Esferas integradoras para medir el flujo radiante o luminoso de fuentes de luz

La norma especifica que el tamaño de la esfera integradora se basa en el tamaño de la lámpara bajo prueba. Pero los expertos explican que para muchos propósitos de prueba y desarrollo de productos, las esferas más pequeñas pueden proporcionar una precisión de medición aceptable.

1. ¿Cuál es la función de la esfera integradora y qué es la esfera integradora?
1.1 Instrucción de esfera integradora:
EL esfera integradora es una herramienta rápida y conveniente para medir la radiación o el flujo luminoso de una fuente de luz. Estas esferas se utilizan a menudo para caracterizar las fuentes de luz, como los componentes LED empaquetados y las luminarias acabadas de varios tamaños. Claramente, los equipos de desarrollo de productos y medición de pruebas querían registrar resultados precisos de las pruebas de esfera. Pero las prácticas de medición especificadas en algunos estándares conducen a altos costos asociados con la necesidad de esferas muy grandes. Consideremos una serie de pruebas de laboratorio, tratando de determinar cuánto se ve afectada la precisión cuando se usa una esfera más pequeña que el rango especificado en pruebas de rutina, no con el propósito de informar resultados de laboratorio acreditados.

1.2 Medición del sistema de espectrorradiómetro de esfera integradora
Maximizar la precisión de un sistema de medición requiere la consideración de múltiples variables durante la selección y el uso del hardware y software del sistema, especialmente cuando se cumple estrictamente con los estándares CIE. Debido a los enormes requisitos de escala y costo que implica dicho cumplimiento, muchas empresas quieren comprender cómo los compromisos afectan la precisión de la medición. Los compromisos pueden minimizar los costos de enrutamiento asociados con las pruebas, siempre que se pueda demostrar que la precisión cumple con los requisitos de la tarea en cuestión.

2. ¿Cómo elegir la esfera integradora del tamaño adecuado?
2.1 El principio de prueba de la esfera integradora
Las mediciones de conformidad con la norma de medición de productos LED CIE S 025/2015 deben cumplir requisitos dimensionales específicos. Hay dos geometrías de medición de esfera comunes: 2π y 4π. La configuración 4π es la configuración más utilizada y requiere que el DUT (dispositivo bajo prueba) se monte en el centro de la esfera. En las pruebas en las que la fuente de luz no irradia hacia atrás, puede medir de manera más conveniente el flujo total del DUT montado fuera de la esfera e irradiar la radiación a un puerto en el costado de la esfera, llamado geometría 2π.

En la geometría de medición 4π, el área del DUT debe ser inferior al 2 % del diámetro interior de la esfera. Esto corresponde a un área DUT de 1/10 del diámetro de la esfera. Para mediciones de 2π realizadas externamente, el diámetro del puerto debe ser ≤ 1/3 del diámetro de la esfera.

2.2. Área de aplicación de la esfera integradora
El estándar CIE S025 es un documento global destinado a armonizar las mediciones de LED en países de todo el mundo. Los términos de esta regulación ahora están disponibles en los estándares de medición de luz IESNA de Europa y EE. UU. El resultado final es que solo se pueden medir lámparas de diámetro pequeño en la mayoría de las esferas integradoras de tamaño práctico. Las fuentes de luz y luminarias más grandes deben medirse en esferas integradoras muy grandes o utilizando goniómetros. Las esferas integradoras grandes, por ejemplo, de más de 3 metros de diámetro, son caras y requieren mucho espacio de laboratorio. Goniómetros igualmente costosos requieren condiciones ambientales constantes y distancia de los instrumentos de medición de luz. Ambas soluciones son inaceptables para muchas empresas e instituciones para las tareas diarias de ingeniería y pruebas.

2.3. Tamaño de la esfera integradora
EL esfera integradora trabaja con un Espectrorradiómetro para realizar la medición de los parámetros de fotometría, colorimetría y radiometría.
• IS-0.3M / IS-0.5M es para LED, módulos LED, mini bombillas LED y otras lámparas pequeñas. El rango de prueba de flujo es de 0.001 a 1,999 lm
• IS-1.0MA es para bombillas CFL o LED. El rango de prueba de flujo es de 0.1 a 199,990 lm
• IS-1.5MA / IS-1.75MA es para CFL, bombilla y tubo LED, lámpara fluorescente, CCFL. El rango de prueba de flujo es de 0.1 a 1,999,900 lm
• IS-2.0MA es para lámparas HID o lámparas de alta potencia. El rango de prueba de flujo es de 0.1 a 1,999,900lm

3. Rompe las reglas regulares
3.1. Situación de incumplimiento de las reglas de oro
Entonces, ¿qué sucede cuando la “regla de oro” de esfera integradora ¿Se rompen las mediciones cuando se miden DUT muy grandes? En la práctica, las empresas que utilizan estándares internos para las pruebas han adoptado medidas que permiten luminarias de hasta un 30 % del diámetro de la esfera, en comparación con aquellas que buscan el estatus de laboratorio acreditado. La incertidumbre de medición esperada en condiciones de laboratorio es del 3-4 %.

3.2. DUT limita los reflejos esféricos
Debido a la esfera relativamente pequeña y al DUT más grande, el error aumenta a medida que el DUT limita los reflejos esféricos, lo que se traduce en una menor precisión de medición. Aún así, ¿qué compromisos se pueden considerar mientras se permite a los ingenieros lograr resultados significativos para las pruebas internas? En este artículo, detallamos los resultados de las pruebas, que identificaron un pequeño aumento en la incertidumbre en comparación con el estricto cumplimiento de la norma CIE.

4. ¿Qué método de prueba se usa y qué equipo se usará?
4.1. Método de prueba del equipo.
Primero diseñamos una mesa de medición y un conjunto de DUTs que pudieran simular diferentes tamaños de luminarias. Básicamente, cada DUT se basa en los mismos LED montados en carcasas de diferentes tamaños y formas para simular diferentes situaciones de interferencia de prueba de DUT.

Nuestro equipo de laboratorio mantiene estrictas condiciones de medición durante las pruebas para cada configuración de dispositivo bajo prueba:
• Fuente de alimentación lambda TDK programable y estable
• Tiempo de integración de LED constante y LED a tiempo
• Refrigeración del LED durante 3 minutos o más entre mediciones
La prueba se repite varias veces para cada configuración de dispositivo bajo prueba. El DUT es un LED blanco convertido con fósforo con un consumo de energía de 5.6 W a una corriente de excitación de 0.6 A.

4.2. Configuración del equipo de prueba
Nuestras pruebas se realizaron con el LPCE-2 (LMS-9000C) de Lisun. espectrómetro de alta precisión sistema de esfera integradora. El sistema de prueba LED de espectrorradiómetro de esfera integradora LPCE-2 es para la medición de luz de LED individuales y productos de iluminación LED. La calidad del LED debe probarse comprobando sus parámetros fotométricos, colorimétricos y eléctricos. De acuerdo a CIE 177, CIE84,  CIE-13.3, IES LM-79-19, Ingeniería-óptica-49-3-033602, REGLAMENTO DELEGADO (UE) 2019/2015 DE LA COMISIÓN, IESNA LM-63-2 y  ANSI-C78.377, recomienda utilizar un espectrorradiómetro de matriz con una esfera integradora para probar productos SSL. El sistema LPCE-2 se aplica con el espectrorradiómetro CCD de alta precisión LMS-9000C o el espectrorradiómetro CCD de grado científico LMS-9500C y una esfera integradora de moldeo con base de soporte. Esta esfera es más redonda y el resultado de la prueba es más preciso que la esfera integradora tradicional. Sin embargo, para los requisitos de este conjunto de medidas experimentales, estas medidas utilizan una prueba de referencia o punto de referencia para medir los LED en la parte superior de la barra o mesa de medida. El caso base es el más pequeño de los DUT. Los resultados de otras configuraciones de DUT se compararon con el caso de referencia. La figura 2 muestra diferentes configuraciones de dispositivos bajo prueba.

5. ¿Cuál fue el resultado de la prueba?
El resultado fue mejor de lo esperado. Incluso si las recomendaciones hechas en el estándar exceden el estándar varias veces, el error es solo del 2%.
El impacto del tamaño y la estructura de la casa es sorprendente. Nuestros DUT de 15×25, 15×55, 15×67, 15×80, 50×67 cm están hechos de espuma negra, mientras que los DUT redondos están hechos de cartulina de color claro que ocupa la mayor parte del volumen de la bola. Este último produce menos error de medición de flujo que el DUT de espuma negra más pequeño. Los resultados de la medición se muestran en la tabla.

6. En conclusión
Por supuesto, las pruebas de laboratorio acreditadas deben cumplir con los estándares aplicables. Pero en las pruebas internas, la empresa encontrará que los cambios en las dimensiones de las luminarias se correlacionan con pequeñas diferencias en el flujo luminoso y las medidas colorimétricas.
A medida que aumenta el tamaño del dispositivo bajo prueba, la lectura del flujo luminoso disminuye y la compensación de autoabsorción necesaria es significativa. Sin embargo, después del recálculo, las medidas son muy repetitivas. Esto significa que incluso un DUT relativamente grande, un sistema de medición bien diseñado con un índice de recubrimiento reflectante superior al 97 % producirá una docena de reflejos en la esfera.

Cabe señalar que la esfera, el coeficiente de autoabsorción del sistema de espectrorradiómetro debe definirse para cada longitud de onda y, por lo tanto, su cantidad total define el flujo absorbido por el objeto medido. Según el tamaño y el color del objeto, los coeficientes pueden variar en todo el rango de medición, lo que requiere el uso de un espectrorradiómetro o espectrómetro preciso.

Las conclusiones más generales sobre los principios de medición definidos en la norma requieren pruebas y comparaciones adicionales de diferentes sistemas de medición. Sin embargo, resulta que cuando se utilizan los sistemas y prácticas correctos, se pueden obtener mediciones repetibles y confiables para fuentes de luz significativamente más grandes que las especificadas en el estándar.

Lisun Instruments Limited fue fundada por LISUN GROUP en 2003. El sistema de calidad LISUN ha sido estrictamente certificado por ISO9001: 2015. Como miembro de CIE, los productos LISUN están diseñados según CIE, IEC y otros estándares internacionales o nacionales. Todos los productos pasaron el certificado CE y fueron autenticados por un laboratorio externo.

Nuestros principales productos son: Gonofotómetro, Esfera integradora, Espectrorradiómetro, Generador de sobretensiones, Pistolas de simulación ESD, Receptor EMI, Equipo de prueba de EMC, Probador de seguridad eléctrica, Cámara ambiental, cámara de temperatura, Cámara climática, Cámara Térmica, Prueba del spray de sal, Cámara de prueba de polvo, Prueba impermeable, Prueba de RoHS (EDXRF), Prueba de alambre incandescente y  Prueba de llama de aguja.

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