一种LED绝对光功率谱分布的测量方法和装置与流程

本发明涉及光电检测方法，尤其涉及一种led绝对光功率谱分布的测量方法和装置。
背景技术：
：led绝对光谱分布是描述led光度、色度、光生物安全特性(包括蓝光危害)的重要参数。本专利是基于led白光的光谱分布，采用多个高斯函数的形式表征光谱分布，然后采用带滤波器的光纤导光，采用光电池测量特定波段的响应，得到绝对光谱分布。led光功率谱分布是照明性能的核心指标。目前光功率谱分布一般采用光谱仪进行测量。其原理是，光经过色散元器件后，利用狭缝控制带宽，测量出光功率，作为某一波长对应的光功率。对应仪器很多，例如杭州远方光电科技有限公司的hass2000光谱仪。专利《一种基于dlp技术的傅里叶变换光谱仪cn207881838u》和《一种稳定性好的美容用光谱仪cn207871284u》就是典型例子。对于led光，其光谱中不含紫外和红外成分，光谱分布规律明显。作者在2012年，中国光学第5卷第5期报道了采用多个高斯函数表征led白色光谱分布，其总体误差仅0.71％，完全符合光度色度和光生物安全参数测算要求。当前要采用光谱仪扫描，才能得到绝对光功率谱分布，光谱仪价格高，速度慢，不适合快速测量和家庭、办公室使用(不可能一家一户都买光谱仪)。技术实现要素：1、发明目的。本发明提出一种led绝对光功率谱分布的测量方法和装置，解决现有光谱测量技术不适合快速测量和家庭，办公室使用的问题。2、本发明所采用的技术方案。本发明提出了一种led绝对光功率谱分布的测量装置，包括拾光光纤头、滤色片及其驱动马达、光电池；左光纤，色盘中的滤色片孔与右光纤在一条光轴上；即左右光纤是对准的，中间色盘小孔的中心在光纤中心连线上；可转动的色盘有若干小孔，小孔内安装了不同吸收率的滤色片；右光纤末端接光电池，光电池受光可输出电，电压大小与光照度成正比。更进一步，色盘由马达带动可以转动。更进一步，光电池的输出电压由电脑采集并存储。本发明提出了一种led绝对光功率谱分布的测量装置，由滤色光纤束，光电池和电脑组成，连接头为，光通过光纤束导至光电池组，每一根光纤后面有一块光电池；滤色光纤结构前段是普通光纤，后段是掺杂光纤或滤色光纤结构全部为掺杂光纤。更进一步，采用二只led灯照射，功率1w和10w，颜色正白，色温5000k。更进一步，采用一只硅光电池作为光电转换器件。本发明提出了一种led绝对光功率谱分布的测量方法，使用如上所述的装置，左光纤对准待测光源，光用光谱亮度分布f(λ)描述进入光纤，在光纤中全反射传播，然后透过色盘上的滤色片，吸收谱用s(λ)表示，进入右光纤，传播至光电池，光电池受光给出电压u，电压u的大小就反应了光照强弱；公式描述为：s'(λ)是光电池的光谱响应函数，k为常数；转动色盘，当第i个滤色片工作时：式中，ui是第i个滤色片工作时光电池的电压，si(λ)是第i个滤色片的吸收谱。更进一步，led光谱分布每个峰采用3个高斯函数描述，完全满足光度色度和光生物参数测量要求，将荧光粉转换型led光谱分布表示为：m为最大光谱辐射功率，单位w/nm.括号内部分为led的相对光谱分布；λ是波长，λp1是蓝光的中心波长，取460nm，λp2是荧光粉发出的光的中心波长，取589nm，δλ1是蓝色光的半高全宽，在22nm左右，δλ2是荧光粉发出光的半高全宽，为36nm左右。公式(3)共有21个未知数，m,a11～a13,a11～a13,m11～m13,δλ1，δλ2，a21～a23,a21～a23,m21～m23，因此，只要公式(2)中i≧21,也就是，测量21种滤色片对应的电压，就可以通过寻优程序，得到21个未知数最佳值，进而得到led的绝对光功率谱分布。3、本发明所产生的技术效果。(1)本发明采用较少次数的测量，得到较准确的白光led绝对光谱分布，同光谱仪相比，仪器设备价格降低了很多，方法简单，使用方便，体积小，非常适合需要实时检测的场合。(2)本发明采用大于等于21个不同吸收谱的滤色片为探测电路，分别得到对应响应电压，采用6个高斯函数表征led白色光谱分布，采用寻优程序，找出对应led绝对光谱分布，具有明显的技术优势：传统光谱仪要测量401次，本发明最少只要21次，因此测量速度快10倍以上，测量准确度99％以上。附图说明图1为本发明的系统结构图，其中(a)为连接图，(b)为色盘结构(含不同吸收谱滤色片)。图2为本发明的第二种系统结构图，其中(a)为光通过光纤束导至光电池组，每一根光纤后面有一块光电池，(b)为滤色光纤结构(前段是普通光纤，后段是掺杂光纤)，(c)为滤色光纤结构,全部掺杂，掺杂光纤长1米。图3为本发明流程图。图4为本发明硅光电池光谱响应曲线。图5为本发明用八种颜色滤色光纤拾光的吸收谱，1-黑色，2-红色，3-绿色，4-蓝色。图6为实施例滤色光纤拾光的吸收谱图。具体实施方式实施例本发明装置由拾光光纤头、滤色片及其驱动马达、光电池和电脑组成，连接图如图1所示：位置关系：如图1(a)，左光纤，色盘中的滤色片孔与右光纤在一条光轴上。也就是说，左右光纤是对准的，中间色盘小孔的中心在光纤中心连线上。色盘由马达带动可以转动，色盘上有若干小孔，小孔内安装了不同吸收率的滤色片。右光纤末端接光电池，光电池受光可输出电，电压大小与光照度成正比。光电池的输出电压由电脑采集并存储。工作过程是：左光纤对准待测光源，光(用光谱亮度分布f(λ)描述)进入光纤，在光纤中全反射传播，然后透过色盘上的滤色片(吸收谱用s(λ)表示)，进入右光纤，传播至光电池，光电池受光给出电压u，电压u的大小就反应了受光多少。公式描述为：s'(λ)是光电池的光谱响应函数，k为常数。转动色盘，当第i个滤色片工作时：式中，ui是第i个滤色片工作时光电池的电压，si(λ)是第i个滤色片的吸收谱。led光谱分布可以用多个高斯函数描述，每个峰采用3个高斯函数，其误差小于1％，完全满足光度色度和光生物参数测量要求。因此，我们将荧光粉转换型led光谱分布表示为：按照前文进行修改m为最大光谱辐射功率，单位w/nm.括号内部分为led的相对光谱分布；λ是波长，λp1是蓝光的中心波长，取460nm，λp2是荧光粉发出的光的中心波长，取589nm，δλ1是蓝色光的半高全宽，在22nm左右，δλ2是荧光粉发出光的半高全宽，为36nm左右。公式(3)共有21个未知数，m,a11～a13,a11～a13,m11～m13,δλ1，δλ2，a21～a23,a21～a23,m21～m23，因此，只要公式(2)中i≧21,也就是，测量21种滤色片对应的电压，就可以通过寻优程序，得到21个未知数最佳值，进而得到led的绝对光功率谱分布。本发明的核心是得到不同滤色片对应的光电池电压，其装置由很多种形式，例如：本发明装置也可以由滤色光纤束，光电池和电脑组成，连接头如下：图2(a)第二种结构，特点：光通过光纤束导至光电池组，每一根光纤后面有一块光电池。图2(b)滤色光纤结构1，前段是普通光纤，后段是掺杂光纤。图2(c)滤色光纤结构2，全部掺杂，掺杂光纤长1米，掺杂材料如下：各物质的掺杂质量比例均为0-1％，可以得到很多种掺杂后颜色不同的玻璃，完全能够满足本发明的21种滤色片要求。以下是实施例:二只led灯，功率1w和10w，颜色正白，色温5000k。采用一只硅光电池作为光电转换器件，，图4硅光电池光谱响应曲线；用八种颜色滤色光纤拾光，吸收谱如图5、图6，组合出21中滤色片。采用第一种结构(图1)，测量得到的电压如下:经matlab拟合，得到系数如下：表1led相对光谱分布函数的系数系数a11a12a13a11a12a13m11m12m13δλ1mled10.160.451.00.430.851.410.780.230.5422.90.21led20.790.80.960.910.621.40.830.350.2925.71.71系数a21a22a23a21a22a23m21m22m23δλ2led10.681.70.250.540.180.360.570.640.7838.1led20.741.440.380.410.230.410.50.450.835.9本发明是一种根据led白光的光谱分布规律，采用多个高斯函数的形式表征光谱分布，然后采用带滤波器的光纤导光，采用光电池测量特定波段的响应，得到绝对光谱分布的方法及其装置。具体为：采用不少于21个响应曲线不同的探测器实现led绝对光谱分布的测量，进而为光度色度和光生物安全参数的测试奠定基础。当前第1页12