实验7 LED 光强分布测试实验

一、实验目的

1. 了解和掌握LED 光强分布的测试原理；

2. 掌握LED 光强分布测试基本操作和数据处理方法；

3. 学会设计符合某种要求的配光曲线。

二、仪器用具

LED520 LED 光强分布测试仪，电脑，直插式LED 灯若干个

三、实验原理

基于LED 各个应用领域的实际需求，LED 的测试需要包含多方面的内容，包括：电特性、光特性、开关特性、颜色特性、热学特性、可靠性等。类似于其它光源，LED 光特性的测试主要包括光通量和发光效率、辐射通量和辐射效率、光强和光强分布特性和光谱参数等。

光强的定义为：单位立体角光源辐射出去的光通量。点光源光强在空间各方向均匀分布，在不同距离处用不同接收孔径的探测器接收得到的测试结果都不会改变，但是LED 由于其光强分布的不一致使得测试结果随测试距离和探测器孔径变化。LED 灯在行内的光强测试才具有统一的标准。在光强测试系统中，测量是通过转动LED 的垂直转轴并且探头保持不动来实现的。因为垂直转轴通过LED 的光学中心，所以这就相对于探头绕着LED 在离LE D 一定距离的球面上作圆周运动（图7-3）。

图7-3 LED 光强分布测试原理图

根据光度学相关知识可以知道，照度和光强的关系可以由下式来表示：

2

cos r I E θ= （7-1）

式中：E 为照度，I 为光强，r 为光源到光接收面的距离，θ为光束中心与光接收面法线的夹角。在本系统中，θ始终为0，所以cos θ始终为1，由此可以推导出公式：

2r

I E =

（7-2） 因此， 2r E I ?= （7-3）

照度值E 由仪器测出，光源到探头的距离r 由用户按规定条件设定，那么光强值也就得到了。

本系统测试的另一个参数等效光通量Ф是在假设LED 的发光特性在同一环带上是各向同性的前提下通过光强对立体角的积分来得到的，即将测试平面内（X 平面）两个与光轴夹角相等的测试点光强值作算术平均后得到一条X 平面内的光强分布曲线（关于光轴对称），见图7-4。然后将这条曲线绕光轴旋转180°得到LED 在整个空间的光强分布。计算公式如下式所示：

?Ω?=Φi i d I （7-4）

式中，I i 为两个与光轴夹角相等的测试点光强的算术平均值，Ωi 为同纬度环带立体角。即，假想一个以LED 光学中心为球心、LED 光轴为极轴、测试距离为r 半径的球面，把光强分布曲线测试点的光强等效成球面上同纬度环带的平均值。

图7-4 X 平面内光强分布及等角度环带图

四、实验内容和要求

1. 光强分布测试步骤和内容：

（1）判断直插式LED 灯是正负引脚（长脚为正极，短脚为负极）。

（2）将LED 灯安装到灯座上。安装时，一边扶住灯座，一边将LED 引脚插入灯座的引脚插入孔内，请注意LED 极性（灯座台的左插口为正极，右插口为负极）。

（3）调整的探头位置

（4）打开电脑桌面快捷方式的 “ LEDitesv1.00700”软件。进入软件窗口，如图7-6所示。

（5）初步测试 (灯座的罩壳不盖上)

操作方法：

（a ）选择“文件”菜单，单击“新建”，在弹出如下的对话框中，选择光强分布测试，按确定。

在弹出如下的对话框中，选择按CIE条件A （远场），其它参数系统设定，不需要改变。

图7-8 选项卡

（b）选择“操作”菜单中的“点亮”选项，把LED灯点亮起来，然后选择“操作”菜单中“测试”这时候，软件会自动关闭（系统安装出现的问题，可以不必理会）。

（6）正式测试

操作方法：

(a)盖上LED灯座的罩壳，重新打开软件；

(b)按照上面初步测试的步骤，重新测试一次

(c)测试完毕后会出现图7-9的界面；

最后，导出实验数据。

（7）换下另一种类型的LED灯，重复步骤（1）-（6）。

图7-9 光强测试界面

2. 实验要求

（1）测试和分析至少三种不同形状LED灯的光强分布特点，总结出规律。

（2）利用导出的原始数据和相关数据处理软件，重新画出LED光强分布的极坐标图。

（3）实验报告严格按照标准实验报告的格式完成。

五、实验数据处理：

五、思考问题

1. 在光强分布测试中，如何通过导出的数据画出三维光强分布图？

答：通过测试可以得到多个平面的光强分布极坐标图，如C0-180、C15-195、C30-210等平面，在把这些平面的极坐标原点、坐标轴重合在一起可以得到一个笼状的三维立体图，再拟合各条曲线之间的空隙就可以得到了。

2. 在相同的LED灯的光强分布测试中，选择远场或者近场测试，其测试结果有什么区别？在什么情况下该采用哪种测试模式比较合适？

答：远场测试适合大功率LED，近场测试适合小功率LED。因为小功率LED采用远场测试，会使测试的曲线过小，大功率LED用近场测试则会使光强过大超过传感器量程。

3. 如何利用已测量的三种不同LED灯的配光曲线来组装一个符合路灯设计的小型路灯？

答：首先要知道路灯高度，以及路面最低照度要求，结合LED的配光曲线，将多个led 一起使用，使得叠加的光强符合要求，以及照射面积符合要求。