision ou LMS-9500C Spectroradiomètre CCD de qualité scientifique et sphère d'intégration moulée avec base de support. Cette sphère est plus ronde et le résultat du test est plus précis que la sphère d'intégration traditionnelle. Cependant, pour les exigences de cet ensemble de mesures expérimentales, ces mesures utilisent un test de référence ou de référence pour mesurer les LED au-dessus de la tige ou de la table de mesure. Le cas de base est le plus petit des DUT. Les résultats d’autres configurations DUT ont été comparés au cas de référence. La figure 2 montre différentes configurations de DUT.

5. Quel a été le résultat du test ?
Le résultat était meilleur que prévu. Même si les recommandations faites dans la norme dépassent plusieurs fois la norme, l'erreur n'est que de 2 %.
L'impact de la taille et de la structure de la maison est surprenant. Nos DUT 15×25, 15×55, 15×67, 15×80, 50×67 cm sont en mousse noire, tandis que les DUT ronds sont en papier cartonné de couleur claire qui remplit la majeure partie du volume du ballon. Ce dernier produit moins d'erreur de mesure de flux que le plus petit DUT en mousse noire. Les résultats des mesures sont présentés dans le tableau.

6. En conclusion
Les tests de laboratoire accrédités doivent bien sûr répondre aux normes applicables. Mais lors de tests internes, l'entreprise constatera que les changements de dimensions des luminaires sont corrélés à de petites différences de flux lumineux et de mesures colorimétriques.
À mesure que la taille de l'appareil testé augmente, la lecture du flux lumineux diminue et la compensation d'auto-absorption nécessaire est importante. Cependant, après recalcul, les mesures sont très répétitives. Cela signifie que même un DUT relativement grand, un système de mesure bien conçu avec un indice de revêtement réfléchissant supérieur à 97% produira une douzaine de réflexions dans la sphère.

Il convient de noter que la sphère, le coefficient d'auto-absorption du système de spectroradiomètre doit être défini pour chaque longueur d'onde, et ainsi sa quantité totale définit le flux absorbé par l'objet mesuré. Selon la taille et la couleur de l'objet, les coefficients peuvent varier sur toute la plage de mesure, nécessitant l'utilisation d'un spectroradiomètre ou d'un spectromètre précis.

Des conclusions plus générales sur les principes de mesure définis dans la norme nécessitent des tests supplémentaires et la comparaison de différents systèmes de mesure. Cependant, il s'avère que lorsque les bons systèmes et pratiques sont utilisés, des mesures reproductibles et fiables peuvent être obtenues pour des sources lumineuses nettement plus grandes que celles spécifiées dans la norme.

Lisun Instruments Limited a été trouvé par LISUN GROUP dès 2003. LISUN système de qualité a été strictement certifié par ISO9001: 2015. En tant que membre CIE, LISUN les produits sont conçus sur la base des normes CIE, IEC et d'autres normes internationales ou nationales. Tous les produits ont passé le certificat CE et authentifiés par le laboratoire tiers.

Nos principaux produits sont Goniophotomètre, Intégration de Sphère, Spectroradiomètre, Générateur de surtension, Pistolets simulateurs ESD, Récepteur EMI, Équipement de test CEM, Testeur de sécurité électrique, Chambre environnementale, Chambre de température, Chambre climatique, Chambre thermique, Test de pulvérisation de sel, Chambre d'essai de poussière, Essai imperméable, Test RoHS (EDXRF), Test du fil incandescent et Test de flamme d'aiguille.

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Mots clés:IS-*MA , IS-*MA**C , LPCE-2 (LMS-9000) , LPCE-3