積分球和分布光度計測量燈具的光通量的差異

周寧科，米萌，楊藝

（1.寧波賽寶信息產業技術研究院有限公司，浙江　寧波　315040；

2.中國人民解放軍91630部隊，廣東　廣州　510315；

3.中國人民解放軍92608部隊，上海　200083）

積分球和分布光度計測量燈具的光通量的差異

周寧科1，米萌2，楊藝3

（1.寧波賽寶信息產業技術研究院有限公司，浙江寧波315040；

2.中國人民解放軍91630部隊，廣東廣州510315；

3.中國人民解放軍92608部隊，上海200083）

光通量是評價照明產品極其重要的參量，通常測試燈具的光通量的設備主要有積分球測試系統和分布光度計測試系統兩種。通過實例分析，對利用分布光度計系統和積分球系統測試光通量的差異進行了比較。結果表明，兩種測試系統有其各自的適用對象，在以后的測試中可以根據樣品的實際情況來選取最優的測試方案。

積分球；分布光度計；總光通量；光束角

0　引言

光通量是指根據輻射對標準光度觀察者的作用所導出的光度量。光通量參數是描述光源特性的重要參數，通常測量光源所發射的總光通量的設備有積分球和分布光度計兩種。本文對利用分布光度計系統和積分球系統測試光通量的差異進行了比較，以期對兩種方法的合理選用提供一定的指導。

1　總光通量的測試方法簡介

1.1積分球測試系統

使用積分球測試燈具光通量有積分法、分光法和積分-分光結合法3種方法[1]。本次差異對比選取的是分光法，即在積分球探測窗口上設置光譜輻射計的取樣裝置，利用光譜輻射計測得的光譜功率分布來計算光通量。

積分法測試總光通量的測量原則是測量工具需要通過光通量標準校準。由于用積分球校準，所以不必知道球體的光譜的輸出量，被測燈具產品的光通量是通過與參考標準比較計算出來的。通常來講，積分法是總光通量的相對測試方法，適合用于測試小型集成燈具和相對較小的光源的總光通量和色度參數，具有測量速度快和無需暗室的優點。

一個用來測量光通量的最簡單的方法是使用積分球測試系統。它是一個實現視覺上的通量的空間整合的設備，因此，可以用一個固定的光譜儀來快速、方便地測量總通量。該方法的原理是：首先，用總光通量標準燈來對積分球光度測量儀進行校準；然后，通過與具有相似空間和相似光譜分布的標準光源的對照來測量測試光源的總光通量。因此，這種方法需要用于對光通量校準的標準光源。

在實際測量時，由于需要在積分球內裝上待測燈具，并且為了避免光線直射探測器，必須設置遮擋屏，對光效進行吸收和阻擋。遮擋屏和燈具的尺寸越大，引起的誤差也越大，選擇直徑較大的積分球，可以使光源和遮擋屏的尺寸的影響相對地減小，從而減小吸收誤差和遮擋屏誤差，一般情況下，積分球的直徑應至少大于燈具最大尺寸的6～10倍[2]。

利用數值積分法計算LED模塊的總光通量的原理如圖1所示，總光通量的計算公式如下所示。

式 （1）中：Φtot——總光通量；

r——虛擬球面的半徑；

Stot——虛擬球上的表面面積；

（ε，η）——空間角。

圖1　光通量計算原理示意圖

1.2分布光度計測試系統

使用分布光度計測試燈具光通量的方法有光強積分法和照度積分法兩種。本次差異對比選取的是照度積分法。照度積分法使用探測器旋轉式分布光度計測試，被測樣品夾持在探測器旋轉式分布光度計之上，使樣品處于規定的燃點狀態，樣品的發光中心處于分布光度計的旋轉中心，在足夠多的發光平面上以足夠多的角度間隔測量以分布光度計的探測器到被測樣品發光中心之間的測量距離為半徑的虛擬球面上的各點的照度。

分布光度計對燈具的外形、尺寸和光束角沒有特別的限制。由于照度積分法的測量精度高，可作為總光通量的基準測量方法，因此其已被國際照明協會制定的CIE 84-1989《光通量測量》、CIE 127-2007《LED測量》、北美照明工程學會提出的LM-79-2008《固態照明產品光電測量》、國標GB/ T 24824-2009《普通照明用LED模塊測試方法》等采用，作為燈具的總光通量基準測量方法[4]。

3　測量結果及其分析

為了找出積分球測試系統與分布光度測試系統的差異，選取節能燈、鹵素燈、2個LED球泡燈、2個LED射燈、LED投光燈和LED洗墻燈這8個典型的樣品進行檢測。

本次對比測試選取的儀器有HAAS-2000光譜分析儀3 m積分球和GO-R 5000分布光度測試系統。各個測試樣品的配光曲線如圖2所示，所有的樣品在穩定后 （15 min內光通量或者照度變化在0.5%以內）測試，分布光度計測試選取的角度為（5°，1°）[5]。

a節能燈配光曲線

b鹵素燈配光曲線

c LED小球泡燈配光曲線

d LED大球泡燈配光曲線

e LED射燈1號配光曲線

f LED射燈2號配光曲線

g LED投光燈配光曲線

各個測試樣品的光通量的測試結果如表1所示。

從表1中可以看出，利用積分球與利用分布光度計測試不同類型的樣品所得到的數據之間的差異會有所不同。測試燈具的外形越接近點光源，那么使用積分球測試的結果就越精確。所以，當我們需要測試燈具的光通量時，對于球泡燈、小型LED燈具和集成LED燈具等光束角比較大的燈具，我們可以采用積分球配合光譜儀進行4 π測試；對于體積較大的面板燈、投光燈和路燈等光束角比較小的燈具，最準確的測試方式是使用分布式光度計配合標準暗室進行測試，但是，如果想要使用積分球進行測試，則需要使用帶側開口的積分球進行2 π測試，或使用輔助燈進行協助測試，測試過程繁瑣，且不確定因素比較大。

表1　各個測試樣品的光通量的測試結果

4　結束語

綜上所述，積分球和分布式光度計的測量原理、環境和測試方式都不同，兩者各有其各自的適用對象，在實際運用中，我們可以根據不同的標準、不同的要求來選擇合適的方式進行測試。

[1]Measurement of LEDs-second edition：CIE 127-2007 [S].

[2]金偉其，胡威捷.輻射度、光度與色度及其測量 [M].北京：北京理工大學出版社，2006.

[3]全國照明電器標準化技術委員會·普通照明用LED模塊測試方法：GB/T 24824-2009[S].北京：中國標準出版社，2010.

[4]俞建峰，錢建明，顧高浪.LED燈具光通量檢測技術的分析研究 [J].光學儀器，2011，33（5）：9-13.

[5]Approved method：photometric measurements solid-state lighting products：IES LM-79-08[S].

The Differences of Measuring the Luminous Flux of Lamps with Integrating Sphere and Distribution Photometer

ZHOU Ning-ke1，MI Meng2，YANG Yi3

（1.Ningbo CEPREI IT Research Institute Co.，Ltd.，Ningbo 315040，China；2.Troops 91630 of PLA，Guangzhou 510315，China；3.Troops 92608 of PLA，Shanghai 200083，China）

Luminous flux is an important parameter to evaluate lighting products.In general，there are two kinds of test equipments to test the luminous flux of lamps，namely integrating sphere test system and distribution photometer test system.Troungh an example，the differences of measuring the luminous flux with integrating sphere system and distribution photometer system are compared.The results show that the two test systems have their own applicable object，so the optimal test scheme should be selected according to the actual situation of samples in the future.

integrating sphere；distribution photometer；total luminous flux；beam angle

TB 96

A

1672-5468（2016）04-0001-04

10.3969/j.issn.1672-5468.2016.04.001

2016-03-28

2016-06-30

周寧科 （1987-），男，浙江寧波人，寧波賽寶信息產業技術研究院有限公司工程師，主要從事燈具、家電等電子產品的檢測工作。