LED路燈相對(duì)光衰的現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)方法

LED光源具有耗電量小、壽命長(zhǎng)、智能控制、綠色環(huán)保、顏色可調(diào)、易維護(hù)等優(yōu)點(diǎn)，被認(rèn)為是21世紀(jì)最有競(jìng)爭(zhēng)力的新型綠色照明光源。推廣應(yīng)用LED照明已成為解決節(jié)能減排的有效途徑之一。2009年以來，全國(guó)各地通過應(yīng)用示范推動(dòng)LED產(chǎn)業(yè)發(fā)展，特別是LED路燈的應(yīng)用推廣進(jìn)展很快。

對(duì)于一個(gè)新興的產(chǎn)品，大功率LED是半導(dǎo)體照明的關(guān)鍵器件，大功率LED在可靠性方面還有不足之處。散熱不暢，會(huì)對(duì)LED的半導(dǎo)體器件造成不可逆的損傷，導(dǎo)致其光譜紅移，使用壽命縮短和光衰問題。

由于LED路燈技術(shù)特點(diǎn)及其工作環(huán)境的復(fù)雜性，單一的實(shí)驗(yàn)室檢測(cè)手段很難滿足LED路燈本身嚴(yán)格的測(cè)試要求。而LED路燈的壽命測(cè)試尤為重要，但其現(xiàn)場(chǎng)光衰檢測(cè)技術(shù)及檢測(cè)設(shè)備目前還處于空白狀態(tài)。

目前，LED路燈的光衰測(cè)試，一般采用拆燈拿回實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行測(cè)量的方式，但測(cè)試流程繁瑣，實(shí)操性差不易實(shí)現(xiàn)。

LED路燈現(xiàn)場(chǎng)光衰測(cè)試方面缺乏明確的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)、檢測(cè)儀器、及有效監(jiān)控手段，這導(dǎo)致目前市場(chǎng)上的LED路燈產(chǎn)品質(zhì)量參差不齊，LED路燈光衰問題嚴(yán)重影響部分節(jié)能改造工程的應(yīng)用示范效果。

因此，本文對(duì)LED路燈光衰的現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)方法進(jìn)行深入研究。

基于相對(duì)光衰的原理，研究得到一種符合LED路燈乃至其它LED照明燈具的現(xiàn)場(chǎng)光衰測(cè)試方法，并開發(fā)相應(yīng)測(cè)試裝置，解決目前實(shí)驗(yàn)室燈具光衰壽命檢測(cè)普遍存在與實(shí)際應(yīng)用環(huán)境差別大、測(cè)試時(shí)間過長(zhǎng)、流程復(fù)雜、成本高及不易于監(jiān)測(cè)光衰導(dǎo)致失效的時(shí)間點(diǎn)等難題，對(duì)于整體提升LED照明產(chǎn)品質(zhì)量和促進(jìn)LED產(chǎn)業(yè)健康發(fā)展具有非常重要的意義。

實(shí)驗(yàn)室光衰檢測(cè)方法

目前，在LED路燈的光衰壽命檢測(cè)主要是在理想實(shí)驗(yàn)室環(huán)境中進(jìn)行。

依據(jù)LB/T001—2009《整體式LED路燈的測(cè)量方法》、CJ/T420—2013《LED路燈》、GB/T24907—2010《道路照明用LED燈性能要求》、GB/T24824—2009《普通照明用LED模塊測(cè)試方法》等標(biāo)準(zhǔn)，在標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定條件下，老煉LED路燈，直到老煉時(shí)間t至少達(dá)到6000小時(shí)，至少每隔1000小時(shí)測(cè)量LED路燈的總光通量Φi，按照公式(1)計(jì)算，與初始光通量Φ0比較得到其光通維持率ΔΦ即光衰。

同時(shí)部分標(biāo)準(zhǔn)為了測(cè)試簡(jiǎn)便，推薦一種相對(duì)光通維持率(相對(duì)光衰)的測(cè)試方法，即是在規(guī)定距離的燈下點(diǎn)的光照度E替代光通量Φ，按照公式(2)來計(jì)算光通維持率，測(cè)試示意圖如圖1所示。

圖1 相對(duì)光通維持率(光衰)測(cè)試示意圖

Fig.1 Relative lumen maintenance (light attenuation)

公式(1)、(2)中，Φ初始和Φi分別代表老煉初始時(shí)間t初始和某時(shí)間點(diǎn)ti的光通量，E初始和Ei分別代表老煉初始時(shí)間t初始和某時(shí)間點(diǎn)ti的相對(duì)照度。

現(xiàn)場(chǎng)光衰檢測(cè)方法

本文參考實(shí)驗(yàn)室推薦的相對(duì)光通維持率(光衰)的簡(jiǎn)便測(cè)試方法，利用LED路燈在照射范圍內(nèi)某固定點(diǎn)的光照度與整燈光通量基本成線性變化關(guān)系的原理，研究一種LED路燈相對(duì)光衰的現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)方法。

如圖2所示，通過測(cè)試照射范圍內(nèi)燈桿某測(cè)試點(diǎn)的光照度E來代表相對(duì)光通量Φ，從而計(jì)算LED路燈的相對(duì)光衰變化趨勢(shì)。

圖2 LED路燈現(xiàn)場(chǎng)相對(duì)光衰測(cè)試示意圖

Fig.2 LED street lamp onsite relative light attenuation testing

開發(fā)符合要求的光照度測(cè)試裝置是LED路燈現(xiàn)場(chǎng)相對(duì)光衰測(cè)試方法的最關(guān)鍵研究?jī)?nèi)容，通過充分考慮LED路燈道路照明現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用環(huán)境的復(fù)雜性和嚴(yán)酷氣候條件，針對(duì)性開發(fā)間隙性光照度測(cè)試裝置，如圖3所示，解決了在現(xiàn)場(chǎng)自動(dòng)檢測(cè)某測(cè)試點(diǎn)照度以其來計(jì)算LED路燈的相對(duì)光衰的技術(shù)難題。

圖3 間隙性光照度測(cè)試裝置機(jī)械結(jié)構(gòu)圖

Fig.3 The mechanical structure drawing of testing equipment of intermittent illumination

在測(cè)試前利用雙向轉(zhuǎn)角電機(jī)實(shí)現(xiàn)照度探頭自動(dòng)彈出，探頭穩(wěn)定30秒后開始測(cè)試，再過30秒完成本次照度測(cè)試并由雙向轉(zhuǎn)角電機(jī)收回照度探頭，利用彈出和收回機(jī)制不但保護(hù)了照度探頭，還有效避免照度探頭長(zhǎng)時(shí)間暴露于光照下而延長(zhǎng)探頭的壽命。

為了解決光電探頭較長(zhǎng)時(shí)間使用過程中存在漂移的問題，本測(cè)試裝置專門添加標(biāo)準(zhǔn)光源和兩個(gè)遮光光欄實(shí)現(xiàn)照度探頭的自校功能;同時(shí)該裝置內(nèi)置于防護(hù)外殼，以達(dá)到保護(hù)核心部件避免雨淋或其它可能破壞裝置的氣候因素，整體提升測(cè)試裝置的可靠性。

光照度檢測(cè)裝置還包括基于C51單片機(jī)開發(fā)的控制電路，該控制電路與照度探頭、雙向轉(zhuǎn)角電機(jī)及標(biāo)準(zhǔn)光源對(duì)應(yīng)連接，控制電路可控制雙向轉(zhuǎn)角電機(jī)、標(biāo)準(zhǔn)光源通斷以及照度探頭采集照度值并臨時(shí)存儲(chǔ)，再通過GPRS或ZigBee無線通信方式將所測(cè)得的光照度值遠(yuǎn)程傳輸至上位機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)存儲(chǔ)及跟蹤分析。

現(xiàn)場(chǎng)光衰測(cè)試結(jié)果分析

利用本單位自有道路建設(shè)了一條長(zhǎng)120米，可安裝12盞LED路燈的現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試道，并在LED路燈測(cè)試道分別安裝了電參數(shù)測(cè)試模塊和間隙性光照度測(cè)試裝置，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)LED路燈在半年來的工作電壓、有功功率和相對(duì)光衰等參數(shù)變化情況。

例如某LED路燈在近3個(gè)月的監(jiān)測(cè)結(jié)果分別如圖3～圖5所示。

圖3 工作電壓變化曲線

Fig.3 The curve of working voltage change

圖4 有功功率變化曲線

Fig.4 The curve of active power change

圖5 相對(duì)照度 (光衰) 變化曲線

Fig.5 The curve of relative illumination change

圖5反映出該LED路燈在近3個(gè)月的運(yùn)行中出現(xiàn)一定程度的光衰，最大光衰約6%，同時(shí)通過線性回歸計(jì)算得到的趨勢(shì)變化直線反映該LED路燈的光通維持率基本上一直處于下降通道。

電參數(shù)和光衰變化曲線通過歸一后得到的變化曲線如圖6所示，分別對(duì)有功功率和相對(duì)照度進(jìn)行線性回歸計(jì)算得到的趨勢(shì)變化直線反映兩者同時(shí)處于下降通道，但對(duì)引起LED路燈光衰的因素是多方面的，還需要進(jìn)行大量的相對(duì)光衰現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試。

若要得到引起光衰的相關(guān)因素或找出這些參數(shù)的相關(guān)性，還需要結(jié)合其它因素的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)據(jù)挖掘分析才能確定引起LED路燈光衰具體是哪些主要因素。

圖6 歸一化后的變化曲線

Fig.6 The change curve after the normalization

從測(cè)試結(jié)果得出間隙性光照度測(cè)試裝置確實(shí)實(shí)現(xiàn)了對(duì)LED路燈現(xiàn)場(chǎng)光衰連續(xù)有效監(jiān)測(cè)，基于間隙性光照度測(cè)試裝置的LED路燈相對(duì)光衰測(cè)試方法是可行的。

結(jié)論

本文提出的基于間隙性光照度測(cè)試裝置的LED路燈相對(duì)光衰測(cè)試方法，既彌補(bǔ)了LED路燈的現(xiàn)場(chǎng)光衰測(cè)試技術(shù)空白，通過自動(dòng)化克服了LED燈具具有壽命長(zhǎng)、緩慢光衰變化的特點(diǎn)，也解決了傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)室光衰方法普遍存在與實(shí)際應(yīng)用環(huán)境差別大、測(cè)試時(shí)間過長(zhǎng)、流程復(fù)雜、成本高及不易于監(jiān)測(cè)光衰導(dǎo)致失效的關(guān)鍵時(shí)間點(diǎn)等問題。

同時(shí)本測(cè)試方法還可同理擴(kuò)展至其它LED燈具的現(xiàn)場(chǎng)光衰測(cè)試，為目前各級(jí)政府正在大力推動(dòng)的半導(dǎo)體照明示范工程建設(shè)提供有效監(jiān)控手段，保障照明產(chǎn)品質(zhì)量和工程質(zhì)控，具有較好的研究和推廣價(jià)值。

然而，對(duì)于LED燈具現(xiàn)場(chǎng)相對(duì)光衰測(cè)試及測(cè)試裝置開發(fā)的后續(xù)研究工作，重點(diǎn)在通過實(shí)驗(yàn)室光衰與現(xiàn)場(chǎng)相對(duì)光衰的比對(duì)測(cè)試測(cè)試結(jié)果進(jìn)行驗(yàn)證，進(jìn)一步提高測(cè)試結(jié)果的準(zhǔn)確性，同時(shí)在安裝方便性、高復(fù)現(xiàn)性等開展后續(xù)的深入研究，并通過多種途徑進(jìn)行有效應(yīng)用推廣。