专利名称：一种led灯具流明效率测试装置的制作方法
技术领域：
本实用新型属于测量领域，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2008年8月6日，公告号为CN201096613Y的中国专利中公开 了一种"一种大功率LED全自动光、电参数测试装置"，其包括包括显示器、测试 主机、机架、滑道、工件包装管、积分球，测试主机连接显示器、积分球、电机。其 特征在于滑道上安装有高频发生器。其中所选用的高频发生器的频率在20 200Hz 之间为^佳。本实用新型的优点是本装置在使用过程中操作简便、有效解决LED检 测过程中的卡道现象.
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 请中公开了一种"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(相对于"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 强度的测试数据，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，分布光度计造价高，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 以普及封一般实验室。

实用新型内容
本实用新型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灯具流明效率测试装置，包括被测LED 灯具，其特征是在待测灯具的发光面侧，相向设置一与LED灯具光输出窗口尺寸 相同/相^或形状相同/相近的、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；在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 边缘辐射光通量聚集器，所述边缘辐射光通量聚集器的底面与矩阵型流明光电探测模 块之间有毫米级间隙；在各光电探测器的光接收背面，设置温度传感器；在灯具边缘 辐射光通量聚集器与大面积矩阵型流明光电探测模块的间隙周围，设置冷却风扇；温 度传感器与温控电路连接，温控电路的输出端与冷却风扇连接，构成闭环温控环节； 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端 以及各温度传感器的温度信号输出端与多路模/数转换电路的信号输入端分别对应连 接；设置一高精度数字化电源，其功率输出端与被测LED灯具连接，其信号输出端 与计算机连接；多路模/数转换电路信号输出端与计算机连接。
上述边缘辐射光通量聚集器的内表面设置有可见光谱区高反射率的反光层，其底 面积略小于或接近大面积矩阵型流明光电探测模块的尺寸，其与被测LED灯具相连 接的开口面积大于或接近被测灯具的口径，并以喇叭口形置于大面积矩阵流明光电探 测器的前端。
上述边缘辐射光通量聚集器内表面的反光层为可见光谱区高反射率粘贴薄膜或镀膜。
进一步的，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硅单晶 光电探测器紧密排列而构成。
在所述每一片硅单晶光电探测器上覆盖设置有视见函数匹配滤光器和中性光强 衰减器。
其视见函数匹配滤光器为与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。
其中性光强衰减器为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。
上述大面积矩阵型流明光电探测模块各个矩阵单元的硅单晶光电探测器之间相 互电绝缘。
与现有技术比较，本实用新型的优点是
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；
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J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1是本测试装置的构成示意图2是大面积矩阵型流明光电探测模块剖面结构示意图； 图3是大面积矩阵型流明光电探测模块平面结构示意图； 图4是灯具输出光流近场分布区域的划分示意图； 图5为多路模/数转换电路的线路图。
图中1为被测LED灯具，2为灯具边缘辐射光通量聚 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为冷却风扇，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。
具体实施方式

以下结合附图对本实用新型做进一步说明。
图l中，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，冷却风扇7，电源8，计算机9。
由图可见，在待测灯具的发光面侧，相向设置了一个与LED灯具光输出窗口尺 寸相同/相近或形状相同/相近的、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；在大面积矩阵型流明光电探测模块的前端，设置了一喇叭口形的 灯具边缘、辐射光通量聚集器，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。
灯具边缘辐射光通量聚集器可以是方形、圆形等式样，其底面积略小于或接近大 面积矩阵光电探测器尺寸，其与被测灯具相连接的开口面积大于或接近被测灯具的口 径，并以喇叭口形置于大面积矩阵流明光电探测器的前端，并使其底面与矩阵探测器 有毫米级间隙。
采用内表面具有高反射率的材料制造灯具边缘辐射光通量聚集器，制作的材料可 以应用表面具有可见光谱区高反射率的金属材料直接制造，也可采用具有高反射率薄 膜粘贴、镀膜等方法制造。
在各光电探测器的光接收背面，设置有温度传感器；在灯具边缘辐射光通量聚集 器与大面、积矩阵型流明光电探测模块的间隙周围，设置了冷却风扇；温度传感器与温 控电路连接，温控电路的输出端与冷却风扇连接，构成闭环温控环节；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端以及各温度 传感器的温度信号输出端与多路模/数转换电路的信号输入端分别对应连接；多路模/ 数转换电路信号输出端与计算机连接。
各矩阵单元的温度传感器数据，经过温控电路的处理后可实时显示/数据保存，
并可通过控制冷却风扇的运转，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. W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lft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。
计算机中安装了数据读取-处理-控制-显示软件，处理并显示测试数据。
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、温度控制以及数字化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2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0.2111111 。
在鳴晶光电探测器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 光强衰减器可采用中性光强衰减玻璃或采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，^被测灯具光输出窗口相对应，也可适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。 因为所采用的光电探测器件具有时间快速响应性能，故可同时获得灯具总流明输 出的瞬态测试数据。
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3中所示为大面积矩阵光电探测模块的线路板，其附加在图2中标记为24的 基板上，沐图中给出的是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。
实际测试时，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，
就可得至^LED灯具输出的总光通量流明，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，...。
LEf)灯具流明效率(实际节能的评价参数)Tl:
T1=F/P (流明/瓦)
式中P是LED灯具的总电功率消耗。 图4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
明
(一) 灯具输出总光通量测试-
F=2Amn 式中Amn是光电探测器的矩阵单元； m=l， 2， 3，…8 \ n= 1， 2， 3，…15
(二) 灯具输出近场光流区域分布测试 (1)中央区
F0=2Amn m = 4， 5
n = 6, 7， 8, 9， 10
(2)外围区
F2=IliAmn +S2Amn + D3Amn + E4Amn
其％Amn m=2 ，
22Amn m=2 ，
S3 Amn m=2 ，
S4Amn m=6,
3， 4， 5， 6， 7 3， 4， 5， 6， 7
7
n=3, 4， 5 n-ll， 12， 13 n=6， 7， 8， 9， 10 n=6， 7， 8， 9， 10
(3)边缘区: 其中
r !Amn 2Amn 3Amn
2, 4Amn
F3=2, iAmn+i:' 2Amn + i:, 3Amn + S, 4Amn
m=l， 2， 3， 4， 5， 6， 7， 8 m=l， 2， 3, 4， 5， 6， 7， 8 m=l n=l, 2， 3，…15 m=8 n=l， 2， 3， ".15
n=l， 2 n=l， 2
从上述描述中可以看出，由于本实用新型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，给各种不同用途的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。
在图5中，给出了多路模拟量输入/变换电路的线路图，由图可见，大面积矩阵型 流明光电探测模块中各个硅单晶光电探测器的输出光电信号，按时序输入输入多路开 关AD7501，经AD7650放大、阻容滤波后送入MC14433, MC14433处于连续自动转 换方式，其输出端Q。 Q3、 DS1 DS3与单片机CPU8031的P1 口直接连接，结束信 号EOC接至8031的INTI 口，单片机采用中断方式读取数据。
本实用新型的测试装置，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，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。本实用新型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灯具流明效率测试装置，包括被测LED灯具，其特征是在待测灯具的发光面侧，相向设置一与LED灯具光输出窗口尺寸相同/相近或形状相同/相近的、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；在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辐射光通量聚集器，所述边缘辐射光通量聚集器的底面与矩阵型流明光电探测模块之间有毫米级间隙；在各光电探测器的光接收背面，设置温度传感器；在灯具边缘辐射光通量聚集器与大面积矩阵型流明光电探测模块的间隙周围，设置冷却风扇；温度传感器与温控电路连接，温控电路的输出端与冷却风扇连接，构成闭环温控环节；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端以及各温度传感器的温度信号输出端与多路模/数转换电路的信号输入端分别对应连接；设置一高精度数字化电源，其功率输出端与被测LED灯具连接，其信号输出端与计算机连接；多路模/数转换电路信号输出端与计算机连接；。
2. 按照权利要求1所述的LED灯具流明效率测试装置，其特征是所述边缘辐射 光通量聚集器的内表面设置有可见光谱区高反射率的反光层，其底面积略小于或接近 大面积矩^车型流明光电探测模块的尺寸，其与被测LED灯具相连接的开口面积大于或 接近被测灯具的口径，并以喇叭口形置于大面积矩阵流明光电探测器的前端。
3. 按照权利要求2所述的LED灯具流明效率测试装置，其特征是所述边缘辐射 光通量聚集器内表面的反光层为可见光谱区高反射率粘贴薄膜或镀膜。
4. 按照权利要求1所述的LED灯具流明效率测试装置，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硅单晶光电探测器紧密排列而构成。
5. 按照权利要求4所述的LED灯具流明效率测试装置，其特征是在所述每一片 硅单晶光电探测器上覆盖设置有视见函数匹配滤光器和中性光强衰减器。
6. 按照权利要求5所述的LED灯具流明效率测试装置，其特征是所述的视见函数匹配滤光器为与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。
7. 按照权利要求5所述的LED灯具流明效率测试装置，其特征是所述的中性光 强衰减器为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。
8. 按照权利要求4所述的LED灯具流明效率测试装置，其特征是所述大面积矩 阵型流明光电探测模块各个矩阵单元的硅单晶光电探测器之间相互电绝缘。
专利摘要一种LED灯具流明效率测试装置，包括被测LED灯具，其在灯具发光面侧相向设置一大面积矩阵型流明光电探测器，在各光电探测器背面设置温度传感器，各个光电探测器的光电输出信号端以及各温度传感器的温度信号输出端与多路模/数转换电路的信号输入端分别对应连接，设置一高精度数字化电源，其功率输出端与被测LED灯具连接，其信号输出端与计算机连接，多路模/数转换电路信号输出端与计算机连接。本装置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，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，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G01R31/44GK201429463SQ20092007765
公开日2010年3月24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