Новые возможности измерения фотометрических и колориметрических величин светодиодной продукции

12 марта 2013
Описываются этапы разработки, конструктивные особенности и метрологические характеристики комплекса для измерений фотометрических и колориметрических пара-метров светодиодов, созданного в ФГУП «ВНИИОФИ» вместе с четырьмя соответст-вующими методиками выполнения измерений.

Федеральное государственное унитарное предприятие «Всероссийский научно-исследовательский институт оптико-физических измерений (ФГУП «ВНИИОФИ») ‒ ведущее научно-производственное предприятие страны по созданию государственной системы обеспечения единства измерений. Одними из наиболее востребованных направлений его деятельности, с учётом внедрения светодиодов (СД), являются  измерения колориметрических и фотометрических характеристик световых приборов. Решением этих задач занимается научно-исследовательское отделение радиометрии, фотометрии, спектрофотомерии и колориметрии некогерентного излучения (НИО РФСК).  Оно создаёт, совершенствует и хранит эталоны воспроизведения единиц радиометрических, спектрорадиометрических, фотометрических и колориметрических величин и обеспечивает единство в этих направлениях оптико-физических измерений. 

Также НИО РФСК интенсивно занимается:

  • измерениями самосветящих объектов (источники излучения  «традиционные» и светодиодные,светофоры,аэродромные огни,проблесковые маяки и т.д.), а именно измерениями их фотометрических (силы света, с возможностью измерения пространственного светораспределения, светового потока, яркости, освещённости от них, коэффициента  пульсации) и колориметрических параметров (координат цвета и цветности, коррелированной цветовой температуры (КЦТ));
  • калибровкой оборудования для измерения колориметрических величин самосветящих и несамосветящих объектов (координаты цвета и цветности, цветовая температура). 

В рамках развития работ по повышению энергоэффективности лаборатория колориметрии, фотометрии и радиометрии  НИО РФСК в последнее время усовершенствовала используемые измерительные возможности для обеспечения измерений фотометрических и колориметрических характеристик СД и продукции на их основе на новом качественном уровне.

В период 2008‒2009 гг. был разработан и введён в действие метрологический комплекс  для измерения силы света, светового потока, координат цветности и яркости СД-излучателей. Комплекс внесён в Государственный реестр средств измерений (ГР № 41797-09). Он предназначен для обеспечения единства измерений при определении фотометрических и колориметрических  параметров и характеристик СД и продукции на их основе, к которым относятся световой поток, пространственное распределение силы света, координаты цветности, относительные спектры источников излучения и яркость (рис. 1).


Рис. 1. Метрологический комплекс для измерения фотометрических и колориметрических параметров светодиодов

Метрологическая проработка данных, связанная с определением вкладов различных факторов в результаты измерений, представляет собой необходимый этап получения информации на этапах разработки СД-излучателей. Последние имеют узкополосные спектры излучения, и классические методы фотометрии и колориметрии для них не подходят.


Рис. 2. Структурная схема метрологического комплекса для измерения фотометрический и колориметрических параметров светодиодов

Разработка комплекса велась поэтапно. На первом этапе был проведён анализ международного опыта измерений СД [1] и разработана структурная схема метрологического комплекса для измерения фотометрических величин самосветящих объектов. На втором этапе была разработана гониофотометрическая установка для измерения пространственного распределения силы света CД (рис. 2‒4) и разработана соответствующая методика. 


Рис. 3. Гониометр GMS10μ.

Основные элементы установки ‒ гониометр и фотометр с преобразователем производства фирмы X-Rite GmbH Optronic (Германия). Измеряемый излучатель устанавливается в высокоточный механический, автоматизированный гониометр, позволяющий поворачивать излучатель в горизонтальной и вертикальной плоскостях. Сигнал регистрируется фотометром наивысшего класса точности (f11 ‒ показатель качества коррекции под функцию V(λ) ‒не более 0,8%). При этом возможность измерения пространственного распределения силы света позволяет с высокой точностью рассчитывать световой поток. 


Рис. 4. Фотометр SMS10μ

Для определения яркости, координат  цветности, КЦТ и относительного спектра  самосветящих объектов в видимой области спектра в составе комплекса применяется  спектрорадиометр  CS-2000 производства фирмы KoniсaMinolta Ltd (Япония). Он имеет прослеживаемость единицы спектральной плотности энергетической яркости от Государственного первичного эталона ГЭТ-86-89 (рис. 5).


Рис. 5. Спектрорадиометр CS-2000

Основные  характеристики комплекса:

- Гониометр GMS10μ

Диапазоны поворота: в горизонтальной плоскости ‒ ±160°, в вертикальной плоскости ‒  ±130°; точность установки угла поворота ‒ 0,01°.

- Фотометр SMS10С

Фотометр на основе кремниевого фотодиода, скорригированного под функцию V(λ).

- Спектрорадиометр  CS-2000

Прибор  работает в видимой области спектра, от 380 до 780 нм, с возможностью вывода значений длины волны с шагом  в 1 нм.

Основные метрологические характеристики комплекса:

Диапазон измерения силы света, кд:                                            1·10-4 ÷1500

Диапазон измерения светового потока, лм                                 1·10-2 ÷2000

Диапазоны измерения координат цветности

х                                                                                                        0,0039÷0,7347

у                                                                                                        0,0048÷0,8338  

Диапазон измерения яркости, кд/м2:                                   0,001¸300000

Предел допускаемой относительной погрешности при измерении силы света, %                            ±0,2·10-2

Предел допускаемой относительной погрешности при измерении светового потока, %                 ±0,2·10-2

Предел допускаемой абсолютной погрешности при измерении координат цветности, абс. ед.

Dх                                                                                                    ±0,0002

Dу                                                                                                    ±0,0004

Предел допускаемой относительной погрешности при измерении яркости, %                                       0,5

В процессе разработки метрологического комплекса во ФГУП «ВНИИОФИ» на основе экспериментальных данных были разработаны и занесены в федеральный реестр 4 методики  измерений:

- МВИ 02-2009  ФР.1.37.2009.06544 «Методика выполнения измерений (МВИ 02-2009) силы света излучателей на основе полупроводниковых многослойных наноразмерных гетероструктур (светодиодов) с использованием спектрорадиометрического метода».

- МВИ 03-2009  ФР.1.37.2009.06545 «Методика выполнения измерений  (МВИ 03-2009) светового потока  излучателей на основе полупроводниковых многослойных наноразмерных гетероструктур (светодиодов) с использованием гониофотометрического комплекса Optronik 10m».

- МВИ 04-2009  ФР.1.37.2009.06546 «Методика выполнения измерений (МВИ 04-2009) яркости излучателей на основе полупроводниковых многослойных наноразмерных гетероструктур (светодиодов) с использованием спектрорадиометра Konica-Minolta CS-2000».

- МВИ 05-2009  ФР.1.37.2009.06547 «Методика выполнения измерений  (МВИ 05-2009) координат цветности  излучателей на основе полупроводниковых многослойных наноразмерных гетероструктур (светодиодов)».

[1] CIE 127:2007 «Measurement of LEDs» 

Авторы: Т.Б. ГОРШКОВА, И.В. РЫЖКОВ, В.И. САПРИЦКИЙ


Оставить комментарий