邢明書，徐廣強，張競輝，林 杰，楊 軼，余方男，于鴻飛，林嘉祥，曹冠英

(大連工業(yè)大學光子學研究所，遼寧 大連 116034)

?

夜間防范型LED照明產(chǎn)品光度學及色度學測試研究

邢明書，徐廣強，張競輝，林 杰，楊 軼，余方男，于鴻飛，林嘉祥，曹冠英

(大連工業(yè)大學光子學研究所，遼寧 大連 116034)

選用一款型號ZY4623的夜間防范型LED手電筒，對其光譜、光通量、色溫、顯色指數(shù)、色坐標及配光曲線等一系列的光度學與色度學參數(shù)及爆閃頻率進行測試與分析，為更好的理解和應用防范照明奠定基礎。結(jié)果表明：夜間防范型手電筒的色溫為7624 K，色坐標為(0.2952，0.2996)，顯色指數(shù)達到76.8；爆閃頻率為7.6 Hz；配光曲線為狹窄條狀，光強分布在光照射方向較小立體角的范圍，可實現(xiàn)遠距離照亮，比較適于用做夜間防范照明。

防范照明; LED手電筒; 配光曲線; 光度學; 色度學

引言

夜深人靜是犯罪分子活動頻繁的時間。犯罪的頻率往往夜間高于白天，夜間能見度低的區(qū)域多于能見度比較好的區(qū)域[1]，如何有效提高人們夜間活動出行的安全感，便于巡邏人員夜間觀察組織防范，使犯罪分子的犯罪心理有效遏制以減少犯罪案件的發(fā)生顯得尤為重要。夜間照明設施不可能覆蓋到城市的所有角落，因此，具有夜間防范功能的移動照明工具(如手電筒)有著廣闊的發(fā)展前景。隨著科技社會發(fā)展，手電筒單純的照明功能已無法滿足人們現(xiàn)實生活需求，一些特殊環(huán)境或特殊用途對手電筒的要求也不盡相同，如照明、通信、勘探、搜救、娛樂等。近年來，人們安全意識逐漸提高，具有夜間防范功能手電筒逐漸開始為人們重視。與傳統(tǒng)手電筒相比, 夜間防范型手電筒大多采用LED 作為光源,具有較強的抗沖擊能力[2]，而LED光源其省電、耐用、亮度高、體積小、方便攜帶等諸多優(yōu)點，也使之在眾多領域有著廣泛發(fā)展[3-4]。照明環(huán)境會對人體的生理和心理產(chǎn)生刺激[5-6]，夜間防范型手電筒一般包括強光、弱光、爆閃等功能，可以根據(jù)不同的照明環(huán)境選用不同的照亮模式，已達到最佳的照明及示警防范及救援功能，能夠給使用者帶來足夠的心理舒適與安全感。

本文選用一款夜間防范手電筒并對其進行光譜、光通量、色溫、顯色指數(shù)、色坐標及配光曲線等一系列的光度學及色度學參數(shù)進行測試，了解其性能及特點，為更好的研究利用防范照明奠定基礎。

1 實驗測試

實驗選用型號為ZY4623的夜間防范型手電筒，額定電壓為DC3.7 V，額定容量2.2 Ah，光源LED額定功率3 W。

1.1 配光曲線測試

測試使用某公司GMS-1800型旋轉(zhuǎn)式分布光度計對待測照明產(chǎn)品進行配光曲線測試。GMS-1800旋轉(zhuǎn)燈具式分布光度計是根據(jù)CIE、IESNA、國家標準等要求，通過旋轉(zhuǎn)燈具，測量室內(nèi)照明燈具、投光燈具、道路照明燈具的空間光強分布及多種光度參數(shù)。本次實驗測試的ZY4623型夜間防范型手電筒相對傳統(tǒng)燈具體積小，可選用單立柱工作，在安裝燈具時應保證燈的發(fā)光中心與十字激光校準中心重合，系統(tǒng)在c-γ測試平面坐標系內(nèi)測量，由于夜間防范型手電筒發(fā)出光線具有明顯的軸對稱性，因此，燈具在垂直軸方向的轉(zhuǎn)動步長大小對實際測量結(jié)果影響不大，但在水平軸內(nèi)的轉(zhuǎn)動會使燈具的照射方向由正對探測器逐漸背向探測器，所以水平軸轉(zhuǎn)動步長的選定對測量結(jié)果有明顯影響，本次測試選定垂直軸轉(zhuǎn)動步長45°，水平軸轉(zhuǎn)動步長2°。

1.2 爆閃頻率測試

利用某公司的教學實驗室虛擬儀器套件(NI ELVIS)測試該夜間防范手電的爆閃模式下爆閃頻率。ELVIS平臺通過USB與電腦連接，將整個系統(tǒng)置于黑暗環(huán)境下，開啟手電爆閃模式對準光敏電阻，在電腦頁面打開軟件即可測試爆閃模式下閃爍頻率。

1.3 光源光色綜合測試

實驗采用光電綜合測試系統(tǒng)對防范手電強光模式進行光譜測試。該系統(tǒng)包括直徑為1m專用積分球、型號為SL-300型光譜輻射分析儀、高精度恒流電源及功率計。積分球主要由被測光源、檔屏、出光口、光纖四部分組成。積分球內(nèi)壁涂有近似朗伯漫反射涂料，由積分球內(nèi)壁反射的光通量所形成的附加照度與光源光通量成正比。光源放在積分球中心，光源經(jīng)過球內(nèi)壁無數(shù)次的漫反射，由光纖入口接收一部分平均光信號，由此計算光源的光色參數(shù)。

2 結(jié)果及分析

2.1 配光曲線

利用GMS-1800型旋轉(zhuǎn)式分布光度計對待測照明產(chǎn)品進行配光曲線測試，測試結(jié)果如圖1所示。

圖1 配光曲線Fig.1 Light distribution

由測試結(jié)果可知，該防范手電空間光強分布曲線是一狹窄條狀，發(fā)光強度較強的部分集中在光線照射方向上很小的立體角范圍，光強最大點在光斑中心，高達428.2 cd，能實現(xiàn)在強光照射模式下對較遠距離物體有很高照度的照明，使用者能看到較遠距離路面及路上的環(huán)境情況，便于及早發(fā)現(xiàn)不安全隱患或危險信息并做出合理保護措施。

2.2 爆閃頻率

ELVIS平臺測試頻閃頻率的結(jié)果如圖2所示。由測試結(jié)果可知，夜間防范手電的爆閃頻率約為7.6 Hz，小于暗環(huán)境下臨界融合頻率(CFF)，接近人眼感知的最敏感頻率，在夜晚環(huán)境下能較為容易地為人識別，能達到危險情況下較好的示警防范救援作用。另外，如果夜晚出行遭遇人為危害，將該手電對準歹徒眼睛開啟爆閃模式，突然的強光閃爍會導致短暫致盲，可幫助受害人在關鍵時刻逃離或自我防衛(wèi)。因此爆閃模式具有效果更好的夜間防范作用。

圖2 爆閃頻率曲線Fig.2 Frequency curve for blasting flash

2.3 光譜及光色參數(shù)

利用光電綜合測試系統(tǒng)對防范手電筒強光模式下發(fā)光光譜測試結(jié)果如圖3所示；色坐標如圖4所示；光色參數(shù)測試結(jié)果見表1。

圖3 發(fā)光光譜Fig.3 Light spectrum

圖4 色坐標Fig.4 Color coordinates

光通量/(lm)相關色溫/(K)顯色指數(shù)色坐標發(fā)光效率/(lm/W)107.06762476.8(0.29520.2996)35.69

由圖3可知，該光譜的兩個峰值分別為448 nm和550 nm，為典型的藍光激發(fā)黃色熒光粉發(fā)白光，其中短波長部分所占功率比例較多，通常采用可見光光譜中小于500 nm 光譜能量的百分比來描述 LED 光源的光譜特征，該光譜中小于500 nm 光譜能量的百分比為32.5%,光譜輻射成分中含有較多短波可見光成分的白光光源的人臉辨認距離效果較黃光光源有更好的效果，但短波成分與色溫二者之間需要達到一個合適的值，研究表明：光譜中小于500 nm 光譜能量的百分比為21.4%，色溫為4000 K時，光源照明對人體皮膚接近的黃色識別最有利[7-9]。該手電筒色溫為7624 K，遠遠高出4000 K，另外短波成分會在一定程度上降低光源的發(fā)光效率，半導體發(fā)光機理不同于白熾燈，在接近光源額定功率時，由于芯片溫度的升高和載流子復合效率減小往往會造成發(fā)光效率會減小，因此在今后設計使用中要特別注重光源選擇和光源的散熱問題[10]。該光源顯色指數(shù)高達76.8，能使行人在較遠距離看清對面路人的面部表情，以便及時察覺對方的意圖。色坐標為(0.2952 0.2996)，接近D65色坐標(0.3127 0.3291)，如圖4所示。白光照明可以降低搶劫、偷竊等犯罪程度，可以降低對犯罪行為的恐懼，高色溫冷白光用于夜晚照明，更有利于達到防范目的，能夠給使用者足夠的心理舒適與安全感[9]。

3 結(jié)論

本文選用型號為ZY4623的夜間防范型手電筒，通過對其發(fā)光光譜、光通量、色溫、顯色指數(shù)、色坐標及配光曲線等一系列的光度學與色度學參數(shù)及爆閃頻率進行了測試，得到主要結(jié)論如下：

(1)夜間防范型手電筒空間光強分布曲線為一狹窄條狀。此配光方式能使光線集中在照射方向較小的立體角范圍，實現(xiàn)強光照射模式下較遠距離照亮，使用者能看到較遠距離路面及路上的環(huán)境情況，便于及早發(fā)現(xiàn)不安全隱患或危險信息并做出合理保護措施。

(2)夜間防范型手電筒的爆閃頻率為7.6 Hz，接近人眼黑暗環(huán)境下最敏感頻率，能容易的被人識別發(fā)現(xiàn)，具有明顯示警防范救援作用。另外，在夜晚遇到非法侵害時，突然的強光閃爍會使人短暫致盲，可幫助受害人在關鍵時刻逃離或自我防衛(wèi)。因此爆閃模式具有效果更好的夜間防范作用。

(3)夜間防范型手電筒的高色溫冷白光源，色溫為7624 K,色坐標為(0.2952, 0.2996)，顯色指數(shù)為76.8，能使行人在更遠距離看清對面路人的面部表情，以便及時察覺對方的意圖，規(guī)避非法侵害。高色溫冷白光用于夜晚照明，更有利于達到防范目的，能夠給使用者足夠的心理舒適與安全感,但今后設計需要合理設計短波成分含量與色溫，以達到最佳照明效果。

目前，國內(nèi)針對夜間防范照明的研究較少，關于夜間防范照明的理論也十分有限。本文針對特定型號的夜間防范型手電筒，對其光色參數(shù)進行測試研究，為日后更好的研究利用夜間防范照明奠定基礎。

[1] 陳謙信.犯罪的時間特性[J].理論與現(xiàn)代化,2009(4): 113-117.

[2] 宋立斌.防爆LED 手電筒的設計與使用[J].電氣防爆,2012,(1): 43-45.

[3] Tsao J Y. Solid-state lighting: Lamps, chips, and materials for tomorrow[J].IEEE Circuits and Devices Magazine,2004,20(3):28-37.

[4] Crawford M H. LEDs for solid-state lighting: performance challenges and recent advances[J]. IEEEJ. Selected Topics in Quantum Electronics,2009,15:1028-1040.

[5] Ay-e Durak, Nilgun Camgoz Olgunturk. Impact of lighting arrangements and illuminances on different impressions of a room[J].Building and Environment,2007(42):3476-3482.

[6] Liu Wei, Wang Xiaojin. Investigation and Analysis about Indoor Illumination of Light Environment in Beijing Houses[J].Light an Lighting,2008,32(3).

[7] 郝洛西，楊秀，林怡.LED 光源的光譜能量分布(SPD)對步行空間顏色識別的影響研究[J].照明工程學報，2014，25(4)：78-84.

[8] 楊秀,郝洛西.光源光譜能量分布對行人視覺作業(yè)的影響研究回顧[J].照明工程學報,2012,23(6):38-42.

[9] 陳仲林,馬玉琳,胡英奎.光源色溫對人臉和物體辨識的影響研究[C]//中國建筑學會建筑物理分會，環(huán)南理工大學建筑分院，亞熱帶建筑科學國家重點實驗室.城市化進程中的建筑與城市物理環(huán)境第十屆全國建筑物理學本會議論文集.廣州:華南理工大學出版社,2008:519-522.

[10] 李炳乾.1W級大功率白光LED發(fā)光效率研究[J].半導體光電，2005,26(4):314-316.

本刊聲明

為適應我國信息化建設，擴大本刊及作者知識信息交流渠道，本刊已被俄羅斯《文摘雜志》(AJ,VINITI)、美國《烏利希期刊指南》(UPD)、《中國學術期刊文摘數(shù)據(jù)庫》、《中國學術期刊網(wǎng)絡出版總庫》及CNKI系列數(shù)據(jù)庫、萬方數(shù)據(jù)庫、重慶維普數(shù)據(jù)庫、中國郵政中郵閱讀網(wǎng)收錄，其作者文章著作權(quán)使用費與本刊稿酬一次性給付。免費提供作者文章引用統(tǒng)計分析資料。如作者不同意文章被收錄，請在來稿時向本刊聲明，本刊將做適當處理。

The Colorimetric and Photometric Test of Anti-threat LED Lighting Products

Xing Mingshu， Xu Guangqiang， Zhang Jinghui， Lin Jie，Yang Yi， Yu Fangnan,Yu Hongfei, Lin Jiaxiang, Cao Guanying

(ResearchInstituteofPhotonics,DalianPolytechnicUniversity,Dalian116034,China)

In the paper, an Anti-threat lighting LED torch with the type of ZY4623 was investigated for a better understanding and application of Anti-threat lighting products. The blasting flash frequency, colorimetric and photometric parameters, such as light spectrum, luminous flux, colour temperature, colour rendering index, chromaticity coordinate and the light spatial distribution curve, were tested and analyzed. The results show that the color coordinates is(0.2952, 0.2996), the color temperature is 7624K, the color rendering index reaches 76.8; flashing frequency is 7.6 Hz. The light distribution curve is a narrow strip shape, the light intensity distribution in the light irradiation direction with the small solid Angle range which can realize remote light. Therefore it’s suitable for the application of anti-threat lighting at night.

anti-threat lighting; lED torch; Light distribution curve; photometry; colorimetry

遼寧省自然基金項目(2014026004)，大連工業(yè)大學創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓練計劃項目(201410152196) 通信作者： 曹冠英，E-mail: gycao@dlpu.edu.cn

TN312.8 TN206

A

10.3969/j.issn.1004-440X.2015.02.006