CN114705401A - 一种空间光辐射测量采样间距的判定方法 - Google Patents

一种空间光辐射测量采样间距的判定方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种空间光辐射测量采样间距的判定方法，包括被测光源、测量装置、旋转台和程控系统，所述程控系统分别与旋转台和测量装置电连接，程控系统控制旋转台的运动，使得测量装置与被测光源发生相对转动；所述测量装置采集和测量被测光源的光辐射信号并输出至程控系统，所述程控系统获取得到光辐射信号并对其进行处理分析，判定得到适合被测光源空间光辐射分布特性测量的采样间距。本发明有效解决了现有技术中空间光辐射测量过程繁琐、耗时长、测量结果准确性低和复现性差的技术问题，实现被测光源空间光辐射分布的高效、准确、完整测量。

Description

一种空间光辐射测量采样间距的判定方法
技术领域
本发明涉及光辐射测量领域，具体涉及一种空间光辐射测量采样间距的判定方法。
背景技术
空间光辐射分布即光辐射产品在空间不同方位角下的性能，包括发光强度、光谱和色度特性等，是光学设计、产品应用的主要实施依据，主要通过分布式光度计系统和分布式光谱辐射计系统测得。
在空间光辐射分布测量过程中，采样间距的选择非常重要。如果采样间距过大，则不能有效反映光辐射信号的真实空间分布情况，影响测量精度；如果采样间距过小，则测试采集的数据量较大，而且耗时长。目前，该领域的测试标准规范中只对几种典型常规照明产品的采样间距作出了明确规定，但对于具体的测试对象，规定较为模糊。例如，GB/T24824—2009《普通照明用LED模块测试方法》标准中规定，在足够多的发光平面上以足够小的角度间隔测量每一方向上LED模块的相对光谱功率分布，平面间角度间隔一般为10°，平面内的角度间隔一般为5°。当被测产品尺寸较大或光束角较窄时，标准中没有对采样间距做出相关规定，对于测量时应采用多小的间隔，依然无法准确判定。
此外，现有利用分布式光度计系统或分布式光谱辐射计系统测量光源或灯具的空间光辐射分布的方法，大都是在一定的空间角度范围内，光度计或光谱仪在某个角度上停顿一段时间测量被测光源的光谱；再转过一定的角度间隔，在该角度上停顿一段时间测量光谱；依此类推。这种测量方法，需要合适的采样间距才能保证测量结果的准确性和复现性。针对被测样品的空间光辐射分布特点，选择合适的采样间距是光辐射分布测量中的一个技术难点。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明提供一种空间光辐射测量采样间距的判定方法，旨在解决现有技术中空间光辐射测量过程繁琐、耗时长、测量结果准确性低和复现性差的技术问题，可实现被测光源空间光辐射分布的高效、准确、完整测量。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：
本发明提供了一种空间光辐射测量采样间距的判定方法，包括被测光源、测量装置、旋转台和程控系统，所述程控系统分别与旋转台和测量装置电连接，程控系统控制旋转台的运动，使得测量装置与被测光源发生相对转动；所述测量装置采集和测量被测光源的光辐射信号并输出至程控系统，所述程控系统获取得到光辐射信号并对其进行处理分析，判定得到适合被测光源空间光辐射分布特性测量的采样间距。具体地，所述测量装置可以是光谱辐射计，或者光度计，所述测量装置采集和测量被测光源的光辐射信号，实现被测光源光强特性和色度特性的测量。
在上述技术方案中，所述测量装置采集和测量被测光源的光辐射信号，具体包括：根据被测光源的光辐射分布特性，在指定测量平面C 0 内设置初始采样间距
Figure 387676DEST_PATH_IMAGE002
，在旋转台的带动下，所述测量装置绕被测光源作相对转动，测量装置采集和测量被测光源的光辐射信号并传输至程控系统；所述程控系统接收到一定角度间隔范围内的光辐射信号，即横坐标为角度和纵坐标为光辐射信号的二维信号
Figure 304817DEST_PATH_IMAGE004
，并根据奈奎斯特采样定理对其进行处理分析。
在上述技术方案中，所述程控系统对接收到的二维信号
Figure DEST_PATH_IMAGE005
进行处理分析，具体包括：对在初始采样间距
Figure DEST_PATH_IMAGE006
下获得的二维信号
Figure 271505DEST_PATH_IMAGE005
进行傅里叶变换，得到频谱
Figure DEST_PATH_IMAGE008
，其中，频谱中最大辐值为
Figure DEST_PATH_IMAGE010
，
Figure DEST_PATH_IMAGE012
，采样间距
Figure 604397DEST_PATH_IMAGE002
对应幅值为
Figure 418769DEST_PATH_IMAGE014
；通过公式δ=
Figure DEST_PATH_IMAGE015
/
Figure DEST_PATH_IMAGE016
，计算采样间距
Figure 428182DEST_PATH_IMAGE017
对应幅值
Figure 695216DEST_PATH_IMAGE014
与所述频谱中最大幅值
Figure 831799DEST_PATH_IMAGE018
的比值δ，将比值δ与事先设定的判定阈值δ 0进行比较；若δ≤δ 0，则判定该采样间距满足测量精度需求，得到适合被测光源空间光辐射分布特性测量的采样间距；若δ>δ 0，则将采样间距缩小至原设定的1/2，重新进行被测光源光辐射信号的采集、二维信号的处理分析以及判定，直至比值δ≤δ 0。频谱幅值
Figure DEST_PATH_IMAGE020
在达到一定采样频率后，进一步增加采样频率，减小采样间距，频谱幅值
Figure DEST_PATH_IMAGE021
逐步减小，即当采样频率增大，采样间距减小，δ呈减小趋势，并逐步趋于0。
在上述技术方案中，所述事先设定的判定阈值δ 0与测量的精度直接相关，对于同一被测光源，事先设定的判断阈值δ 0越小，测量的精度越高，即测量的准确度越高。
作为一种技术方案，对于光束角大或空间光辐射分布变化平缓的被测光源，增大初始采样间距，即降低采样频率；对于光束角小或者空间光辐射分布变化剧烈的被测光源，减小初始采样间距，即提高采样频率。因为采样间距与被测样品发光光束角、光辐射信号变化幅度等空间分布特性相对应。对于光束角大或空间光辐射分布变化平缓的被测光源，其在较低的采样频率下即可满足测量精度要求，因此在测量过程中，增大初始采样间距，进而进一步提高测量速度，降低测量数据的冗余度。对于光束角小或者空间光辐射分布变化剧烈的被测光源，则需要较高的采样频率，才能满足测量精度要求，因此在测量过程中需要减小初始采样间距，增加光辐射信号的采集数量，以保证测量结果的准确性，同时也提高测量效率。
作为一种技术方案，在得到适合被测光源空间光辐射分布特性测量的采样间距后，基于采样定理，对被测光源的光辐射信号进行恢复，得到准确的实测信号。
本发明中测量装置与被测光源发生相对转动有多种具体的实现方式。比如，测量时，被测光源保持不动，测量装置绕被测光源转动；或者测量装置保持不动，被测光源绕测量装置转动；或者测量装置和被测光源以不同的速率同时转动。
本发明的有益效果在于：本方法将奈奎斯特定理应用到光谱辐射测量采样过程中，判定得到适合被测光源空间光辐射分布特性测量的采样间距，既可以保证测试精度，也能兼顾测试效率，并避免数据冗余度，实现被测光源空间光辐射分布的高效、准确、完整测量。
附图说明
图1为本发明技术方案的原理示意图；
图2为实施例一在采样间距60°下实测光强分布曲线与参考光强分布曲线示意图；
图3为实施例一在采样间距30°下实测光强分布曲线与参考光强分布曲线示意图；
图4为实施例二在采样间距20°下实测光强分布曲线与参考光强分布曲线示意图；
图5为实施例二在采样间距5°下实测光强分布曲线与参考光强分布曲线示意图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的具体实施方式进行了进一步详细说明，但这些说明不能被理解为限制了本发明的范围，本发明的保护范围是由随附的权利要求书限定，而权利要求中以其他形式表达的测量信号形成的技术方案不改变本专利技术特点，也在本专利保护范围内，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
本发明提供了一种空间光辐射测量采样间距的判定方法，流程示意图如图1所示，具体步骤如下。
S1：安装被测样品至测试系统中，根据被测样品光辐射分布特性设定判定阈值δ 0，同时在测试系统中指定的测量平面C 0 内设置初始采样间距
Figure 687628DEST_PATH_IMAGE022
，按照该采样间距测量得到横坐标为角度、纵坐标为光辐射信号参量的二维信号
Figure DEST_PATH_IMAGE024
，所述的光辐射信号参量可以是发光强度或者光谱功率分布或者色度参量。所述被测样品的光辐射分布特性包含但不限于发光光束角、光辐射信号变化幅度等，所设定的判定阈值δ 0和恢复信号精度直接相关，对于同一被测样品，判定阈值δ 0越小，恢复信号精度越高，在后面的实施例中给出了典型的几种样品进行描述。
S2：对初始采样间距获得的信号
Figure 680992DEST_PATH_IMAGE024
进行傅里叶变化，得到频谱
Figure DEST_PATH_IMAGE026
，找到频谱曲线中最大幅值
Figure DEST_PATH_IMAGE028
，以及采样间距
Figure DEST_PATH_IMAGE029
对应幅值为
Figure 373005DEST_PATH_IMAGE020
，计算
Figure 291108DEST_PATH_IMAGE020
与
Figure 814493DEST_PATH_IMAGE028
的比值δ。
S3：比较δ与设定的判定阈值δ 0的大小，当δ≤δ 0时，当前采样间距
Figure 244337DEST_PATH_IMAGE022
满足测量精度需求，基于采样定理，对被测样品的光辐射信号进行恢复，得到实测光谱；如δ>δ 0，可将角度采样间距减小至
Figure DEST_PATH_IMAGE031
，然后重新进行信号采集、分析和采样间距的合理性判定，直至δ小于δ 0。
通过上述方法最终判定得到采样间距与被测样品的空间分布特性相适应，对于光束角大、空间分布变化平缓的光辐射信号类型，判定得到的采样间距比较大，即采样频率较低，即可满足测量精度要求，提高测量速度，降低测量数据的冗余度；对于光束角窄、空间分布变化剧烈的光辐射信号类型，判定得到的采样间距小，即采样频率高，确保满足测量精度要求。通过上述方法，可以快速获得最佳采样间距，有效平衡测量精度和测量效率。
实施例1
（1）测量LED面板灯的空间光辐射分布，该样品发光面尺寸为长1.2m宽0.29m，安装样品至测量系统中，设定判定阈值δ 0为0.001。
（2）设置初始采样间距
Figure DEST_PATH_IMAGE033
，测量得到光辐射分布信号
Figure 423646DEST_PATH_IMAGE034
。
（3）对测得的光辐射分布信号
Figure 698770DEST_PATH_IMAGE024
进行傅里叶变换，得到频谱
Figure 529191DEST_PATH_IMAGE026
，计算得到
Figure 864358DEST_PATH_IMAGE020
与
Figure 593279DEST_PATH_IMAGE028
的比值δ，同时与判定阈值δ 0进行比较。
（4）此时δ>δ 0，判定该采样间距不满足精度需求。将初始采样间距
Figure DEST_PATH_IMAGE035
的光强分布曲线与采样间距
Figure DEST_PATH_IMAGE037
对应的光强分布曲线进行比较，如图2所示，即参考光强分布曲线对应采样间距为5°，实测光强分布曲线对应采样间距为60°，可看出两条曲线存在明显差异。需要注意的是，参考曲线在采样间隔足够小的情况下获得。
（5）将初始角度采样间距减小至初始采样间距的一半即
Figure DEST_PATH_IMAGE039
重新测量，测量得到光辐射分布信号
Figure DEST_PATH_IMAGE041
，重复上述步骤3，计算幅值比δ 1，此时δ 1≤δ 0，判定该采样间距
Figure DEST_PATH_IMAGE043
=30°与被测样品的空间光辐射分布特性相适应，满足当前测量精度要求。将采样间距
Figure 796727DEST_PATH_IMAGE043
=30°的光强分布曲线与采样间距
Figure 294705DEST_PATH_IMAGE037
对应的光强分布曲线进行比较，如图3所示，即参考光强分布曲线对应采样间距为5°，实测光强分布曲线对应采样间距为30°，可看出两条曲线重合性较好。
实施例2
（1）测量LED路灯的空间光辐射分布，该样品发光面尺寸为长0.5m宽0.2m，安装样品至测量系统中，设定判定阈值δ 0为0.001。
（2）设置初始采样间距为
Figure DEST_PATH_IMAGE045
，测量得到光辐射信号
Figure 4035DEST_PATH_IMAGE034
。
（3）对测得的光辐射分布信号
Figure 954673DEST_PATH_IMAGE024
进行傅里叶变换，得到频谱
Figure 837179DEST_PATH_IMAGE026
，计算得到
Figure 376613DEST_PATH_IMAGE020
与
Figure 319162DEST_PATH_IMAGE028
的比值δ。同时与判定阈值δ 0进行比较。
（4）此时δ>δ 0，判定该采样间距不满足精度需求。将采样间距
Figure 757096DEST_PATH_IMAGE046
的光强分布曲线与采样间距
Figure DEST_PATH_IMAGE048
对应的光强分布曲线比较，如图4所示，即参考光强分布曲线对应采样间距为1°，实测光强分布曲线对应采样间距为20°，可以看出，两条曲线存在明显差异。
（5）将初始角度采样间距减小至初始采样间距的一半
Figure DEST_PATH_IMAGE050
重新测量，测量得到光辐射分布信号
Figure 115396DEST_PATH_IMAGE041
，重复上述步骤3，计算幅值比δ 1，此时δ>δ 1，判定该采样间距不满足精度需求。
（6）将步骤（5）中的采样间距减小一半
Figure DEST_PATH_IMAGE052
重新测量，测量得到光辐射分布信号
Figure DEST_PATH_IMAGE054
，重复上述步骤3，计算幅值比δ 2，此时δ≤δ 2，判定该采样间距
Figure 774917DEST_PATH_IMAGE052
与被测样品的空间光辐射分布特性相适应，满足当前测量精度要求。将采样间距
Figure 888366DEST_PATH_IMAGE052
的光强分布曲线与采样间距
Figure DEST_PATH_IMAGE055
对应的光强分布曲线比较，如图5所示，即参考光强分布曲线对应采样间距为1°，实测光强分布曲线对应采样间距为5°，可以看出，两条曲线重合性较好。

Claims (8)

1.一种空间光辐射测量采样间距的判定方法，其特征在于，包括被测光源、测量装置、旋转台和程控系统，所述程控系统分别与旋转台和测量装置电连接，程控系统控制旋转台的运动，使得测量装置与被测光源发生相对转动；所述测量装置采集和测量被测光源的光辐射信号并输出至程控系统，所述程控系统获取得到光辐射信号并对其进行处理分析，判定得到适合被测光源空间光辐射分布特性测量的采样间距。
2.根据权利要求1所述的一种空间光辐射测量采样间距的判定方法，其特征在于，所述测量装置采集和测量被测光源的光辐射信号，具体包括：在指定测量平面C 0 内设置初始采样间距
Figure DEST_PATH_IMAGE002
，在旋转台的带动下，所述测量装置绕被测光源作相对转动，测量装置采集得到被测光源的光辐射信号并传输至程控系统；所述程控系统接收到角度和光辐射信号相对应的二维信号
Figure DEST_PATH_IMAGE004
并根据奈奎斯特采样定理对其进行处理分析。
3.根据权利要求2所述的一种空间光辐射测量采样间距的判定方法，其特征在于，所述程控系统对接收到的二维信号
Figure DEST_PATH_IMAGE004A
进行处理分析，具体包括：对在初始采样间距
Figure DEST_PATH_IMAGE002A
下获得的二维信号
Figure DEST_PATH_IMAGE004AA
进行傅里叶变换，得到频谱
Figure DEST_PATH_IMAGE007
，其中，频谱中最大辐值为
Figure DEST_PATH_IMAGE009
，
Figure DEST_PATH_IMAGE011
，采样间距
Figure DEST_PATH_IMAGE002AA
对应幅值为
Figure DEST_PATH_IMAGE014
；通过公式δ=
Figure DEST_PATH_IMAGE014A
/
Figure DEST_PATH_IMAGE009A
，计算采样间距
Figure DEST_PATH_IMAGE002AAA
对应幅值
Figure DEST_PATH_IMAGE014AA
与所述频谱中最大幅值
Figure DEST_PATH_IMAGE009AA
的比值δ，将比值δ与事先设定的判定阈值δ 0进行比较；若δ≤δ 0，则判定该采样间距满足测量精度需求，得到适合被测光源空间光辐射分布特性测量的采样间距；若δ>δ 0，则将采样间距缩小至原设定的1/2，重新进行被测光源光辐射信号的采集、二维信号的处理分析以及判定，直至比值δ≤δ 0。
4.根据权利要求3所述的一种空间光辐射测量采样间距的判定方法，其特征在于，所述事先设定的判定阈值δ 0与测量的精度直接相关。
5.根据权利要求1或2或3或4所述的一种空间光辐射测量采样间距的判定方法，其特征在于，得到适合被测光源空间光辐射分布特性测量的采样间距后，基于采样定理，对测量的光辐射信号进行恢复，得到实测光谱。
6.根据权利要求1或2或3或4所述的一种空间光辐射测量采样间距的判定方法，其特征在于，所述测量装置包括光谱辐射计或光度计。
7.根据权利要求2或3或4所述的一种空间光辐射测量采样间距的判定方法，其特征在于，对于光束角大或空间光辐射分布变化平缓的被测光源，增大初始采样间距，即降低采样频率；对于光束角小或者空间光辐射分布变化剧烈的被测光源，减小初始采样间距，即提高采样频率。
8.根据权利要求1或2或3或4所述的一种空间光辐射测量采样间距的判定方法，其特征在于，测量时，被测光源保持不动，测量装置绕被测光源转动；或者测量装置保持不动，被测光源绕测量装置转动；或者测量装置和被测光源以不同的速率同时转动。
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