CN106304843A - 灯具和温度测定方法 - Google Patents

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Abstract

灯具组件包括至少一个作为发光装置的发光二极管(LED)。该LED对于所发射的光辐射具有有限的发光角。用于测定发光装置的温度的红外传感器与发光装置相关联，在该光辐射角之外。

Description

灯具和温度测定方法
本发明涉及至少有一个LED(发光二极管)作为光源的灯具。这种光源发射的光辐射具有有限的发光角。
这种LED的相应的发射角例如在15°和120°之间，其中这样的发射角通常由LED的小透镜结构确定。关于这样的光源，必须考虑到，即使在效率相对较高的情况下，对于这些LED，例如，最多20％的输入能量转化为可见光。剩余的能量输入转化为热量。为了避免由这样产生的热量对LED造成任何损坏，这些热量通常通过冷却体、主动冷却、液体冷却等来耗散。否则，这种LED的寿命及其光输出将会由于此高的热输入而受到不利影响或减少。通常来说，在120℃或以上的温度下，LED的相应半导体晶体损坏，从而导致对LED的功能寿命、光颜色、光输出的永久损害或其他缺点。在防爆灯具的情况下，必须考虑到通过经历临界温度值，这样的LED将会有特定的点火有效性，这可能导致给本体和寿命带来危险。为了避免这种情况，必须采取合适的措施以防止超过此临界温度(一般而言，油气混合物的温度等级或点火温度，防爆操作装置在该温度下使用)。
本发明的目的是实现LED的温度监测以便防止相应的损坏。
这个目的是通过权利要求1的特征或权利要求10的特征来解决的。
根据本发明，灯具包括位于光源的发光角外部的红外传感器，该传感器分配给该光源以用于其温度的非接触式测定。
根据本发明的方法，此红外传感器设置在光源的发光角外部，光源的热辐射通过该红外传感器来测量，并对红外传感器信号进行评估以用于光源的温度测定。
通过将红外传感器布置在相应的发光角外部，将没有通过光辐射对红外传感器的加热。取而代之的是，红外传感器将检测由光源发射的热辐射。在这方面，进一步说，被加热的本体将通常发射所谓的黑体辐射，该黑体辐射具有仅取决于相应本体的温度的特有的特征光谱。在600℃下，此黑体辐射处于光谱的红外部分，且是不可见的。此外，此黑体辐射在超过相应的发光角的宽广区域中发射。从理论上讲，此黑体辐射在被加热体周围的全部空间中发射。
因为通常对应的冷却体等设置在光源的与发光方向相对的一侧，从而导致红外传感器的有利的配置，该红外传感器与临近光源的介质发射方向基本上正交。以这样的方式，光源的热辐射可以在没有冷却体影响的情况下进行检测，同时红外传感器设置在光源的发光角外部。
此发光角例如是120°。这意味着关于光源的垂直发射，在两侧具有60°的发光角。在这种情况下，相应的红外传感器可以设置在90°处。
此灯具不仅可以包括一个LED，还可以包括若干个这样的光源。这意味着根据本发明的相应的光源可能是LED点光、LED点、LED条、LED带等。在这一点上，当所有LED中仅一个LED由此红外传感器监测就足够了。还可行的是，两个或更多个红外传感器相应地分布在例如由若干个LED组成的光源周围。也可行的是，给每个LED分配光导，这允许同时检测所有LED的红外发射部分，并且相应的红外传感器可以布置在此光导的出口处。
为了允许评估灯具内或者至少接近灯具的热辐射，此红外传感器可与用于确定光源温度和控制光源的评估/控制装置相连。这意味着通过此评估/控制装置，温度可由相应的红外信号来确定，将可能被显示或将传输到远程位置。此外，评估/控制装置也可用于光源的控制。当针对该评估/控制装置将最大温度阈值预设为关闭值时，这种控制可能是有利的。在温度测定期间，在检测到温度高于此温度阈值的情况下，光源将会关闭，或者在必要的时候，整个灯具关闭。
在这一点上，还应该考虑光源的温度在其没有运行的情况下也可能升高，例如，当灯具、尤其是光源为外部辐射(例如太阳辐射)的对象时。在外部灯具的情况下，据测定，例如，在夏天仅太阳的辐射就能导致温度超过70℃。此外通过测量此温度，评估/控制装置能够发起光源或整个灯具的强制冷却。
关于此太阳辐射，当红外传感器不仅检测光源的热而且还检测环境温度时，它可能是一个缺点。对于此环境温度辐射，可将红外传感器屏蔽以避免这种影响。
考虑这种环境热辐射的另一个手段可以是将第二辐射传感器分配给该红外传感器，以用于检测和补偿环境热辐射。这意味着第二红外传感器特别地指向外部并且检测例如通过太阳辐射到达灯具或光源的环境热辐射。此辐射通过该另一红外传感器来检测并且被用于对光源的温度测量结果进行补偿。
热辐射的加权可关于分配给光源的红外传感器和分配给外部的红外传感器来设定。例如，此加权可取决于太阳的位置或也可用另一种方式考虑变化的环境温度。
根据本发明的方法，进一步说，参见上面提出的评论，在温度测量值高于预设最大温度阈值的情况下，光源的相应关闭可通过例如评估/控制装置进行。
此外，红外传感器相对于环境热辐射的相应屏蔽可以通过冷却体等来实现。在某些情况下，设置相应的薄片可能就足够了。
也可能被认为有利的是，具有至少一个以可调节方式设置的所使用的红外传感器。这将意味着传感器可以例如分配给另一光源或可以改变其相对于光源的朝向，对于灯具内的温度分布，由不同的光源生成热或者当计及外部热辐射时这应是必要的。
此特征也可应用于所有使用的红外传感器。
在下文中，将参照附图对本发明的有利实施例进行描述。
图1是根据本发明的具有红外传感器的灯具的原理解说。
在图1中，解说了根据本发明的具有光源的温度确定的灯具1的部分截面图。灯具1具有灯具壳体9和设置于其中的光源3。灯具或灯具壳体的相应的光出射口没有进一步示出。然而，这可以按正常的方式设置在由光源3发出的光辐射的方向上。此外，在图1中，只解说了发光二极管(LED)2的形式的一个光源3。当然，若干个这样的LED可以以条或带的形式设置。
LED 2通常包括具有相应的半导体的印刷电路板12以及用于散开或聚集发射光的透镜装置11。采用此LED 2，相应的光线5将在由所示的发射角4限定的特定空间区域中发射。这个角取决于LED和相应的透镜装置11，例如为15°-120°。通常从光源3垂直延伸的中间发射方向7由相应的发射角4确定。
通过使用光源或通过从外部指向光源的辐射(例如，太阳辐射)，LED的温度将会上升。在这一点上，必须考虑，例如，LED的光通量强烈地取决于势垒层温度。LED的温度越高，光通量越小，工作寿命变得越短，并且可能导致光颜色的改变。为了相应的冷却，将冷却装置13分配给LED，冷却装置13可以是例如肋状冷却体以及例如还具有冷却流体等的主动冷却装置。在LED被加热的情况下，LED本质上对应于一黑体，其在加热期间除了光辐射以外还发出相应的黑体辐射。这样的黑体辐射具有仅取决于相应本体的温度的特有的特征光谱。在根据本发明的温度范围内，该黑体辐射处于红外范围内。
因此，根据本发明，将红外传感器6分配给光源2，该红外传感器检测红外范围内的此黑体辐射。
通过设置冷却装置13，与光源2的温度相对应的这样对应的黑体辐射基本上仅发射到冷却装置13的上半部分空间，参见附图标记14，该附图标记14指示黑体辐射的发射角。
在这个发射角的区域内设置红外传感器6，使得通过这个传感器可以检测光源2的温度。
红外传感器6可以按这样的方式来设置：将红外传感器6设置在黑体辐射(即，热辐射)的辐射区域内，而不是设置在光辐射的区域内，参见相应的发射角4。
红外传感器6连接到评估/控制装置8。通过该装置，相应的红外信号被接收且转换成温度值。特别是将对应的温度值与最大温度阈值相比较。如果检测到的光源2的温度高于该最大温度阈值，则可通过评估/控制装置来关闭灯具、特别是光源。
已经描述过，相应的光源2也可被来自于外部的辐射(例如太阳辐射)被动地加热。这种加热可能对光源造成可能危及其运行的负面影响。此外在这种情况下，温度可以经由红外传感器6检测并且导致通过评价/控制装置来发起光源的主动冷却。
来自于外部的相应的热辐射对应于环境热辐射，该热辐射将在光源的温度测量期间被屏蔽或者将会在温度测量期间被考虑。为了抑制此类环境热辐射，例如向红外传感器6分配覆盖物、薄片、冷却体等形式的屏蔽器是可能的。这将保证环境热辐射不直接到达红外传感器6。
也可能的是，环境热辐射将被第二红外传感器10检测。特别是，该第二红外传感器10针对环境热辐射及其检测。通过红外传感器6和10两者的测量值，在光源温度的检测期间可实现对环境热辐射的补偿。两个红外传感器将相应的传感器值传输到评估/控制装置8。
进一步需要注意的是，在图1中基本上分别仅解说一个光源以及仅一个红外传感器6或红外传感器10。当然，可以使用若干个光源，而只有一个红外传感器6，或者也可结合若干个这样的红外传感器6。这对于第二红外传感器10也是有效的，即也可能使用若干个第二红外传感器10来检测来自于不同区域的外部的环境热辐射。
根据本发明，执行对相应光源的此类温度检测以防止例如其过热。因此，保护光输出、工作寿命和光颜色不受光源过热的负面影响。这样的温度测量在危险地区具有避免此过热光源着火的特别优点。

Claims (15)

1.一种具有至少一个发光二极管(LED)(2)作为光源(3)的灯具(1)，所述LED(2)对于所发射的光辐射(5)而言具有有限的发光角(4)，其中在所述发光角(4)之外，红外传感器(6)被分配给所述光源(3)以用于测定所述光源(3)的温度。
2.根据权利要求1所述的灯具，其特征在于，所述红外传感器(6)紧邻所述光源(3)、基本上与中间发射方向(7)正交地设置。
3.根据权利要求1或2所述的灯具，其特征在于，所述光源(3)是LED点光、LED点、LED条、LED带等。
4.根据前述权利要求之一所述的灯具，其特征在于，所述红外传感器(6)连接到用于所述光源(3)的温度测定和控制的评估/控制装置(8)。
5.根据前述权利要求之一所述的灯具，其特征在于，所述红外传感器(6)设置在灯具壳体(9)内。
6.根据前述权利要求之一所述的灯具，其特征在于，所述评估/控制装置(8)具有预设的最大温度阈值作为所述光源(3)的关闭值。
7.根据前述权利要求之一所述的灯具，其特征在于，所述红外传感器(6)相对于环境热辐射被屏蔽。
8.根据前述权利要求之一所述的灯具，其特征在于，第二红外传感器(10)被分配给所述红外传感器(6)，以用于环境热辐射的检测和补偿。
9.根据前述权利要求之一所述的灯具，其特征在于，所述红外传感器(6，10)可调节地设置。
10.一种用于控制作为灯具(1)的光源(3)的至少一个LED(2)的温度的方法，具有以下步骤：
i)将红外传感器(6)设置在所述光源(3)的发光角(4)的外部；
ii)通过所述红外传感器(6)测量所述光源(3)的热辐射，以及
iii)对红外信号进行评估，以确定所述光源(3)的温度。
11.根据权利要求10所述的方法，其特征在于，进一步包括以下步骤：
在所检测到的温度值高于预设最大温度阈值的情况下，关掉所述光源(3)。
12.根据权利要求10或11所述的方法，其特征在于，进一步包括以下步骤：
相对于环境热辐射屏蔽所述红外传感器(6)。
13.根据权利要求10-12所述的方法，其特征在于，进一步包括以下步骤：
通过第二红外传感器(10)来测量所述环境热辐射以补偿环境热。
14.根据权利要求10-13之一所述的方法，其特征在于，进一步包括以下步骤：
将所述红外传感器(6)分配给作为光源(3)的LED点光、LED点、LED条、LED带等。
15.根据前述权利要求10-14之一所述的方法，其特征在于：
将例如聚光轨形式的光导分配给多个LED中的每个LED以同时检测所有LED的所发射的红外部分，其中在所述光导的相应的出口端处，特别地相对于环境辐射隔离地设置所述红外传感器。
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