分布光度计测量LED路灯光通量的不确定度评定

1、文章编号：1005-5630 0013 )06-0007-04分布光度计测量LED路灯光通量的不确定度评定李蕴，黄昊培，陈江门出入境检验检疫局凯，孙鲁，杨志豪，广东江门 52 9000)，评定LED路灯光通量的不确定度，分析了用，建立数学模型对测量不确定度进行评定，并计摘要：为了减少检测的误差，提高检测结果精确度 分布光度计法测量LED路灯光通量的影响因素 算岀A类、B类不确定度，最终给岀测试结果的不确定度报告。相对扩展不确定度评定结果为 4.13%，置信概率P为99%。结果表明，光谱辐射计的测量误差和标准灯的不确定度所产生的 测量不确定度影响因素最大。关键词：LED路灯；分布光度计；光通量；

2、测量不确定度中图分类号：TH 744.1 文献标识码：A doi: 1 0.396 9/j .issn .1005 63 0.201 3.06.002Assessment of the uncertainty for themeasurement of luminous flux ofLED road lighting using ullield speed goniophotometerLIYun，HUANG Haopei，CHEN Kai，SUNL u，YANGZ hihaoliangmenE ntrysxit InspectionandQ uarantineBureau，Jiangmen

3、，Guandong 5 29000， China)Abstract: In or de r to evaluate the u ncertainty of them easure ment of lum inou s flux of L EDroad lighting usin ggoniop hotometer , andtodecreaseexperimental error and increase theaccu racy of results , the influencing factorsof the measurementof luminous fluxofLEDroad li

4、ghting usinggoniophoto meter arebriefly analyzed， and theuncertainty ofm easurementw as assessed u sing mathe maticalm odel .M eanwhile , theuncertainty for typeAa ndBa recalculated， an dfinal! y theu ncertainty reporto f thetesting resu Its is presented.Theresultsshow that the related expandedu nce

5、rtainty was 4 . 13%，p was 99%. The evaluation indicates that them ajor sou rce ofu ncertainty isthe measuremente rroro fspectroradiometera ndt heu neertainty of reference lamp .Key words ： L EDroad lighting； full-fiel d speed go niop hotometer ； lum inous flu x ； unce rtainty of measurement*收稿日期 基金项

6、目 作者简介近年来，随着LED新技术的不断应用 ，LED产品得到越来越广泛的应用，市场需求不断扩大，同时也 对LED产品的品质及其评价提岀了更高的要求1'o积分球系统测量 LED室内灯具光通量方便 快捷，但 由于积分球自身半径的限制，用积分球法测量LED路灯光通量是不适用的。LED路灯的光通量测量需201 3-06-8国家科技支撑计划2012BAH25F09)李 蕴1987-，男，河南南阳人，助理工程师，主要从事 半导体光电产 品光色 热检测 方面的 研究。第6期李 蕴，等：分布光度计测量 LE D路灯光通量的不确定度评定-9 -要采用全空间分布光度计来实现，探测器旋转式分布光度计是以

7、照度分布积分法来实现总光通量测量 的，照度积分法是多数国家计量实验室建立光通量国家基准的方 法，它也是国际公认的最高精度的总光 通量测量方法2'。在LED的光色性能测试中，由于LED本身特性的特殊性、测试方法与仪 器性能的差另卜操作的不规 范等因素，故往往难以得到比较一致、准确的结果3'。根据CNAS-GL05 -201 1测量不确定度要求的实 施指南菇要求，申请认可的检测实验室、校准实验室需要建立测量不确定度评估程序，因此对分布光度 计测量系统的不确定度评定是必要的。本文选定了功率较大的LED路灯作为检测样品，使用双镜式分布光度计对其光通量的测量不确定 度评定。1 试验部分1

8、.1 主要仪器双镜式分布光度计远方/go5000）、变频电源远方/TPS500E）、功率计远方/PF2010 A）、2 . 0 m 传导光纤、标准灯远方/D908）、温湿度测量仪等 。1 .2 测定方法将被测led灯具夹持在分布光度计上，使发光中心处于分布光度计的旋转中心。在足够多的发光 平面上，以足够小的角度间隔测量以分布光度计的光度探测器到被测led灯具发光中心之间的 距离为 半径的虚拟球面上的各点照度5'。采用数值积分法计算岀 led灯具的总光通量：4 n2n na)/ / e £，n）dQ = /o/Ze） sins de dn式中：tot为总光通量；为虚拟球面的半径

9、；Stot为虚拟球上的表面面积；s，）为空间角。2 数学模型国家计量技术规范JJF 1059-1999测量不确定度评定与表示中规定：测量中，被测量Y即输岀量） 由N个其他量X1,X2,，Xn通过函数关系f来确定，即：)Y = f,X2，Xn）式中，X1是对测量结果Y产生影响的量，该式称为测量 模型或数学模型。LED路灯的光通量是可以直接测量得到的 ，所以采用下面的数学模型：=$ + 3）式中：为被测样品光通量的修正值，单位冷为光通量的测量值，单位Im； 为测量的各种误差，单 位1 m。3 测量不确定度的来源1）被测路灯测量的重复性造成的不确定度；2 ）标准灯D908测量不确定度造成的不确定度；

10、3）HAAS-2000光谱辐射计不确定度造成的不确定度; iD-LOO0线性探测器的测量误差造成的不确定度；5） DPS1060变频交 流电源电压波动造成的不确定度；6）光纤的传输偏差造成的不确定度；0）灯具的燃点位置和移动造成的不确定度；8）转台的转动精度造成的不确定度；9）暗室 的环境温度和 气流波 动造成的不确定度 ；10）杂散光造成的不确定度；© IZE 2014 China Acadcrnic Jmmal riettronic Fublisliiilg House. All riglits reserved, hiip:./11）反射 镜的灰 尘造成的不确定度等等4不确定度

11、分量的计算4.1 标准不确定度的A类评定在JJF 1059 1999测量不确定度的评定与表示中，用对观测列进行统计分析的方法，来评定标准 不确定度。也称为A类不确定度评定，用ua表示6'o测量参数设置如下：测量次数光通量/Im平均值/m1116 322116403116 3341162611634511645611630表1光通量测量 数据表Tab .1 List of luminous fluxC角度范围：0360，间隔：10 .0 ；Y角度范围：0180，丫角度间隔：1 .0 ;测试距离远场30.00 mo对LED路灯随机重复测量6次的统计数据如 表1所示。试验标准差为：&

12、 )=6 .97 Imf. n4)£ s Q =际式中：s &）为试验标准差；©为每次光通量的测量值，单位Im；为光通量测量的平均值 本评定6次的 平均值），单位lm；n为测量次数。则A类标准不确定度为ua = S _ a4.2 标准不确定度B类的评定JJF 105 9 1999 测量不确定度评定 标准不确定度，也称B类不确定度评定吊）=2.85 Im；自由度：A = n 1 =5与表示规定，用不同于对观测量进行统计分析的方法，来评定，用UB表示。当输入量的估计量Xi不是由重复观测得到时，其标准偏差可用对XI的有关信息或资料来评估类评估的信息来源可来自：校准证书、检

13、定证书、生产厂的说明书、检测依据的标准、引用手册的参考数 据、以前测量的数据、相关材料特性的知识等o1）若资料如校准证书）给岀了 Xi的扩展不确定度u Xi）和包含因子k,则Xi的标准不确定度为：6)ub = u Xj )=k2）若由资料查得或判断xi的可能值分布区间半宽度与a通常为允许误差限的绝对值）则：6)鎚=，癒1此时k与Xi在此区间内的概率分布有关参见JJF 1059附录B概率分布情况的估计”）。 4.2.1标准灯D908测量不确定度造成的不确定度查询标准灯 D908的校准证书可以得到，标准灯的不确定 度为1 .5% ,1 =2;认为灵敏系数ci =则 u1=u Xj)= a1=0-0

14、15 1 1 634 = 87.26 Im k14.2.2 HAAS 000光谱 辐射计 不确定度造成的不确 定度查询HAAS000光谱辐射计的校准证书可以得到，不确定度为2 . 0% ,k2 =2；认为灵敏系数) a 0.02 X 11 634，C2 =_=1,贝U u2 =u Xj) = =116.34 ImSX 2k224.2.3 ID000线性探 测器的测量误差造成的不确定度V 1 穿毎-a 同：一：心花尢览 J-All tian > 巴，ID-1000线性探测器的测量误差小于±1.0%,误差为均匀分布，则k3=槡，认为灵敏系数c3= 1，则腿3a30.01 X 116

15、34=67.17 Imk3穩4.2 .4 dpS1060变频交 流电源电压波动造成的不确定度查询DPS1060变频交流电源的校准证书可以得到，不确定度为0.12%, k4 = 2；认为灵敏系数腮.则/、 a40.001 2 X 1 1 6346 98 lC4 = 1 ,贝U U4 = U kj) = = = 6.98 l mk424.2.5灯具的安装位置和 移动以及转台的转动精度造成的不确定度'丫经验可知，这两项影响造成的误差W ± 1%，认为误差服从均匀分布，则k5 =槡3,认为灵敏系数C5 = 魁 =1,艇5使用十字激光对准器对灯具的安装位置和转动中心位置校准，转角精度:

16、C轴0.。,轴0 .r o根据U5=u kj) = = 0-01 X 11 634 =67.1 7 lm k54.2.6 暗室的环境温度和 气流波 动造成的不确定度暗室温度控制在25+1.0 C,温度准确度为±0.2 根据检测数据统计，这两项影响造成的极限误差WC,灯具周围空气的运动速度应不超过0.2 m/so ±1%,认为这两项造成的误差服从均匀分布，则斗Kiff/、 a 0 .01 X 11634<6=槡，认为灵敏系数 C6=1,u6=u kj ) = = 67 .1 7 Im聰6k6槡34.2.7光纤的传输偏差造成的不确定度、杂散光造成的不确定度、反射镜的灰尘

17、造成的不确定度因为目前没有明确的误差参数，本次的不确定度评定无法对这三个因素造成的不确定度进行评定oB类标准不确定度一览表见表2o表2 B类标准不确定 度一览表Tab .2List of typeBevaluation of uncertainty标准不确定度分量U不确定度来源分布类型k传播系数不确定度分量值/ImU 1标准灯D908的测量不确定度梯形分布2187 .26U 2HAAS-000光谱仪不确定度ID-梯形分布21116 .34U 31 000线性探测器的测量误差DPS均匀分布屋167 .17U 41 060变频交流电源电压波动梯形分布216.98U 5灯具的安装位置和移动转台的转动

18、精度均匀分布槡3槡167 .17U 6暗室的环境温度和气流波动均匀分布167 .174.3 由A类和B类标准不确定合成的标准不确定度Uc =槡U A + u1 + u2 + U3 + U4 + U5 + U6 =槡2.852 + 87 .262 + 1 16 .342 + 67.1724 .4 扩展不确定度根据JJF 1059 1999 测量不确定度的评定与表示Up =+ 6.982 + 67.1 7 + 67.172 = 1 86 .39要求，扩展不确定度用下式计算:kpU cImQ)Up为以置信概率p提供置 信区间输岀值的扩展不确定度 标准不确定度。；心为给定置信概率P的包含因子8)；Uc

19、为合成的置信水准为99%时,=2 .58,则扩展不确定度为：U 99% = k99%uc = 2.58 X 186.39 = 48089 Im下转第42页)相对扩展不确定度为= 480.89+11 634 X100%=4.13%© 1 仔円.-TI间 L4花兀 Li上 上匚匸:訂)二 -42 -光学仪器第35卷等工作。在PCB圆孔光电图像定位中，为提高检测精度 、降低内存空间、减少计算时间，利用快速Hough 变换检测圆心，然后进行中值滤波和算术滤波，得到最终圆心坐标。经过现场初步的整机调试，各项性能指标达到了预期设计目标，即冲孔误差为小于18 m,钻孔速度平均每个为0.35 s。

20、(1参考文献:1：2：袁 鹏，吴忻生.PCB 板定位孔打孔机系统设计与实现 fc：/ Inte rnationalConferenceon Co mputati onal Intelligen ceandIndustrial a pplieatio n,武汉:Wuh an In stituteofT ech nology , 20 10 ： 35 9 362 .边 巍，刘奎武.基于arm的带线缝合针打孔机数控系统设计卩：.机床与液压,20 12 ,40 8):1 37 139 .3：4：5：B：章毓晋.图像分割M：.北京：科学出版社，200 1.柏长冰，齐春，宋福民，等.Hough变换快速检测

21、圆形PCB Mark 口：.光电工程，2005,32 9 ):75 78.王 磊，陈临强.基于弦中点Hough变换的同心圆检测方法D：.计算机应用，2009,29 7 ) 7 937 1939 .庄 可，林 斌，程 亮.S3C4510B芯片在远 程数字视频监控系统 中的应用 .光学仪器，2005,27 5 ):38 42.上接第10页)从双镜式分布光度计对大功率LED路灯的光通量测量 不确定度的评定 可以看岀，HAAS 000光谱 辐射计的测量误差和标准灯D908的不确定度对测量不确定度影响 要高；光通量标准灯应定期计量，尽量采用与样品光通量相接近、色温接近、外形尺寸相近的标准灯泡进比较大。因此光谱辐射计选用的精度行光通量标定；对于灯具的安装位置和移动、转台的