CN107575755B - 一种总光通量标准灯 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种总光通量标准灯，其中在灯壳(6)与灯头(1)的连接处设有从灯壳(6)的内壁向中心延伸的芯柱(3)，芯柱(3)的底部与灯头(1)固定连接，从芯柱(3)的端部向下设有组合灯丝(5)，组合灯丝(5)包括环绕并固定在芯柱(3)上的第一导体环(71)、第二导体环(72)和第三导体环(73)，第一导体环(71)和第二导体环(72)之间的第一LED灯丝(51)，以及第二导体环(72)和第三导体环(73)之间第二LED灯丝(52)。本发明的总光通量标准灯，光强空间分布均匀，在用球形光度计测量时有效减小了由于标准灯与被测灯的光强空间分布不一致的偏差及被测光源为LED时的光谱失配误差。具有寿命长，抗震动，成本低的优点。

Description

一种总光通量标准灯

技术领域

本发明属于光辐射测量领域，涉及一种总光通量标准灯，尤其涉及一种可满足LED(发光二极管)光源准确测量的发光体为LED的总光通量标准灯。

背景技术

总光通量标准灯是用于保持和传递总光通量单位—流明(lm)量值的计量器具，是用相对法测量光源总光通量的标准量具。它是按特定要求制作的、发光特性稳定的光源。传统的总光通量标准灯由白炽灯或卤钨灯制作，其发光体为钨丝，按一定规律排布，空间光分布较均匀，无大的陡变。

传统的总光通量标准灯由于制作工艺复杂，因此价格偏高，一些著名品牌的总光通量标准灯，目前已经很难从商业途径获得。

LED具有显著的节能效果，随着价格的不断降低，成为替代传统光源的主要品种。目前的光度量传体系是基于白炽光源，LED的光谱功率分布与白炽光源不同，用白炽标准灯测量LED光源时由于光谱失配误差造成的测量结果的偏差甚至高达30％，不能满足LED产业发展的需要，鉴于此国际照明委员会CIE提出了建立基于LED的光度量传体系计划。光辐射测量领域迫切需要发光体为LED的总光通量标准灯，以提高LED测量的准确度，并且解决总光通量标准灯短缺的现状。

LED灯丝灯具有良好的量值再现性，预热时间仅为5-12min,因而有可能制成总光通量标准灯，但是目前仍然缺少光强空间分布均匀的，以LED作为发光体的总光通量标准灯。

发明内容

为满足光辐射测量领域对总光通量标准灯的需求，本发明提供了一种以LED为发光体的总光通量标准灯，光强均匀，其工艺简单，成本低，光衰率低，寿命远大于传统的白炽标准灯。本发明提供的技术方案如下：

1、一种总光通量标准灯，其特征在于，包括：中空且透明的灯壳以及连接在灯壳外壁上的灯头，灯头具有第一触点和第二触点用于分别与电源的正极和负极或者负极和正极电连接，灯壳与灯头的连接处设有从灯壳的内壁向中心延伸的芯柱，芯柱的底部与灯头固定连接，芯柱中设有分别与第一触点和第二触点电连接的第一导线和第二导线，芯柱的端部向下设有组合灯丝；

组合灯丝包括从芯柱的端部到底部的方向依次环绕并固定在芯柱上的第一导体环、第二导体环和第三导体环，固定在第一导体环和第二导体环之间的两个或更多个第一LED灯丝，以及固定在第二导体环和第三导体环之间的两个或更多个第二LED灯丝，其中第一导线与第一导体环电连接，第一LED灯丝的第一极与第一导体环的第一点电连接，第一LED灯丝的第二极与第二导体环的第二点电连接，第二LED灯丝的第一极与第二导体环的第三点电连接，第二LED灯丝的第二极与第三导体环的第四点电连接，第三导体环与第二导线电连接；

以第二点和芯柱的轴所在的第二平面为基准，第一点和芯柱的轴所在的第一平面在第一方向绕芯柱的轴转过的第一夹角大于0度且小于等于180度，例如10度、20度、30度、40度、…、140度、150度、155度、160度、175度等，优选160度；

以第三点和芯柱的轴所在的第三平面为基准，第四点和芯柱的轴所在的第四平面在第二方向绕芯柱的轴转过的第三夹角大于0度且小于等于180度，例如10度、20度、30度、40度、…、140度、150度、155度、160度、175度等，优选160度。

当第一夹角和第二夹角采用较大角度，例如大于90度、大于120或大于150度时，有利于增加底部的光强，使得光强空间分布更加均匀。

2、根据技术方案1所述的总光通量标准灯，其特征在于，第一方向和第二方向相同或不同，并且各自独立地为顺时针方向或逆时针方向。

3、根据技术方案1所述的总光通量标准灯，其特征在于，第二平面与第三平面之间的第二夹角大于等于0度且小于等于180度，例如20度、30度、40度、…、150度、155度、160度、175度等，优选155度。

4、根据技术方案1所述的总光通量标准灯，其特征在于，第一LED灯丝和第二LED灯丝各有四根并且均匀地布置在芯柱周围。

5、根据技术方案1-4中任一项所述的总光通量标准灯，其特征在于，当第一触点和第二触点用于分别与电源的正极和负极电连接时，第一LED灯丝第一极为正极并且第二极为负极,第二LED灯丝第一极为正极并且第二极为负极,；当第一触点和第二触点用于分别与电源的负极和正极电连接时，第一LED灯丝第一极为负极并且第二极为正极,第二LED灯丝第一极为负极并且第二极为正极。

6、根据技术方案1-5中任一项所述的总光通量标准灯，其特征在于，第一导体环与第二导体环之间具有第一间距，第二导体环与第三导体环之间具有第二间距，第一间距与第二间距比例为1:2至2:1，优选1:1。

7、根据技术方案1-6中任一项所述的总光通量标准灯，其特征在于，第一导体环为具有第一直径的圆环，第二导体环为具有第二直径的圆环，第三导体环为具有第三直径的圆环，第一直径和第三直径各自为第二直径的20％至100％，例如50％、60％、66.7％、70％、80％、90％等，优选为2:3；第一直径为第三直径的80％至120％，例如90％、100％、110％等，优选第一直径与第三直径相等。

8、根据技术方案6所述的总光通量标准灯，其特征在于，灯壳近似球形的外部和内部轮廓，第二导体环所在的平面基本垂直于芯柱的轴并且通过灯壳的球心。

9、根据技术方案1-8中任一项所述的总光通量标准灯，其特征在于，灯壳为无色、透明的玻璃制成。

10、根据技术方案1-9中任一项所述的总光通量标准灯，其特征在于，灯壳内充入惰性气体用于散热和保护，惰性气体选自氮气和氦气，优选为氦气。

在一些技术方案中，所述LED灯丝呈类“〈”型，分为上下两层等间隔排布于玻壳内，灯丝支架的中心位于灯壳的中心高度处。

在一些技术方案中，LED灯丝按相同排布规律，等间隔焊接在灯丝支架上，第一LED灯丝呈“/”型焊接在第一导体环和第二导体环间，第二LED灯丝呈“\”型焊接在第二导体环和第三导体环环间，第一LED灯丝的一端和第二LED灯丝的一端交错等间隔排布第二导体环上，两组灯丝在第二导体环上相交或不相交。

在一些技术方案中，所述灯壳为无色、透明的玻璃，且没有明显的反碱、发雾、条纹、气泡、沙粒、擦伤等缺陷，灯壳呈圆球形，作为优选球体直径为(80-180)mm，更优选125mm。

在一些技术方案中，灯壳(6)密封并充有惰性散热保护气体，所述的惰性散热保护气体为氮气或氦气，更优选为氦气。

在一些技术方案中，所述灯丝支架由镍杆或镀镍金属杆组成。所述的一种LED灯丝总光通量标准灯采用直流恒流方式或交流方式供电，更优选直流方式供电。

在本文中所用的术语具有其在本领域内公知的含义，然而为清楚起见，仍然给出以下定义。

术语“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

“基本”或“基本上”并不排除“完全”的意思。如一个成分“基本上不含”Y，也可以是完全不含有Y。在限定具体数值的情况下，是指该具体数值具有以该具体数值为基础的上下浮动的范围，浮动范围可以是该具体数值的+/-5％，+/-4％，+/-3％，+/-2％，+/-1％，+/-0.5％，+/-0.2％，+/-0.1％，+/-0.05％，+/-0.01％等。如果需要，“基本”或“基本上”可以以上浮动范围代替或从本发明定义中删除。

“含有”既包括提到的因素，也允许包括附加的、不确定的因素。

“大约”、“约”、“左右”在限定具体数值的情况下，是指该具体数值具有以该具体数值为基础的上下浮动的范围，浮动范围可以是该具体数值的+/-5％，+/-4％，+/-3％，+/-2％，+/-1％，+/-0.5％，+/-0.2％，+/-0.1％，+/-0.05％，+/-0.01％等。

“和/或”表示由其连接的多个术语可以各自单独地使用，也可以相互任意地组合。

本发明中，为简明起见而使用的数值范围不仅包括其端点值，也包括其所有的子范围和此范围内所有的单独的数值。例如，数值范围1-6不仅包括子范围，例如1-3、1-4、1-5、2-4、2-6、3-6等，也包括此范围内单独的数值，例如1、2、3、4、5、6。

本发明的一种LED灯丝总光通量标准灯结构简单，易于装调，光强空间分布均匀，同传统的白炽总光通量标准灯相比具有寿命长，抗震动，成本低的优点，且用于测量LED光源时能显著减小由于光谱失配引起的测量结果的不确定度。

附图说明

图1是根据本发明的一种总光通量标准灯的正视结构示意图；

图2是根据图1所示的总光通量标准灯的组合灯丝的俯视结构示意图；

图3是根据图1所示的总光通量标准灯的组合灯丝的立体结构示意图；

图4是根据本发明的另一种总光通量标准灯的组合灯丝的立体结构工程示意图；

图5是根据本发明的另一种总光通量标准灯的正视结构示意图；

图6是根据图5所示的另一种总光通量标准灯的组合灯丝的俯视结构示意图；

图7是根据图5所示的另一种总光通量标准灯的组合灯丝的立体结构示意图；

图8是根据图5所示的另一种总光通量标准灯的组合灯丝的立体结构工程示意图；

图9是根据本发明的另一种总光通量标准灯的正视结构示意图；

图10是根据图9所示的总光通量标准灯的组合灯丝的俯视结构示意图；

图11是根据图9所示的总光通量标准灯的组合灯丝的立体结构示意图；

图12是根据图9所示的总光通量标准灯的组合灯丝的立体结构工程示意图；

图13是图9所示的总光通量标准灯的空间光强分布图。

附图标记说明：1-灯头；11-第一触点；12-第二触点；2-第一导线；3-芯柱；4–第二导线；5-组合灯丝；51-第一LED灯丝；52-第二LED灯丝；6-灯壳；71-第一导体环；72-第二导体环；73-第三导体环；81-第一支撑杆；82-第二支撑杆；83-第三支撑杆；a-第一夹角；b-第二夹角；c-第三夹角。

具体实施方式

在下面描述和图解本发明的示例性实施方案。为了清楚和准确，下面讨论的所述示例性实施方案可以包括优选的步骤、方法和特征，本领域普通技术人员将可以认识到，这些优选的步骤、方法和特征不是落在本发明范围内的必要条件。

实施例1

如图1至图3所示的总光通量标准灯，包括：中空且透明的灯壳6以及连接在灯壳6外壁上的灯头1，灯壳6密封并充有散热保护气体，散热和保护气体为惰性气体，选自氮气和氦气，优选为氦气。灯壳6近似球形的外部和内部轮廓，直径为125mm。

灯头1具有作为第一触点11的边部螺旋和作为第二触点12的灯头1的中心，用于分别与电源的负极和正极电连接。灯壳6与灯头1的连接处设有从灯头1向灯壳6中心延伸的芯柱3，芯柱3的底部与灯头1固定连接，芯柱3中设有分别与第一触点11和第二触点12电连接的第一导线2和第二导线4，芯柱3的的端部向下设有组合灯丝5。

组合灯丝5包括从芯柱3的端部到底部的方向依次环绕并固定在芯柱3上的由镍杆或镀镍金属杆制成的第一导体环71、第二导体环72和第三导体环73，其中第一导体环71为具有第一直径的圆环，第二导体环72为具有第二直径的圆环，第三导体环73为具有第三直径的圆环，第一直径和第三直径为24mm，第二直径为36mm。第一导体环71和第三导体环73距离第二导体环72的距离相等且均约为28.7mm，第二导体环72所在的平面基本垂直于芯柱3的轴并且通过灯壳6的球心。

组合灯丝5还包括固定在第一导体环71和第二导体环72之间并联的四根第一LED灯丝51，以及固定在第二导体环72和第三导体环73之间并联的四根第二LED灯丝52，也即第一LED灯丝51和第二LED灯丝52再以串联方式连接。具体而言，第一导线2的一端通过第一触点11与电源负极电连接，第一导线2的另一端与第一导体环71电连接，对于四根第一LED灯丝51中的任意一根，其负极与第一导体环71的第一点电连接，其正极与第二导体环72的第二点电连接，对于四根第二LED灯丝52中的任意一根，其负极与第二导体环72的第三点电连接，其正极与第三导体环73的第四点电连接，第三导体环73与第二导线4的一端电连接，并且第二导线4另一端通过第二触点12与电源正极电连接。

对于第二点和第三点在第二导体环72上相邻的第一LED灯丝51和第二LED灯丝52，以第二点和芯柱3的轴所在的第二平面为基准，此根第一LED灯丝51的第一点和芯柱3的轴所在的第一平面在第一方向绕芯柱3的轴转过的第一夹角a等于约90度；以第三点和芯柱3的轴所在的第三平面为基准，此根第二LED灯丝51的第四点和芯柱3的轴所在的第四平面在第二方向绕芯柱3的轴转过的第三夹角c约等于90度；并且第二平面与第三平面之间的第二夹角b等于0度，即第二点与第三点在第二导体环72的同一个位置。也即，若以从芯柱3的端部向底部观察，第一方向和第二方向均为顺时针方向。

这样布置的四根第一LED灯丝51和四根第二LED灯丝52都各自焊接在各个导体环上，均匀地(也即等间隔地)布置并在芯柱3周围，整体呈类“＞”型排布，第一LED灯丝51呈“\”型焊接在第一导体环71和第二导体环72间，第二LED灯丝52呈“/”型焊接在第二导体环72和第三导体环73间，第一LED灯丝51和第二LED灯丝52的相应灯丝在第二导体环72上相交焊接在同一点。

在本实施例中，四根第一LED灯丝51和四个第二LED灯丝52中的每根灯丝长约36mm,宽1.6mm,功率0.8W,电流12mA,色温2670K，显色指数81。

实施例2

本实施例的总光通量标准灯与实施例1的类似，除了第一方向为顺时针方向，第二方向为逆时针方向(参见：图4所示的另一种组合灯丝的立体结构工程示意图)。

实施例3

本实施例的总光通量标准灯与实施例1的类似，除了以下技术特征：若以从芯柱3的端部向底部观察，以第二平面为基准，第三平面逆时针绕芯柱3的轴转过的角度(即第二平面与第三平面之间的第二夹角b)等于45度(参见图5、图6和图7)，也即第二点与第三点在第二导体环72的不同位置。

实施例4

本实施例的总光通量标准灯与实施例3的类似，除了第一方向为顺时针方向，第二方向为逆时针方向(参见：图8所示的组合灯丝的立体结构示意图)。

实施例5

本实施例的总光通量标准灯与实施例1的类似，除了第一夹角a约等于155度，以及第三夹角c约等于155度(参见：图9、图10、图11和图12)，第一导体环71和第三导体环73距离第二导体环72的距离相等且均约为23.5mm。

测试例1

对实施例5的总光通量标准灯的空间光强分布进行了测试，结果如图13所示，其中：

测试采用C型立式分布光度计，例如德国LMT公司的GO-FI 2000型分布光度计。测试时1)调整被测光源的位置，使其位于分布光度计的中心；2)点燃被测灯，恒流48mA供电(灯电压约为148.4V)，供电电源为吉时利2400型数字源表；3)被测灯燃点10min，待其发光稳定后，进行测试。设置探测器的旋转范围θ(0°,360°)，角度间隔△θ(5°)，被测灯自转范围Φ(0°,180°)，角度间隔△Φ(15°)。首先将被测灯旋转至Φ＝0°，探测器绕被测灯旋转一圈θ(0°,360°)，每△θ(5°)间隔测量被测灯的光强，此时被测灯静置不动，然后将被测灯自转△θ(5°)，这样依次可测得Φ＝0°、15°、30°、45°、60°、75°、90°、105°、120°、135°、150°、165°，共12个截面的光强分布，图13是图9所示LED灯在Φ＝0°截面的光强空间分布图。

由上述实施例和测试例可知，本发明的一种LED灯丝总光通量标准灯结构简单，易于装调，光强空间分布均匀，在用球形光度计测量时有效减小了由于标准灯与被测灯的光强空间分布不一致的偏差及被测光源为LED时的光谱失配误差。具有寿命长，抗震动，成本低的优点。

以上通过举例说明的方式描述了本发明。但是，应当理解，本发明绝不仅仅限于这些具体实施方式。普通技术人员可以对本发明进行各种修改或变动，而这些修改和变动都属于本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种总光通量标准灯，其特征在于，包括：中空且透明的灯壳(6)以及连接在灯壳(6)外壁上的灯头(1)，灯头(1)具有第一触点(11)和第二触点(12)用于分别与电源的正极和负极或者负极和正极电连接，灯壳(6)与灯头(1)的连接处设有从灯壳(6)的内壁向中心延伸的芯柱(3)，芯柱(3)的底部与灯头(1)固定连接，芯柱(3)中设有分别与第一触点(11)和第二触点(12)电连接的第一导线(2)和第二导线(4)，芯柱(3)的端部向下设有组合灯丝(5)；

组合灯丝(5)包括从芯柱(3)的端部到底部的方向依次环绕并固定在芯柱(3)上的第一导体环(71)、第二导体环(72)和第三导体环(73)，固定在第一导体环(71)和第二导体环(72)之间的两个或更多个第一LED灯丝(51)，以及固定在第二导体环(72)和第三导体环(73)之间的两个或更多个第二LED灯丝(52)，其中第一导线(2)与第一导体环(71)电连接，第一LED灯丝(51)的第一极与第一导体环(71)的第一点电连接，第一LED灯丝(51)的第二极与第二导体环(72)的第二点电连接，第二LED灯丝(52)的第一极与第二导体环(72)的第三点电连接，第二LED灯丝(52)的第二极与第三导体环(73)的第四点电连接，第三导体环(73)与第二导线(4)电连接；

以第二点和芯柱(3)的轴所在的第二平面为基准，第一点和芯柱(3)的轴所在的第一平面在第一方向绕芯柱(3)的轴转过的第一夹角(a)大于0度且小于等于180度；

以第三点和芯柱(3)的轴所在的第三平面为基准，第四点和芯柱(3)的轴所在的第四平面在第二方向绕芯柱(3)的轴转过的第三夹角(c)大于0度且小于等于180度；

第一导体环(71)与第二导体环(72)之间具有第一间距，第二导体环(72)与第三导体环(73)之间具有第二间距，第一间距与第二间距比例为1:1；

第一导体环(71)为具有第一直径的圆环，第二导体环(72)为具有第二直径的圆环，第三导体环(73)为具有第三直径的圆环，第一直径和第三直径各自与第二直径的比例为2:3；

灯壳(6)具有球形的外部和内部轮廓，第二导体环(72)所在的平面垂直于芯柱(3)的轴并且通过灯壳(6)的球心，第一导体环(71)和第三导体环(73)所在的平面垂直于芯柱(3)的轴。

2.根据权利要求1所述的总光通量标准灯，其特征在于，第一方向和第二方向相同或不同，并且各自独立地为顺时针方向或逆时针方向。

3.根据权利要求1所述的总光通量标准灯，其特征在于，第二平面与第三平面之间的第二夹角(b)大于等于0度且小于等于180度。

4.根据权利要求1所述的总光通量标准灯，其特征在于，第一LED灯丝(51)和第二LED灯丝(52)各有二根、四根、六根或八根并且均匀地布置在芯柱(3)周围。

5.根据权利要求1-4中任一项所述的总光通量标准灯，其特征在于，当第一触点(11)和第二触点(12)用于分别与电源的正极和负极电连接时，第一LED灯丝第一极为正极并且第二极为负极,第二LED灯丝第一极为正极并且第二极为负极；当第一触点(11)和第二触点(12)用于分别与电源的负极和正极电连接时，第一LED灯丝的第一极为负极并且第二极为正极,第二LED灯丝的第一极为负极并且第二极为正极。

6.根据权利要求1-4中任一项所述的总光通量标准灯，其特征在于，灯壳(6)为无色、透明的玻璃制成。

7.根据权利要求1-4中任一项所述的总光通量标准灯，其特征在于，灯壳(6)内充入惰性气体用于散热和保护。