专利名称：一种led灯具流明效率测试方法
技术领域：
本发明属于测量领域，尤其涉及一种用于LED灯具等光学设备的测试方法。
背景技术：
LED灯具流明效率(亦称电光效率)是评价灯具实际节能的参数，是指LED灯具 输出的总光通量与总电功率消耗之比，其参数单位是流明/瓦。这一参数测试的关键 在于对LED灯具输出的总光通量进行测试。
光源输出总光通量测试，最常用的方法是应用由各种直径积分球组成的球形光度 计，例如，公告日为2009年4月8日，公告号为CN 100476389C的中国发明专利中 公开了一种"采用窄光束标准光源的LED光通量测试装置及测试方法"，其包括积分 球、光源、窄通光孔径的光纤、光谱仪和电源。电源与光源连接并点亮光源，窄光束 标准光源(光通量标准及光谱标准光源)放置积分球内表面，球内无任何遮挡，通过窄 通光孔径的光纤将被测光引到微型多通道光谱仪器，进行光谱能量分布测试并进而计 算光通量的方法，实现对光通量的精密测试。
又如，
公开日为2009年5月13日，公开号为CN101430223A的中国发明专利申 请中公巧了一种"PWM驱动技术下LED瞬时光通量的测试方法及装置"，其亦采用 积分球法对待测LED的光通量进行测量。
可见，现有技术中对点光源输出的总光通量的测试已经有比较成熟的技术方案， 但它不能应用于灯具总光通量的测试，因为灯具的口径尺寸很大(相对点光源而言)， 且灯具光流输出窗口的外形各异。
此外，在积分球系统中，LED产品的光谱分布和空间光强分布与常用标准灯间存 在较大差异，会带来较大的测量误差。
目前，对灯具输出总光通量的测试，较普遍的是应用分布光度计法，其已经被列
为全国光学剂量委员会规定的测试方法，并有一些公司生产分布光度计产品。
分布光度计的测量原理是基于灯具方向发光强度的测量，通过灯具各个方向发光 强度的领f试数据，经空间积分计算而导出灯具输出的总光通量数据，实际上这是一种 间接的空间积分测量方法。分布光度计系统对LED产品的外形、尺寸和光束角没有特别限制，但保持LED 产品自身、温度的稳定(实际上涉及到灯具的发光稳定性)是十分关键的。
可见，分布光度计的测量原理，决定了它不可能对灯具总光通量进行实时测量， 同时，这种测量方法，对灯具发光的稳定性、测试系统各运动部件的精度、测试环境 以及测试人员的操作水平等等都有很高的要求。
此外，分布光度计造价髙，测试过程长，实验操作条件苛刻，可重复性差，尤其 是由于测试装置本身和测试环境所产生的杂散光等因素，会导致很大的测量误差，难 以普及到一般实验室。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种LED灯具流明效率测试方法，其直接接 收LED灯具输出的总光通量，可以对不同口径、窗口形状各异的各种LED灯具进行 实时测量，其测量系统造价低廉，响应速度快，测试数据的可重复性好，操作方便、 快捷，容易普及到一般实验室。
本发明的技术方案是提供一种LED灯具流明效率测试方法，包括对LED灯具 输出的光通量进行检测，其特征是
A) 构建一与LED灯具光输出窗口相同/相近尺寸或相同/相近形状的、由数片光 电探测器紧密排列而构成的大面积矩阵型流明光电探测模块；
B) 在各光电探测器的光接收背面，设置温度传感器；
C) ，被测LED灯具的光输出直接照射在上述大面积矩阵型流明光电探测模块上；
D) ^描矩阵型流明光电探测模块中各个矩阵单元光电探测器的光电流或光电压 输出信号以及各温度传感器的温度信号输出；
E) 将上述各矩阵单元的光电数据、温度传感器数据以及LED灯具的总电功率消 耗数据输入计算机进行数据处理；
F) 通过对各个矩阵单元光电探测器所接收的光电信号数据进行累加，得到LED 灯具输出的总光通量流明
G) 将总光通量流明除以LED灯具的总电功率消耗，即可得到LED灯具的流明效率。
进一步的，上述大面积矩阵型流明光电探测模块直接接收LED灯具输出的总光通 量，可降时获得灯具总流明输出的瞬态测试数据。
上述的数据处理按照需要的矩阵单元区域划分，可同时获得灯具输出光流的近场区域分布数据。
上述、各矩阵单元的温度传感器数据，用于显示并可通过风冷装置控制各矩阵单元 光电探测器的温度。
具体的，上述光电流或光电压输出信号以及各温度传感器的温度信号，通过多路
模数转换电路或相应的A/D变换一单片机读出电路按时序扫描、读出。
在所述大面积矩阵型流明光电探测模块的前端，设置一喇叭口形的灯具边缘福射 光通量聚集器，其内表面设置有高反射率的反光层，用于将被测灯具边缘发散的光流 汇聚到矩阵型流明光电探测器，以减少被测灯具边缘光流的溢出损耗。
上述的大面积矩阵型流明光电探测模块由至少两片厘米量级的单晶光电探测器 紧密排列而构成，其每一片单晶光电探测器上覆盖有视见函数匹配滤光器，其视见函 数匹配滤光器可采用透射光谱相匹配的有色玻璃或耐高温的有色聚酯膜，也可应用光 学镀膜龙法制成。
上述的单晶光电探测器表面还覆盖有中性光强衰减器；其中性光强衰减器可采用 中性光强衰减玻璃或采用表面具有高吸收黑色油漆合适密度的网格，也可应用光学镀 膜方法制成。
上述各单晶光电探测器都经过光电特性测试和流明定标测试，其具有相同或均匀 一致的光电响应率。
上述矩阵型流明光电探测模块各个矩阵单元单晶光电探测器之间相互电绝缘。 与现有技术比较，本发明的优点是
1. 采用数片单晶光电探测器构成的矩阵型流明光电探测模块，直接接收LED灯具 输出的,^光通量，可对灯具总光通量进行实时测量，其响应速度快，测试数据的可重 复性好，操作方便、快捷，与分布光度计法相比，其设备造价低廉，容易普及到一般 实验室；
2. 其大面积矩阵型流明光电探测模块与LED灯具光输出窗口具有相同/相近的尺 寸或相同/相近的形状，可实现对不同口径甚至巨大尺寸、窗口形状各异的各种LED 灯具相关技术参数的测量；
3. 应用范围广，不仅可用于LED灯具的测试，还可适用于一般灯具的测试。
图l是本发明的测试方法流程框图； 图2、是本发明测试系统的构成示意6图3是大面积矩阵型流明光电探测模块剖面结构示意图4是大面积矩阵型流明光电探测模块线路板的平面结构示意图5是灯具输出光流近场分布区域的划分示意图。
图中、1为被测LED灯具，2为灯具边缘辐射光通量聚集器，3为大面积矩阵型流 明光电探测模块，4为温度传感器，5和6为大面积矩阵流明光电探测器组合件的电 路板，7为风冷装置，8为电源，9为计算机，21为中性光强衰减器，22为视见函数 匹配滤光器，23为硅单晶光电探测器，24为基板。
具体实施例方式
下面结合附图对本发明做进一步说明。
图l中，本流明效率测试方法，包括对LED灯具输出的光通量进行检测，其基 本步骤包括
A) 构建一与LED灯具光输出窗口相同/相近尺寸或相同/相近形状的、由数片光 电探测器紧密排列而构成的大面积矩阵型流明光电探测模块；
B) 在各光电探测器的光接收背面，设置温度传感器；
C) 使被测LED灯具的光输出直接照射在上述大面积矩阵型流明光电探测模块上;
D) 扫描矩阵型流明光电探测模块中各个矩阵单元光电探测器的光电流或光电压 输出信号以及各温度传感器的温度信号输出；
E) 将上述各矩阵单元的光电数据、温度传感器数据以及LED灯具的总电功率消 耗数据输入计算机进行数据处理；
F) 通过对各个矩阵单元光电探测器所接收的光电信号数据进行累加，得到LED 灯具输l^的总光通量流明
G) 将总光通量流明除以LED灯具的总电功率消耗，即可得到LED灯具的流明效率。
其具体计算方法如下
LED灯具输出的总光通量流明数据F是通过各个矩阵单元所接收的光电信号数 据累加的结果-
式中Amn是光电探测器的矩阵单元； m=l， 2， 3，…； n = l， 2， 3，...。LED灯具流明效率(实际节能的评价参数)i]:
T1=F/P (流明/瓦)
式中P是LED灯具的总电功率消耗。 如果不考虑温升对测量结果的影响，上述步骤中的测温相关步骤在理论上是可以 省略的。、
由于本测试方法中LED灯具输出的总光通量流明数据是通过矩阵型流明光电探 测模块中各个矩阵单元光电探测器的光电信号数据累加的结果，从而实现了 LED灯 具总光通量的实时测量。
此外，由于是采用矩阵型流明光电探测器，则数据处理按照需要的矩阵单元区域 划分，可同时获得灯具输出光流的近场区域分布数据。
所采用的外形尺寸为厘米级的单晶光电探测器(单晶光电池)，其时间响应速度 在毫秒量级，故还能获得灯具总流明示出的瞬态测试数据。
上述各矩阵单元的温度传感器数据，用于显示并可通过风冷装置控制各矩阵单元 光电探测器的温度。
由于采用多片光电探测器紧密排列而构成了大面积矩阵型流明光电探测模块，故 矩阵型流明光电探测模块的大小实际上是无限制的，故可实现对不同口径甚至巨大尺 寸、窗口形状各异的各种LED灯具相关技术参数的测量。
图2中，本方法所采用的测试系统包括被测LED灯具1，灯具边缘辐射光通量 聚集器2，大面积矩阵型流明光电探测模块3，温度传感器4，大面积矩阵流明光电探 测器组合件的电路板5和6，风冷装置7，电源8，计算机9。
由图可见，在被测LED灯具和大面积矩阵型流明光电探测模块的前端之间，设 置了一喇叭口形的灯具边缘辐射光通量聚集器，其内表面设置有高反射率的反光层， 用于将被测灯具边缘发散的光流汇聚到矩阵型流明光电探测器，以减少被测灯具边缘 光流的溢出损耗。
各矩阵单元的温度传感器数据，经过电路板5和6的处理后可实时显示/数据保 存，并可通过控制风冷装置的运转，来降低灯具通电工作引起的各矩阵单元光电探测 器的温升，使其工作温度稳定，减少因温度变化所产生的测试误差。
因为硅单晶光电探测器响应率会随着温度的上升而降低，温度变化rc,大约会
引起0. 1%探测器件光电响应率的变化，故应尽量保持矩阵流明光电探测器的温度稳 定。
此外，上述光电流或光电压输出信号以及各温度传感器的温度信号，可通过多路
8模数转换电路或相应的A/D变换一单片机读出电路按时序扫描，并完成A/D变换，送 入计算机进行数据处理。
电源可采用高稳定性的数字化电源，其一方面给灯具供电，同时将灯具的实时功 耗数据直接送入计算机。
计算机负责相应数据的读取、处理、控制和/或显示。
由于、硅单晶光电探测器的光电特性测试和流明定标测试、光电信号以及温度信号 的读取、A/D信号变换、温度控制以及LED灯具的数字电源等均为现有技术，故其具 体连接线路、工作原理或信号处理/控制过程，在此不再叙述。
图3中，大面积矩阵型流明光电探测模块由至少两片厘米量级的硅单晶光电探测 器23紧密排列/拼接而构成，其拼接的间隙小于0.2mm 。
在单晶光电探测器23的表面，覆盖设置有中性光强衰减器21，用以调整灯具辐 照大面积矩阵流明光电探测器件的光强，使测试装置处于线性工作动态范围；其中性 光强衰减器可釆用中性光强衰减玻璃或釆用表面喷涂有高吸收3M黑色油漆的合适密 度的网格，也可应用光学镀膜方法制成。
在每一片单晶光电探测器23上，还覆盖设置有视见函数匹配滤光器22，其滤光 器可采用透射光谱相匹配的有色玻璃或耐高温的有色聚酯膜，也可应用光学镀膜方法 制成。
上述每一单元的单晶光电探测器都要经过光电特性测试和流明定标测试，使其具 有相同或均匀一致的光电响应率。
矩阵型流明光电探测单元的数量(即硅单晶光电探测器的数量)、所需拼接面积 的大小，与被测灯具光输出窗口相对应，也可使当地大于被测灯具的光输出窗口尺寸。
单晶光电探测器设置在基板24上，温度传感器4用于检测矩阵流明光电探测器 的温度。
上述矩阵光电探测模块的各个矩阵单元之间相互电学绝缘。
由于硅单晶光电探测器、中性光强衰减器、视见函数匹配滤光器、光电特性测试 和流明定标测试均为现有技术，故不再详述。
图4中所示为大面积矩阵光电探测模块的线路板，其附加在图3中标记为24的 基板上，本图中给出的是8X15矩阵，实际使用时矩阵的大小需要按照"所需面积的 大小，与被测灯具光输出窗口相对应，也可使当地大于被测灯具的光输出窗口尺寸" 的原则来确定。
图5给出了对灯具输出光流进场分布区域的划分，以图中所示为例，作进一步说
9明
(一)灯具输出总光通量测试
F=SAmn 式中Amn是光电探测器的矩阵单元; m=l， 2， 3，…8 n= 1， 2， 3， ... 15
(灯具输出近场光流区域分布测试 (1)中央区
F0=SAmn m = 4， 5
n = 6， 7， 8， 9， 10
(2)外围区
F2=SiAmn +2^Amn + 23Amn + D4Amn
其中
\ SiAmn m=2， 3， 4, 5， 6， 7 n=3， 4， 5
S2Amn m=2， 3， 4， 5， 6， 7 n=ll， 12， 13
S3Amn m=2， 3 n=6， 7， 8， 9, 10
E4Amn m=6， 7 11=6， 7， 8, 9， 10
(3)边缘区
F3=S,Amn+S, 2Amn + ￡, 3Amn + E, 4Amn
其中
S' iAmn m=l， 2， 3， 4， 5， 6, 7, 8 n-l， 2 2Amn m=l， 2， 3， 4， 5， 6, 7， 8 n=l， 2 \ 2' 3Amn m=l n=l， 2， 3,…15 ^ 4Amn m=8 n=l， 2， 3，…15
从上述描述中可以看出，由于本发明可对灯具的整个发光区域进行了分割细化和 可单独对每一分割细化的单元进行测量/评述，故对于不同用途的灯具可分区域测其光 强分布情况，此为一开创性的应用。
例如，对用于要求集中照度场合下的灯具，可检测其光强的近场分布情况，对用于分散照度或要求均衡照度场合下的灯具，可测其光强的远场分布情况，对于某些特 定用途或适用于特定场合的灯具，甚至可以测定某个或某些指定区域的光强分布情 况，给各种不同用途灯具的检测和性能评判，带来了一种全新的测试手段和测评方法。
应当说明的是，上述实施例和数据的公开，是为了有助于增加对本发明技术方案 的理解，而不应看作是对本发明的限定或限制。
本领域的普通技术人员，在领会和掌握了本发明的基本发明思路后，完全可以不 经过创造性的劳动，在本发明所公开的技术方案的基础上，做出各种等同的或相似的 技术方案，这些等同的或相似的技术方案也应看作是本发明所请求保护的范围。
本发明可广泛用于各种灯具的节能性能/发光效率的测试领域。
权利要求
1.一种LED灯具流明效率测试方法，包括对LED灯具输出的光通量进行检测，其特征是A)构建一与LED灯具光输出窗口相同/相近尺寸或相同/相近形状的、由数片光电探测器紧密排列而构成的大面积矩阵型流明光电探测模块；B)在各光电探测器的光接收背面，设置温度传感器；C)使被测LED灯具的光输出直接照射在上述大面积矩阵型流明光电探测模块上；D)扫描矩阵型流明光电探测模块中各个矩阵单元光电探测器的光电流或光电压输出信号以及各温度传感器的温度信号输出；E)将上述各矩阵单元的光电数据、温度传感器数据以及LED灯具的总电功率消耗数据输入计算机进行数据处理；F)通过对各个矩阵单元光电探测器所接收的光电信号数据进行累加，得到LED灯具输出的总光通量流明G)将总光通量流明除以LED灯具的总电功率消耗，即可得到LED灯具的流明效率。
2. 按照权利要求1所述的LED灯具流明效率测试方法，其特征是所述的大面积 矩阵型流\明光电探测模块直接接收LED灯具输出的总光通量，可同时获得灯具总流明 输出的瞬态测试数据。
3. 按照权利要求1所述的LED灯具流明效率测试方法，其特征是所述的数据处 理按照需要的矩阵单元区域划分，可同时获得灯具输出光流的近场区域分布数据。
4. 按照权利要求1所述的LED灯具流明效率测试方法，其特征是所述各矩阵单 元的温度传感器数据，用于显示并可通过风冷装置控制各矩阵单元光电探测器的温度。
5. 按照权利要求1所述的LED灯具流明效率测试方法，其特征是所述的光电流 或光电压输出信号以及各温度传感器的温度信号，通过多路模数转换电路或相应的 A/D变换一单片机读出电路按时序扫描、读出。
6. 按照权利要求1所述的LED灯具流明效率测试方法，其特征是在所述大面积 矩阵型流、月光电探测模块的前端，设置一喇叭口形的灯具边缘辐射光通量聚集器，其 内表面设置有高反射率的反光层，用于将被测灯具边缘发散的光流汇聚到矩阵型流明 光电探测器，以减少被测灯具边缘光流的溢出损耗。
7. 接照权利要求1所述的LED灯具流明效率测试方法，其特征是所述的大面积 矩阵型流明光电探测模块由至少两片厘米量级的单晶光电探测器紧密排列而构成，其 每一片单晶光电探测器上覆盖有视见函数匹配滤光器，所述的视见函数匹配滤光器可采用透射光谱相匹配的有色玻璃或耐高温的有色聚酯膜，也可应用光学镀膜方法制成。
8. 按照权利要求7所述的LED灯具流明效率测试方法，其特征是所述的单晶光 电探测器表面还覆盖有中性光强衰减器；所述的中性光强衰减器可采用中性光强衰减 玻璃或采用表面具有高吸收黑色油漆合适密度的网格，也可应用光学镀膜方法制成。
9. 按照权利要求7所述的LED灯具流明效率测试方法，其特征是所述各单晶光 电探测器都经过光电特性测试和流明定标测试，其具有相同或均匀一致的光电响应率。
10. 控照权利要求7所述的LED灯具流明效率测试方法，其特征是所述矩阵型流 明光电探测模块各个矩阵单元单晶光电探测器之间相互电绝缘。
全文摘要
一种LED灯具流明效率测试方法，属测量领域。其构建一与灯具光输出窗口相同尺寸或形状的大面积矩阵型流明光电探测模块，使被测LED灯具的光输出直接照射在大面积矩阵型流明光电探测模块上，扫描矩阵型流明光电探测模块中各个矩阵单元光电探测器的光电流/电压输出信号，将光电数据以及LED灯具总电功率消耗数据输入计算机进行数据累加和处理，进而得到LED灯具输出的总光通量流明和其流明效率。由于其直接接收LED灯具输出的总光通量，可对灯具总光通量进行实时测量，其响应速度快，测试数据的可重复性好，操作方便、快捷，与分布光度计法相比，其设备造价低廉，容易普及到一般实验室，可广泛用于各种灯具的节能性能/发光效率的测试领域。
文档编号G01J1/42GK101581770SQ20091005418
公开日2009年11月18日 申请日期2009年6月30日 优先权日2009年6月30日
发明者施诚良, 李抒智, 杨卫桥, 苏锦文, 马可军 申请人:上海半导体照明工程技术研究中心