Ваш браузер устарел. Рекомендуем обновить его до последней версии.

ОСНОВЫ ФОТОМЕТРИРОВАНИЯ
СВЕТОДИОДНЫХ ИЗДЕЛИЙ

  

Аникин А.П.

Аникин Д.П.

Кузнецов В.В.

Величко А.П.

Аникин П.П. Институт Физики Атмосферы им. Обухова к. ф.-м.н. с.н.с.;

  

 В настоящее время рынок светотехники развивается сверхбыстрыми темпами, и одно из лидирующих положений на нем занимают светодиодные технологии. Сверхсовременные и экономичные, светодиоды — это настоящий прорыв в сфере разработки и производства полупроводниковых приборов. Светодиоды прочно вошли в обеспечение безопасности дорожного движения, светосигнальные системы и панно, целый ряд световых приборов железнодорожного транспорта и т.д. Обычно оборудование подлежит обязательной сертификации на соответствие отечественным и международным стандартам, а также правилам ЕЭК ООН. Фотометрические характеристики, определяемые в ходе испытаний продукции с целью её сертификации, это, как правило, осевая сила света и пространственное распределение силы света, координаты цветности. В тоже время изготовители светодиодов, выпуская свою продукцию, нормируют в технических условиях типовую силу света (или световой поток) и доминирующую длину волны (или координаты цветности; коррелированную цветовую температуру), что вызывает определенные проблемы у потребителей светодиодной продукции. Но именно прецизионные измерения световых и колориметрических характеристик должны выполняться с учетом спектральной  чувствительности фотометрических головок и на основе измерений спектральных характеристик светоизлучающих диодов должны стать основой для измерения световых характеристик светодиодов.

 Обычно фотометрическая лаборатория  имеет в своём распоряжении сертифицированное оборудование для измерения и расчёта любых светотехнических величин и параметров источников света.

 Обладая достаточно узкополосным спектром излучения для различных цветов (за исключением белого цвета), светоизлучающие диоды имеют ряд особенностей в части измерения их характеристик и параметров, что делает невозможным правильно определить необходимые величины обычными фотометрическими методами. Нами был разработан спектральный метод измерения параметров СИД. Именно спектральные измерения являются основой получения и контроля большинства характеристик продукции. Фотометрическая лаборатория нашей фирмы оснащена измерительным стендом на основе спектрофотометров «SPECORD» , GLL, HR с помощью которых, за считанные доли секунды, можно получить исчерпывающую информацию о спектре излучения светодиода в диапазоне длин волн от ультрафиолета до инфракрасного.

 В качестве примера таких прецизионных измерений приведен результат климатических испытаний  для красного, желтого и зеленого ЖД светофора.

 

 Условия и порядок проведения измерений должны присутствовать  для того, чтобы понять, а как измеряются характеристики светодиодных изделий.

 1.Условия измерений:

Тёмная комната без посторонних засветок

Коэффициент отражения поверхностей <0,015

Температура воздуха 22±2 °С

Относительная влажность воздуха 60±15 %

Атмосферное давление 100±4 кПа

 2. Параметры питания светильника: напряжение ~ (220±10 %) В, частота 50 Гц.

 3. Фотометрические характеристики светильника измерены не раньше, чем через 30 минут после его включения при условиях, указанных в пп. 1 и 2 текущего раздела.

 4. Диаграммы пространственного распределения силы света получены гониофотометрическим методом (шаг измерения угла – 1,2 угловых мин.) с использованием методик по ГОСТ Р 54350-2015.

 5. Для исключения погрешности измерения значения силы света, связанной с отличием спектрального состава излучения светодиодов от источника типа «А», выполнялась расчетная коррекция относительной спектральной чувствительности фотоприёмника, согласно данным калибровки.

 

 Средства измерений.

 1. Двухкоординатный гониофотометр «ГФУ-23» с минимальным шагом угла поворота 1,2 угловых минут (0,02град.) и изменяемым расстоянием фотометрирования 10см – 23м. Фотометрическая головка «ГФ6-1» по ГОСТ 8.023-03. Спектрофотометр «SPECORD S600».

 2. Измерение координат цвета выполняется колориметрическим методом с помощью фотоэлектрического колориметра корригированного под стандартного колориметрического наблюдателя МКО 1931 г, и с помощью спектрофотометра «SPECORD S600».

 3. Камера температурная, программируемая «Мини Сабзеро» МС-71 (диапазон температур -80 +90 гр.) применяется для климатических испытаний.

 

 Нормативные документы:

 ГОСТ 8.023-03 «Государственная поверочная схема для средств измерений световых величин непрерывного и импульсного излучений». ГОСТ 8.127-05 «Государственная поверочная схема для средств измерений спектральной плотности энергетической яркости в диапазоне 0,04 – 0,25 мкм». ГОСТ8.195-89 «Государственная поверочная схема для средств измерений спектральной плотности энергетической яркости, спектральной плотности силы излучения, спектральной плотности энергетической освещенности в диапазоне 0,25 – 25 мкм, силы излучения и энергетической освещенности в диапазоне 0,2 – 25 мкм».

 Методы измерений.

 Определение силы света выполняется методом измерения освещенности корригированной под V(λ) фотометрической головкой на расстоянии полной светимости, обеспечивающем выполнением закона «обратных квадратов», и расчёте её по формуле I = E×L2 (где E – освещенность в лк, L –расстояние в м, I – сила света в кд). Измерение пространственного распределения силы света выполняется методом фиксации значения силы света при каждом повороте гониометра на минимальный угол (1,2 угловых мин.). Коэффициент преобразования фотометра и колориметрические характеристики рассчитываются по результатам измерения относительного спектрального распределения плотности энергетической яркости измеряемого источника. Световой поток измеряется гониофотометрическим методом в соответствии с ГОСТ 17677-82 и ГОСТ Р 54350-2015.

 

СВЕТООПТИЧЕСКИЕ СИСТЕМЫ СВЕТОДИОДНЫЕ МАЧТОВЫХ ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНЫХ СВЕТОФОРОВ

(красного, желтого и зеленого цветов)

 Проверку координат цветности светового сигнала ССС выполняют посредством измерения координат цветности светового сигнала по СТ ССФЖТ ЦШ 095-2003 с помощью спектрометра при номинальном напряжении питания ССС.

 Результаты проверки считаются удовлетворительными, если измеренные значения координат цветности соответствуют требованиям настоящего ТУ.

  Координаты цветности сигналов СССМ во всем диапазоне рабочих температур по условиям эксплуатации должны лежать в пределах области с координатами угловых точек, указанными в таблице 2.

 Таблица 2.

Цвет сигнала

Обозначение координат

Координаты цветности угловых точек
цветовых областей

Угловые точки

1

2

3

4

Красный

x

0,735

0,703

0,704

0,725

y

0,265

0,297

0,290

0,267

Желтый

x

0,617

0,561

0,535*

0,545

0,522*

0,604

y

0,383

0,439

0,464*

0,427

0,455*

0,383

Зеленый

x

0,241

0,022

0,206

0,300

y

0,746

0,420

0,376

0,490

* Примечание — Координаты границы области цветности, допустимой при испытаниях на воздействие нижнего значения рабочей температуры

 

 В таблице 2а представлены результаты измерений координат цветности ССС для различных температур.

 Таблица 2а.

Цвет

сигнала

Обозначение координат

Измеренные координаты цветности

Температура в камере

+25гр.С

-60гр.С

+55гр.С

Вывод

Красный

x

0.7109

0.7054

0.7137

удовл.

y

0.2890

0.7054

0.2863

удовл.

Желтый

x

0.5853

0.5395

0.6064

удовл.

y

0.4140

0.4596

0.3930

удовл.

Зеленый

x

0.1695

0.1711

0.1767

удовл.

y

0.7362

0.7307

0.7297

удовл.

  

Представление результатов измерений для красного ССС на локусе. Красная линия – границы координат цветности сигналов СССМ во всем диапазоне рабочих температур по условиям эксплуатацииПредставление результатов измерений для красного ССС на локусе. Красная линия – границы координат цветности сигналов СССМ во всем диапазоне рабочих температур по условиям эксплуатации

  Рис. 1а. Представление результатов измерений для красного ССС на локусе. Красная линия – границы координат цветности сигналов СССМ во всем диапазоне рабочих температур по условиям эксплуатации.

  

Представление результатов измерений для желтого ССС на локусе. Желтая линия – границы координат цветности сигналов СССМ во всем диапазоне рабочих температур по условиям эксплуатацииПредставление результатов измерений для желтого ССС на локусе. Желтая линия – границы координат цветности сигналов СССМ во всем диапазоне рабочих температур по условиям эксплуатации

 Рис. 1б. Представление результатов измерений для желтого ССС на локусе. Желтая линия – границы координат цветности сигналов СССМ во всем диапазоне рабочих температур по условиям эксплуатации.

 

Представление результатов измерений для зеленого ССС на локусе. Зеленая линия – границы координат цветности сигналов СССМ во всем диапазоне рабочих температур по условиям эксплуатацииПредставление результатов измерений для зеленого ССС на локусе. Зеленая линия – границы координат цветности сигналов СССМ во всем диапазоне рабочих температур по условиям эксплуатации

   Рис. 1в. Представление результатов измерений для зеленого ССС на локусе. Зеленая линия – границы координат цветности сигналов СССМ во всем диапазоне рабочих температур по условиям эксплуатации.

 

 Проверку силы света ССС проводят на установке для измерения пространственного распределения силы света светодиодов и светодиодных систем (УСС) в соответствии с СТ ССФЖТ ЦШ 095-2003.

 Проверку выполняют следующим образом.

 Собирают стенд проверки силы света. Для контроля выходного напряжения источника питания параллельно его выходным контактам должен быть подключен вольтметр, а для контроля потребляемого ССС тока – последовательно в цепь ССС и источника питания должен быть включен амперметр.

 ССС устанавливают на гониометре УСС. Фотоприемное устройство (ФПУ) устанавливают на оптическую скамью ОСК. Расстояние от ССС до приемной поверхности ФПУ должно быть не менее 10 метров. Приемная поверхность ФПУ должна быть перпендикулярна оптической оси ССС.

 На ССС подают номинальное напряжение питания 12,0 В ± 5%.

 Для обеспечения стабильности показаний при измерениях силы света ССС выдерживают в рабочем режиме не менее 30 мин.

 Осевая сила света СССМ и СССК (сила света по оптической оси, проходящей через центр светового отверстия перпендикулярно посадочной поверхности системы) при переменном или постоянном токе питания во всем диапазоне напряжений дневного режима во всем диапазоне рабочих температур по условиям эксплуатации должна соответствовать значениям, приведенным в таблице 3.

 

Таблица 3.

Цвет сигнала

Диапазон значений осевой силы света, кд

Красный

2100 – 19000

Желтый

4350 – 21500

Зеленый

2600 – 7800

 

 В таблице 3а представлены результаты измерений минимальной и максимальной осевых сил света для различных температур.

 

Таблица 3а.

Цвет сигнала

Диапазон измеренных значений осевой силы света, кд

Вывод

Красный

4810 – 9950

удовл.

Желтый

4620-16140

удовл.

Зеленый

5450-6500

удовл.

 

 В дневном режиме номинальное напряжение питания должно составлять ( ) В, при этом мощность, потребляемая от источника питания должна быть не более 15 Вт, осевая сила света должна соответствовать значениям, приведенным в таблице 3.

 На рис.2а приведена зависимость мощности потребления от напряжения питания при различных температурах окружающей среды в камере для красного ССС.

 

Зависимость мощности потребления от напряжения питания при различных температурах окружающей среды в камере для красного СССЗависимость мощности потребления от напряжения питания при различных температурах окружающей среды в камере для красного ССС

 Рис.2а.

 Вывод – ССС красного цвета не удовлетворяет ТУ по потребляемой мощности при – 60 гр.С и 13.2 В.

  На рис.2б приведена зависимость мощности потребления от напряжения питания при различных температурах окружающей среды в камере для желтого ССС.

 

Зависимость мощности потребления от напряжения питания при различных температурах окружающей среды в камере для желтого СССЗависимость мощности потребления от напряжения питания при различных температурах окружающей среды в камере для желтого ССС

 Рис.2б.

 Вывод – ССС желтого цвета не удовлетворяет ТУ по потребляемой мощности при 13.2 В и – 60 гр.С.

 На рис.2в приведена зависимость мощности потребления от напряжения питания при различных температурах окружающей среды в камере для зеленого ССС.

 

Зависимость мощности потребления от напряжения питания при различных температурах окружающей среды в камере для зеленого СССЗависимость мощности потребления от напряжения питания при различных температурах окружающей среды в камере для зеленого ССС

  Рис.2в. 

Вывод – ССС зеленого цвета не удовлетворяет ТУ по потребляемой мощности при 13.2 В и – 60 гр.С.

  Проверка угла рассеяния и симметричности светораспределения проводится одновременно с измерением осевой силы света ССС в дневном режиме.

 Кривая Силы Света красного СССКривая Силы Света красного ССС

  Рис. 3а Кривая Силы Света красного ССС.

  

Кривая Силы Света желтого СССКривая Силы Света желтого ССС

  Рис. 3б Кривая Силы Света желтого ССС.

 

Кривая Силы Света зеленого СССКривая Силы Света зеленого ССС

 Рис. 3в Кривая Силы Света зеленого ССС

  Угол рассеяния ССС светофора для прямых участков пути в горизонтальной и вертикальной плоскостях по уровню 10 % от осевой силы света должен быть не менее значений, указанных в таблице 4.

 Таблица 4.

Тип светофора

Мачтовый, на мостиках и консолях

Угол рассеяния, град., не менее

±1,5

  Распределение силы света СССМ  светофора в горизонтальной плоскости должно быть симметричным относительно оптической оси. При этом контролируются значения силы света под углами ±1,5°.

 Вывод - по результатам измерений все ССС по углу рассеяния удовлетворяют ТУ.

 

 

Логотип используемый до 2017 года

 

 

 

 

 

 

Новый логотип, действующий с 2017 года.