CN106872871A - 一种测试光源光电转换效率的系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种测试光源光电转换效率的系统，包括：供电装置、辐射强度测量装置、专业软件平台；供电装置用于采集光源的电流与电压，并将其传输至专业软件平台；辐射强度测量装置用于采集每个波长处的绝对辐射强度，并将该绝对辐射强度转化为电信号后传输至专业软件平台；专业软件平台根据接收到的电压电流以及电信号计算得到光电转换效率。该系统还具有以下功能：①测试光源辐亮度、辐射强度和相对辐射强度；②测试光源其他特性，如：峰值波长、半高宽、中心波长、色度测量等。本发明还公开了一种测试光源光电转换效率的方法。利用该系统测试测试光源光电转换效率的方法操作简单方便且精度高。

Description

一种测试光源光电转换效率的系统及方法

技术领域

本发明属于光电检测仪器领域，尤其涉及一种测试光源光电转换效率的系统及方法。

背景技术

辐射通量是辐射源的重要的基本技术指标，也是评价一个辐射源优劣的主要标志之一。在进行照明工程设计时，确定光源的光电转换效率是一项必不可少的环节，能完整地描述光源的特性。这对于光源的应用，以及灯具的设计具有重要意义。例如：市场上LED产品质量良莠不齐，市场秩序较为混乱，严重影响了用户信心。生产厂商需要准确测量LED的各种光学参数，尤其是辐射通量更能完整地描述LED的特性。市场上可以直接测试光效的成套系统极少，很多照明企业还因价格因素，选择使用仅能测试相对辐射强度的仪器。同时现有的光谱辐射强度测量装置大多来自进口，价格贵，且不能对客户需求及时做出反应。因此，研究和开发一款高性能、多功能、低成本以及具有完全自主知识产权的测试光源的光电转换效率的方法与系统，开展光源的辐射通量的测试技术的研究，建立测量标准装置，具有很重要的实际意义。

发明内容

鉴于上述，本发明提出了一种测试光源光电转换效率的系统及方法，该系统具有覆盖波长范围宽、性能稳定、分辨率高、体积小、价格低、数据采集频率高等优点，利用该系统测试测试光源光电转换效率的方法操作简单方便且精度高。

本发明第一方面提供了一种测试光源光电转换效率的系统，包括：供电装置(含光源夹具)、辐射强度测量装置、专业软件平台；所述的供电装置用于采集光源的电流与电压，并将其通过USB传输至专业软件平台；所述的辐射强度测量装置用于采集每个波长处的绝对辐射强度，并将该绝对辐射强度转化为数字信号后传输至专业软件平台；所述的专业软件平台根据接收到的电压电流以及数字信号计算得到光电转换效率。

作为优选，所述的辐射强度测量装置包括：

用于采集被测光源的光信号的积分球、用于将积分球采集的光信号传输至光谱仪的光纤以及用于将接收的光信号转化为电信号，且将该电信号经过数模转换变为数字信号再传输至专业软件平台的光谱仪。

所述的积分球为高漫反射积分球。作为优选，本发明中采用BIM-3001系列积分球，该系列积分球内涂层采用聚四氟乙烯，聚四氟乙烯涂层，是当前国际照明委员会(CIE)推荐的一种最好的漫反射材料；本发明采用积分球的内尺寸有1.5英寸，2.5英寸等多种尺寸，适用于不同辐射强度的光源测量。

作为优先，所述的辐射强度测量装置包括：

用于采集被测光源的光信号的余弦校正器、用于将余弦校正器采集的光信号传输至光谱仪的光纤以及用于将接收的光信号转化为电信号，且将该电信号经过数模转换变为数字信号再传输至专业软件平台的光谱仪。

所述的余弦校正器一种用于光谱辐射取样的光学元件，用于收集180°立体角内的辐射(光线)，从而消除了其它取样装置中由于光线收集取样几何结构限制所导致的光学耦合问题。作为优选，本发明采用BIM-6313系列余弦校正器，该余弦校正器的光学漫射器采用乳白玻璃或聚四氟乙烯，一端为SMA905接口，可直接与光纤相连。

作为优选，将数字信号后传输至专业软件平台采用的通信方式为：USB、RS232、RS422、RS485、蓝牙或WIFI中的一种或其任意组合中的一种。

本发明所述的测试光源光电转换效率的系统还具有以下功能：①测试光源辐亮度、辐射强度和相对辐射强度；②测试光源其他特性，如：峰值波长、半高宽、中心波长、色度测量等。

本发明第二方面提供了应用本发明第一方面提供的系统测试光源光电转换效率的方法，包括以下步骤：

(1)通过辐射强度测量装置采集被测光源辐照，经过测光积分球或余弦校正器获取光的均匀照度，该均匀照度经光谱仪处理后将光信号转换为电信号再经过数模转换变为数字信号；

(2)将辐射强度测量装置得到的数字信号传输至专业软件平台；

(3)通过供电装置采集光源的电流与电压，并将该电流与电压通过USB传输至专业软件平台；

(4)专业软件平台根据接收的数字信号、电流以及电压计算得到光谱辐射强度和光电转换效率；光谱辐射强度的计算公式为：

其中，λ₁为光源辐射光波的最小波长，λ₂为光源辐射光波的最大波长，I_λ为波长为λ处的绝对辐射强度；

光电转化效率的公式为：

其中，P_I为辐射功率，且令P_I＝I_总；P_E为输入电功率，且P_E＝I×V，I为光源的电流值，V为光源的电压值。

本发明测试光源光电转换效率的系统及方法具有的有益效果为：

(1)辐射强度测量装置优化的一体化的设计，使得体积小巧且方便携带，即保护了光纤不受外力干扰，不易损坏，也保证了强度校准参数的可靠性。

(2)系统搭配灵活，根据需求更换不同的部件，可以用于各类静态光源辐射强度和光效的测试，也可用于瞬态光源的辐射强度的实时监测，覆盖范围广，既适用于实验室测量，也适用于野外现场监测。

附图说明

图1是实施例1中测试光源光电转换效率的系统的结构示意图；

图2是实施例1中专业软件平台测试结果图；

图3是实施例2中测试光谱辐射强度的系统的结构示意图。

具体实施方式

为了更为具体地描述本发明，下面结合附图及具体实施方式对本发明的技术方案进行详细说明。

实施例1

参加图1，本实施例中测试光源光电转换效率的系统，包括：LED灯珠、供电装置、辐射强度测量装置以及专业软件平台。

供电装置主要为LED灯珠供电，包含LED灯珠夹具和恒流电源，BEM-5036恒流电源可为光源提供0～50mA/500mADC电流，同时提供接口用来测量LED两端的电压，电流电压值通过USB接口传输给专业软件平台。

辐射强度测量装置包括积分球、光纤、光谱仪，三者连接后固定在机械外壳中，体积小巧的光谱仪和积分球保证了整个辐射强度测量装置轻小又方便携带的优势。积分球采用BIM-3001辐射用积分球，内部涂层采用聚四氟乙烯，光谱反射比都高于MgO和BaSO₄，且反射比中性好，有利于减小它对积分球非中性的影响，同时，使用聚四氟乙烯涂层的积分球的效率通常为MgO和BaSO4的2～3倍，有利于弱光信号的测量。光谱仪采用BIM-6002A光谱仪，最低积分时间可达0.5ms，数据采集频率高，约50帧/秒，在高速筛选中优势尽显，并能适应极剧变化的光源强度。

利用实施例1给出的系统测量光源光电转换效率的过程为：

将LED灯珠对准积分球样品口，BIM-3001积分球将采集的光信号通过光纤传输给BIM-6002A光谱仪，经BIM-6002A光谱仪电路系统处理后将光信号变成电信号，然后再经过数模转换变为数字信号，再由USB传输至BSV专业软件平台；供电装置将测得的LED灯珠的电压与电流通过USB传输给BSV专业软件平台；BSV专业软件平台根据接收的数字信号、电流以及电压利用以下公式采用矩形积分或辛普森积分方式计算得到光谱辐射强度和光电转换效率；光谱辐射强度的计算公式为：

其中，λ₁＝350nm，λ₂＝1050nm，I_λ为波长为λ处的绝对辐射强度，如图2所示；

光电转化效率的公式为：

实施例2

参加图3，本实施例中测量辐射强度的系统，包括：光源、辐射强度测量装置以及专业软件平台。

辐射强度测量装置包括余弦校正器、光纤、光谱仪，三者连接后固定在机械外壳中，体积小巧的光谱仪和余弦校正器保证了整个辐射强度测量装置轻小又方便携带的优势。BIM-6313余弦校正器采用乳白玻璃或聚四氟乙烯作为光学漫射器，一端为SMA905接口，可直接与光纤相连。光谱仪采用BIM-6002A光谱仪，最低积分时间可达0.5ms，数据采集频率高，约50帧/秒，在高速筛选中优势尽显，并能适应极剧变化的光源强度。

利用实施例2给出的系统测量辐射强度的过程为：

将光源对准余弦校正器，余弦校正器将采集的光信号通过光纤传输给BIM-6002A光谱仪，经BIM-6002A光谱仪电路系统处理后将光信号变成电信号，然后再经过数模转换变为数字信号，再由RS232传输至BSV专业软件平台；专业软件平台根据接收到的数字信号，利用以下公式计算得到光谱辐射强度。

实施例1与实施例2给出的两种系统还具有以下功能：①测试光源辐亮度和相对辐射强度；②测试光源其他特性，如：峰值波长、半高宽、中心波长、色度测量等。

系统搭配灵活，根据需求更换不同的部件，可以用于各类静态光源辐射强度和光效的测试，也可用于瞬态光源的辐射强度的实时监测，覆盖范围广，既适用于实验室测量，也适用于野外现场监测。

以上所述的具体实施方式对本发明的技术方案和有益效果进行了详细说明，应理解的是以上所述仅为本发明的最优选实施例，并不用于限制本发明，凡在本发明的原则范围内所做的任何修改、补充和等同替换等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种测试光源光电转换效率的系统，其特征在于，包括：供电装置、辐射强度测量装置、专业软件平台；所述的供电装置用于采集光源的电流与电压，并将其通过USB传输至专业软件平台；所述的辐射强度测量装置用于采集每个波长处的绝对辐射强度，并将该绝对辐射强度转化为数字信号后传输至专业软件平台；所述的专业软件平台根据接收到的电压电流以及数字信号计算得到光电转换效率。

2.如权利要求1所述的测试光源光电转换效率的系统，其特征在于，所述的辐射强度测量装置包括：

用于采集被测光源的光信号的积分球、用于将积分球采集的光信号传输至光谱仪的光纤以及用于将接收的光信号转化为电信号，且将该电信号经过数模转换变为数字信号再传输至专业软件平台的光谱仪。

3.如权利要求1所述的测试光源光电转换效率的系统，其特征在于，所述的辐射强度测量装置包括：

用于采集被测光源的光信号的余弦校正器、用于将余弦校正器采集的光信号传输至光谱仪的光纤以及用于将接收的光信号转化为电信号，且将该电信号经过数模转换变为数字信号再传输至专业软件平台的光谱仪。

4.如权利要求2或3所述的测试光源光电转换效率的系统，其特征在于，将数字信号后传输至专业软件平台采用的通信方式为：USB、RS232、RS422、RS485、蓝牙或WIFI中的一种或其任意组合中的一种。

5.如权利要求4所述的测试光源光电转换效率的系统，其特征在于，利用所述的测试光源光电转换效率的系统测试光源辐亮度、辐射强度以及相对辐射强度。

6.如权利要求5所述的测试光源光电转换效率的系统，其特征在于，利用所述的测试光源光电转换效率的系统测试光源的峰值波长、半高宽、中心波长、色度测量。

7.一种利用要求1～6任一所述的系统测试光源光电转换效率的方法，包括以下步骤：

(1)通过辐射强度测量装置采集被测光源辐照，经过测光积分球或余弦校正器获取光的均匀照度，该均匀照度经光谱仪处理后将光信号转换为电信号，再经过数模转换变为数字信号；

(2)将辐射强度测量装置得到的数字信号传输至专业软件平台；

(3)通过供电装置采集光源的电流与电压，并将该电流与电压通过USB传输至专业软件平台；

(4)专业软件平台根据接收的数字信号、电流以及电压计算得到光谱辐射强度和光电转换效率；光谱辐射强度的计算公式为：

其中，λ₁为光源辐射光波的最小波长，λ₂为光源辐射光波的最大波长，I_λ为波长为λ处的绝对辐射强度；

光电转化效率的公式为：

$\mathrm{\η}=\frac{P_I}{P_E}$

其中，P_I为辐射功率，且令P_I＝I_总；P_E为输入电功率，且P_E＝I×V，I为光源的电流值，V为光源的电压值。