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        A-α和B-β坐標系統(tǒng)中定向光源的有效光通量的測量方法

        2014-04-09 07:10:48馬麗佳鄭志磊
        照明工程學報 2014年3期
        關(guān)鍵詞:光通量關(guān)系式光束

        馬麗佳, 鄭志磊

        (歐司朗企業(yè)管理有限公司 產(chǎn)品與工藝開發(fā)部,廣東 佛山 528000)

        引言

        2012年12月12日歐盟發(fā)布針對定向燈、LED燈及相關(guān)設(shè)備的生態(tài)化實施指令EU 1194—2012。該指令已于2013年9月1日正式生效,為了給制造商適當?shù)臅r間緩沖,指令分3個階段來限定光源的能效指數(shù)EEI(Energy Efficiency Index)值,具體時間階段見表1。

        根據(jù)EU1194—2012,EEI=Pcor/Pref,其中Pcor等于額定功率乘以相應(yīng)的修正系數(shù);Pref值與有效光通量Фuse相關(guān),相對應(yīng)的條件和公式[1]如下:

        表1 EU 1194—2012中的時間階段表Table 1 Time phase of EU 1194—2012

        (1)

        Фuse≥1300lm,Pref=0.07341Фuse

        (2)

        從式(1)、式(2)可以看出:EEI值與Pref相關(guān)。而Pref與Фuse相關(guān)。因此,為了得到光源準確的能效指數(shù)EEI值,就必須獲得準確的有效光通量Фuse值。

        1 測量原理

        有效光通量Фuse是指一定圓錐角內(nèi)被用來計算燈具能源效率的光通量。根據(jù)定向光源光束角的大小,EU1194/2012指令規(guī)定了有效光通量的兩種情況[1]:當光束角≥90°時,Фuse是120°圓錐角內(nèi)的額定光通量Ф120°(白熾燈和有警告標識的燈具除外);當光束角<90°時,Фuse是90°圓錐角內(nèi)的額定光通量Ф90°。

        圖1是圓錐角ψ的形狀,其頂點位于燈具正面中心,圓錐體向燈具發(fā)光方向展開,對稱軸線經(jīng)過燈具正面中心點O和圓錐底面中心點O′。

        圖1 圓錐角ψFig.1 Cone angle ψ

        根據(jù)CIE121[2]標準,燈具空間光強分布測試坐標系A(chǔ)-α坐標系如圖2所示。

        圖2 A-α坐標系[2]Fig.2 A-α coordinates

        如圖3所示,如果將圓錐角ψ放入A-α坐標系下,圓錐角ψ會被不同A面切割成形狀不同的三角形。如圖4所示,圓錐角ψ在A=0°面上的部分為三角形OPT,可以得到α0=ψ/2;如圖5所示,圓錐角ψ在A=θ面上的部分為三角形OQN。

        圖3 A-α坐標系中的圓錐角ψFig.3 Cone angle ψ in A-α coordinates

        圖4 圓錐角ψ在A=0°面上的部分Fig.4 Part of ψ on the A=0° plane

        圖5 圓錐角ψ在A=θ面上的部分Fig.5 Part of ψ on the A=θ plane

        根據(jù)幾何學原理和三角函數(shù)關(guān)系,可以得到如下關(guān)系:

        (3)

        2 測量角度的設(shè)定

        根據(jù)CIE84[3]標準,采用分布光度法測量光通量時,對于光強分布不均勻存在明顯變化過渡的燈具,角度間隔對測量結(jié)果影響較大,應(yīng)當設(shè)定α角間隔0.1°,A面間隔不大于10°。那么,兩種圓錐角下測量有效光通量時,A面間隔分布相同,而α角間隔分布不同,具體如下:

        2.1 ψ=90°時的α值

        當燈具光束角<90°時,ψ=90°[1],A面上α角掃描范圍-α~+α應(yīng)滿足關(guān)系式(3),根據(jù)關(guān)系式(3),計算得出α角度值與A面角度的關(guān)系值如表2所示。

        表2 ψ=90°時α值和A面對應(yīng)數(shù)據(jù)表Table 2 Data of α and A plane when ψ=90° cosα=cos45°/cosθ

        2.2 ψ=120°時的α值

        當燈具光束角≥90°時,ψ=120°。A面上α角掃描范圍-α~+α應(yīng)滿足關(guān)系式(3),根據(jù)關(guān)系式(3),計算得出α角度值與A面角度的關(guān)系值如表3所示。

        3 B-β坐標系中的測量角度

        根據(jù)CIE121[2]標準,燈具空間光強分布測試坐標系B-β坐標系如圖6所示。

        表3 ψ=120°時α值和A面對應(yīng)數(shù)據(jù)表Table 3 Data of α and Aplane when ψ=120° cosα=cos60°/cosθ

        圖6 B-β坐標系[2]Fig.6 B-β coordinates

        經(jīng)對比發(fā)現(xiàn),A-α坐標系經(jīng)過90°的旋轉(zhuǎn)可以得到B-β坐標系。因此,由幾何學原理可以得到B-β坐標系中B面和β角與A-α坐標系中A面和α角值類似,即圓錐角ψ放入B-β坐標系所得到β角值存在如下三角函數(shù)關(guān)系:

        (4)

        因此,不同圓錐角ψ下,β角掃描范圍與A-α坐標系中的α角掃描范圍相同。

        4 討論

        由燈具空間光強分布測試坐標系A(chǔ)-α坐標系或者B-β坐標系得到的燈具光通量的分布情況,可以用來分析光源在某方向面上的光通量分布情況,這在實際配光中具有十分重要的意義。

        根據(jù)以上分析,采用A-α坐標系和B-β坐標系測試光源的有效光通量時,不同A面和B面上掃描角的范圍相同,但由于角度值是由三角函數(shù)關(guān)系得到,往往存在多位小數(shù),而目前的測試設(shè)備限制了測量精度。因此,為了提高測量精度,需要提高測量儀器的掃描機構(gòu)精度;或者在現(xiàn)有精度基礎(chǔ)上,計算出可以精確掃描的角度,通過數(shù)學計算得到其他角度值。

        [1] EU. implementing Directive 2009/125/EC of the European Parliament and of the Council with regard to ecodesign requirements for directional lamps, light emitting diode lamps and related equipment. Journal of the European Union, 2012.

        [2] CIE. The Photometry and Goniophotometry of Luminares[M]. CIE, 1996.

        [3] CIE. The Measurement of Luminous Flux[M]. CIE, 1989.

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