可见波段LED光谱标准灯的研制.docx

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1、可见波段1ED光谱标准灯的研制摘要：在光辐射测量领域由于缺少在380450nm波段光谱功率足够大的标准光源，使得该波段的测量不确定度明显高于其余可见光波段，不能满足高精度测量的需求。基于1ED多光谱匹配技术，研制了一种宽波段1ED光源，将白光1ED的光谱拓展至整个可见光波段。该方法为标准光源的研制提供了一条新的技术路线。实验结果表明，6种1ED芯片与特制荧光粉所匹配的宽光谱1ED具有良好的重复性和稳定性，光通量的重复性优于0.3%,色温的重复性为3K,与白炽标准灯相当；用所研制的宽光谱1ED作为标准灯标定红、绿、蓝、白1ED的总光通量和色品坐标与白炽标准灯的偏差在不确定度范围之内。关键词：标准

2、光源；1ED；光谱匹配；光谱总辐射通量；不确定度引言用于光辐射量值保存和传递的标准灯是光辐射测量中的重要标准器，性能优良的标准灯是保证光辐射量值一致统一的基础。长期以来由于缺少在可见波段的蓝端光谱功率足够大的标准光源1,使得380-450nm波段的测量不确定度明显高于其他波段，不能满足电光源、生物、材料、航空领域和科学研究等对高精度测量的需求。1ED光源的光谱具有可调制的特点，可以通过一定的方法增强蓝端的光谱功率，这为新型标准灯的研制提供了一条新的技术途径。然而市场上出售的普通白色1ED的光谱不能完全覆盖380780nm,在420720nm波段以外能量很低2,仅适用于光度量值的传递。因此，为提

3、升白色1ED在420720nm波段以外的能量，本研究采用6种不同峰值的1ED,并配备专用的荧光粉，将白光1ED的光谱拓展至整个可见光范围，尤其是提高了蓝端的光谱功率。这种宽波段的白色1ED代替白炽灯进行光谱总辐射通量、辐射照度、辐射亮度的量值传递，或作为参考光源用于探测器相对光谱灵敏度的标定,在蓝端能有效地降低测量结果的不确定度。1标准灯现状光辐射测量标准器伴随着人工照明光源的发展而发展。I860年人类历史上最早的光辐射测量标准器“蜡烛”诞生了，特制的蜡烛在一定的条件下点燃，规定火焰水平方向的发光强度为1Cdo之后使用液体染料的“卡索尔灯”和“赫夫纳灯”出现了，1909年美、英、法三国协议用一

4、组45支碳丝白炽灯来保存发光强度的单位，从那时起白炽灯便成为光辐射测量的标准器，由于其良好的量值再现性和长期稳定性，一直沿用至今。白炽标准灯的制作工艺复杂、价格昂贵，从商业渠道获得科学级别的标准灯变得越来越困难3o研制新的适合光辐射度量值传递的标准灯是国际光辐射计量的一个热点，许多国家计量院都投入了巨大的人力和物力开展此领域的研究工作。国际计量和标准化组织正在致力于建立基于1ED的光度量值传递体系及采用1ED作为发光体的标准器的研制4。“新的用于光度、色度、辐射度测量的标准光源”(newca1ibrationsourcesandi11uminantsforphotometry,co1orime

5、try,andradiometry)被国际照明委员会(C1E)列入十大战略规划，光度辐射度咨询委员会(CCPR)成立了专门的工作组探索使用白光1ED作为光度测量的传递标准的可行性5,6o韩国开发了具有高色温和低色温的基于1ED芯片的总光通量测量标准灯，并可根据客户要求定制。日本计量院(NMIJ)与日亚公司(NICHIA)合作研制了宽波段1ED标准光源，用于1ED平均光强、总光通量、辐射通量和光谱辐射通量的量值传递，如图1所示2。小商桥位于河南省漠河市临颍县皇帝庙乡商桥村，南北跨小商河之上。该桥北去县城13公里，南距7累河12公里，东临107国道，西靠京广铁路，正当临颍、邸城两县交界处，历史上为

6、南北交通要冲。SJ=二rq/A=SU(JJ1.00.80.60.40.20400500600700WaveIengthZnin图1NMIJ研制的覆盖整个可见波段的白光1ED的光谱图Fig.1Spectrumofwhite1EDwithexpendedwave1engthdeve1opedbyNMIJ2光谱拓展方法我们采用数字模拟的方法，对于一组不同波长的1ED芯片，其在某一输入控制电流d时的混合光谱功率分布(SPD)Sm(,d)可表示为nSm(,d)=Si(,d1)i=1式中人表示波长，这里取值范围为380780nm,d为输入控制电流，n为本研究所使用的不同峰值波长的1ED芯片的数量，Si(入

7、，di)代表第i个1ED芯片在其输入控制电流为di时的SPD7o考虑到1ED芯片的光谱特性往往随其输入控制电流发生变化，各1ED芯片在任意有效控制电流时的SPD通过预先测得的其一系列控制电流时的SPD插值获得。因此，通过调整各1ED芯片的输入控制电流d可混合出目标SPD。这里的目标SPD为CIE标准光源E(等能光源)8,则这一调整过程可转化为求解式(2)的最小值问题：根据以往经验，旅游业是奥运效应受益最大的产业之一4,2008年，北京奥运会的成功举办为北京带来了604万的外国游客，当年旅游创汇达到60亿美元。2014年，索契冬奥会使当地旅游收入提高约50%,可见，奥运期间猛增的游客数量将为北京

8、市带来巨大的经济效益。“九天”吃饭前向神明感恩、始终强调阵头基本功、强制传承者学习传统阵头的基本范型，这些都是传统体育自我管理的表现。学界认为任何范型一旦形成传统，也就成为绝大多数人约定俗成的做法，大家都会遵从的。这些现存的传统是一种长期沉淀的范型，个人要改变本来就既定的东西极其困难。本尼迪克特(RUthBenedict)认为：“自出生就受到风俗的熏染，长大后参加了文化创造活动，文化的习惯就是他的习惯，文化的信仰就是他的信仰”10。opt=argmin1(Z)JSm(,d)-Sz(A)Sz()式中，dopt代表所要寻求的各1ED芯片的输入控制电流，f1(d)代表光谱匹配精度评价指标(P)9。本

9、研究最终采用一组由6种窄带1ED和特制荧光粉方案，白光1ED的光谱拓展至整个可见光波段，光谱如图2所示。所研制的宽光谱1ED为板上芯片(COB)封装，每个COB由48颗1ED芯片串并联构成，设置电压为37V,电流为200mA,当采用220.0OV的交流供电时，电流为图2两种宽光谱1ED的相对光谱功率分布Fig.2Re1ativespectra1powerdistributionoftwowidespectrum1ED1amps3实验结果对于所研制的1ED灯，我们进行了短期稳定性考核，测试时将COB1ED封装固定在一个半导体制冷的夹具上，设定温度为25C。随机选取一只灯点燃，预热5min后进行测

10、量，关断后冷却30min,再重新进行测量，共进行7次测量，测量结果如表1所示。我们还在间隔3个月后重复测量了所研制的4只样灯，以考察其长期稳定性，测量结果如表2所示。感官质量鉴定采用专家组评吸法进行。评价指标包括香气质、香气量、杂气、刺激性、余味、燃烧性和灰色得分以及感官质量总分。以0.5分为最小的记分单位，各感官指标满分分值分别是香气质18分、香气量16分、杂气16分、刺激性20分、余味22分、燃烧性4分、灰色4分，合计100分。评吸在室内自然通风条件下进行。表1宽光谱1ED点燃重复性Tab1e1Repeatabi1ityofwidespectrum1ED测量次数电流/mA电压/V总光通量/

11、Im色温/K120.OO32.72448.5054963220.0032.72448.5024962320.0032.72448.5054960420.0032.72448.5014962520.0032.72448.5014963620.0032.72448.5054963720.0032.72448.5024962测量次数电流/mA电压/V总光通量/Im色温/K120.0032.72448.5054963220.0032.72448.5024962320.0032.72448.5054960420.0032.72448.5014962520.0032.72448.5014963620.00

12、32.72448.5054963720.0032.72448.5024962表2宽光谱1ED三个月间的点燃重复性Tab1e2Repeatabi1ityofwidespectrum1EDatthreemonths灯号第一轮第二轮两轮偏差光通量/Im色温/K光通量/Im色温/K光通量/Im色温/K宽149.98386649.9838660.00%0宽250.58399150.5839890.00%2宽348.38496448.504964-0.25%0宽450.21496550.224962-0.02%3灯号第一轮第二轮两轮偏差光通量/1In色温/K光通量/Im色温/K光通量/Im色温/K宽149

13、.98386649.9838660.00%0宽250.58399150.5839890.00%2宽348.38496448.504964-0.25%0宽450.21496550.224962-0.02%3从表1和表2可见，宽光谱1ED灯具有良好的重复性和稳定性，间隔3个月光通量的变化小于0.3乐色温的最大变化为3K,与白炽标准灯相当。为了验证宽光谱1ED灯作为光谱总辐射通量灯的量值传递能力，我们用配CAS140-CT光谱辐射计的球形光谱辐射计测量红、绿、蓝、白光1ED的光通量和颜色参数并同白炽灯作为传递标准的测量结果进行比对，如表3所示。表3宽光谱1ED标准与白炽标准的比较Tab1e3Comp

14、arisonofwidespectrum1EDandincandescentstandard被测灯标准灯光通量X白S1028宽15.205Im0.30750.3248白炽灯5.170Im0.30750.3248偏差0.7%0.00000.0000红S1027宽10.6486Im0.69380.3060白炽灯0.6505Im0.69370.3059偏差-0.3%0.00010.0001绿S1701宽17.3500Im0.17520.7320白炽灯7.299Im0.17520.7329偏差0.7%0.0000-0.0009蓝S1024宽10.8957Im0.13610.0544白炽灯0.8860I

15、m0.13590.0542偏差1.1%0.00020.0002被测灯标准灯光通量xy白S1028宽15.205ImO.30750.3248白炽灯5.170ImO.30750.3248偏差0.7%0.00000.0000红S1027宽10.6486ImO.69380.3060白炽灯0.6505ImO.69370.3059偏差一O.3%0.OOO10.OOO1绿S1701宽17.350OImO.17520.732O白炽灯7. 299ImO.17520.7329偏差0.7%0.0000-0.0009蓝S1024宽10.8957ImO.13610.0544白炽灯0.8860ImO.13590.0542偏差1.1%0.00020.0002从表3可见，使用宽光谱