CN116723599B - 一种可预知频闪特征的频闪标准光源的构建方法及其装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种可预知频闪特征的频闪标准光源的构建方法及其装置,包括将目标频闪光波形变化数据,转变成电平变化数据;所述电平变化数据转变成电流变化数据;将所述电流变化数据转化成光强变化,确保LED光源输出的动态变化光强和目标频闪光波形一致。本发明通过计算出信号发生器电压信号强度变化曲线,生成实际控制信号发生器电压信号的实时变化曲线,使得LED输出的实际发光强度近似所需求的变化曲线,从而获得具有预知频闪特征参数的频闪光。
Description
技术领域
本发明涉及一种频闪标准光源构建技术,尤其涉及一种可预知频闪特征的频闪标准光源的构建方法及其装置。
背景技术
照明光源的频闪现象,也称为暂态光调制,是光源发出的光随时间呈快速、重复的变化,使得光源跳动和不稳定的现象。一般认为,低于闪烁频率 80Hz,人眼都能觉察到光源的闪烁。对于 80Hz 以上的频闪,人眼不会直接察觉,但是依然会受到一定的影响,例如会产生一些频闪效应,会产生错觉,如快速运转的设备看成是缓慢运转着甚至是静止的,频闪特征值是绿色照明领域强制性国家标准的限制性参数,越来越多的产品标准中规定照明产品频闪特性的量值,频闪特征值是指频闪频率、频闪指数、频闪百分比,还有光源的闪变指数和频闪效应可视度,这些特征参数是频闪光时域波形变换至频域后根据其频谱的计算值,是频闪光时域波形的导出值,因此需要对频闪特征值进行校准计算。
对于频闪测量仪的校准方案,通常采用直接比较法溯源至探测器的频闪的校准方案,即使用被校准频闪测量仪和上一级参考频闪测量仪,对同一频闪光源进行测量,比较两者的测量结果,建立量值溯源链条。因此在进行量值比较时,需要频闪光源实现具有可变频闪特性值的频闪光。因此需要一种可预知频闪特征的频闪标准光源的构建方法及其装置。
发明内容
本发明的目的是要提供一种可预知频闪特征的频闪标准光源的构建方法及其装置。
为达到上述目的,本发明是按照以下技术方案实施的:
本发明包括如下步骤:
A将目标频闪光波形数据变化数据,转变成电平变化数据;
B将所述电平变化数据转变成电平信号;
C将所述电平信号转换成电流信号;
D将所述电流信号转化成光强变化。
进一步地,在步骤A中,所述转变成电平变化数据的方法包括,
a将所述目标频闪光波形用数组表示波形时间变化曲线后;
b通过所述波形时间变化曲线计算出用数组表示的电平时间变化曲线;
c通过所述电平时间变化曲线生成动态变化的电平变化数据。
进一步地,所述电流信号转化成光强变化的方法包括设定高速电压信号发生器的输出电平Vi (i=1,2,3,...,n),该电平输入到V/I转换器后转换成驱动电流 ,LED光源相应地发出对应设定的发光强度值的光源,通过采集发光强度值ILED,i ,重复n次后,可以获得输入参数Vi和输出参数ILED,i,实验结果显示两者接近线性,可用三次多项式拟合计算出关系表达式:
其中a0,b1, b2,b3 是拟合参数。
进一步地,所述LED光源置于恒定温度的热沉上,所述LED光源在恒定驱动电流下发光强度量值重复波动性小于0.01%。
进一步地,所述热沉温度是25℃。
一种可预知频闪特征的频闪标准光源的构建装置,包括控制计算机,高速电压信号发生器,V/I转换器和LED光源,所述LED光源置于暗环境的恒定温度的热沉上,所述控制计算机的信号输出端与所述高速电压信号发生器的输入端连接,所述高速电压信号发生器的输出端与所述V/I转换器的输入端连接,所述V/I转换器的输出端与所述LED光源的输入端连接;
控制计算机,用于将目标频闪光波形数据变化数据,转变成电平变化数据后所述电平变化数据转变成电流变化数据;最后将所述电流变化数据计算转化成光强变化,确保LED光源输出的动态变化光强和目标频闪光波形一致;
高速电压信号发生器,用于将所述电平变化数据转变成电平信号;
V/I转换器,用于将电平信号转换成电流,用于驱动LED光源;
LED光源是电流驱动光源,用于将所述电流转化成光强变化。
本发明的有益效果是:
本发明通过计算出信号发生器电平信号强度变化曲线,生成实际控制信号发生器电平信号的实时变化曲线,使得LED输出的实际发光强度近似所需求的变化曲线,从而获得具有预知频闪特征参数的频闪光。
附图说明
图1是本发明可预知频闪特征的频闪标准光源的构建方法的流程图;
图2是本发明可预知频闪特征的频闪标准光源的构建装置的工作结构图;
图3 本发明可预知频闪特征的频闪标准光源实施例1中测量出LED发光强度和电平信号的关系曲线。
图4 本发明可预知频闪特征的频闪标准光源实施例1中设定的正弦波形的频闪光一个周期发光强度变化时域示意图;
图5本发明可预知频闪特征的频闪标准光源实施例1中依据拟合表达式计算出的一个周期电平变化的示意图;
图6本发明可预知频闪特征的频闪标准光源实施例1中实际生成的频闪光源的波形示意图;
图7本发明可预知频闪特征的频闪标准光源实施例2中设定的方波波形的频闪光一个周期发光强度变化时域示意图;
图8本发明可预知频闪特征的频闪标准光源实施例2中依据拟合表达式计算出的一个周期电平变化的示意图;
图9本发明可预知频闪特征的频闪标准光源实施例2中实际生成的频闪光源的波形示意图;
图10本发明可预知频闪特征的频闪标准光源实施例3中设定的三角波形的频闪光一个周期强度变化时域示意图;
图11本发明可预知频闪特征的频闪标准光源实施例3中依据拟合表达式计算出的一个周期电平变化的示意图;
图12本发明可预知频闪特征的频闪标准光源实施例3中实际生成的频闪光源的波形示意图。
具体实施方式
下面结合附图以及具体实施例对本发明作进一步描述,在此发明的示意性实施例以及说明用来解释本发明,但并不作为对本发明的限定。
如图1所示,本发明包括如下步骤:
A将目标频闪光波形数据变化数据,转变成电平变化数据;
a将所述目标频闪光波形进行离散数值采样用数组表示波形时间变化曲线;
b通过所述波形时间变化曲线计算出用数组表示的电平时间变化曲线;
c通过所述电平时间变化曲线生成动态变化的电平变化数据。
B将所述电平变化数据转变成电平信号;
C将所述电平信号转换成电流信号;
D将所述电流信号转化成光强变化。
所述电流变化数据计算转化成光强变化的方法包括设定高速电压信号发生器的输出电平Vi (i=1,2,3,...,n),该电平输入到V/I转换器后转换成驱动电流 ,LED光源相应地发出对应设定的发光强度值的光源,通过采集发光强度值ILED,i ,重复n次后,可以获得模型输入参数Vi和输出参数ILED,i,采用三次多项式拟合,拟合出电平信号和发光强度关系表达式:
,
如图2所示一种可预知频闪特征的频闪标准光源的构建装置,包括控制计算机,高速电压信号发生器,V/I转换器和LED光源,所述LED光源置于暗环境的恒定温度的热沉上,所述控制计算机的信号输出端与所述高速电压信号发生器的输入端连接,所述高速电压信号发生器的输出端与所述V/I转换器的输入端连接,所述V/I转换器的输出端与所述LED光源的输入端连接;
控制计算机,用于将目标频闪光波形数据变化数据,转变成电平变化数据后所述电平变化数据转变成电流变化数据;最后将所述电流变化数据计算转化成光强变化,确保LED光源输出的动态变化光强和目标频闪光波形一致;
高速电压信号发生器,用于将所述电平变化数据转变成电平信号;
V/I转换器,用于将电平信号转换成电流,用于驱动LED光源;
LED光源是电流驱动光源,用于将所述电流转化成光强变化。
在本实施例1中,使用本发明的标准频闪光源生成频闪光。首先获取电平信号V-发光强度I LED关系表达式。该计算机控制程序采用LABVIEW编写。首先设定标准频闪光源的控制计算机设定高速电压信号发生器的电平水平,控制电平V i从0 V,间隔0.05 V,逐步增加到9.9 V,并测出电平序列中对应的LED光源的发光强度值,在每一步中,电平V i输出到标准频闪光源内的V/I转换器的输入端,V/I转换器的将输入电平V i转换成输出电流I i,该输出电流I i作为驱动电流点亮标准频闪光源内LED光源,再利用光度计测量驱动电流I i驱动的LED光源的发光强度值I LED,i,计算机在读取光度计值后I LED,i,控制高速电压信号发生器的输出电平到下一个值,并循环上述步骤,直至完成电平范围扫描,电平V i作为横坐标,LED发光强度值纵坐标,对电平V i-发光强度值的关系实验数据作图,结果见图3,使用三次多项式拟合,拟合出近似电平信号V-发光强度I LED关系表达式:
在后续的过程中,当目标输出某一设定的发光强度值时,可以通过上述表达式,可以通过查表方式或者解方程方式求解出其需要的高速电压信号发生器的电平水平值,例如需要输出发光强度分别是1,2,3,4,5,则求解出对应的输出的电平设置值分别是1.3269,2.6180,3.9232,5.2440,6.5819。
设定生成目标频闪光,频闪频率10 Hz,波动深度为10%的正弦波,发光强度最大值5 cd,该正弦波形频闪光I 设定和时间t理论曲线表达式是
对上述波形表达式进行采样,在一个频闪周期,即0.1s,采样为1000个数据点,计算机控制采用LABVIEW生成电平序列数组,结果如图4所示,利用电平信号V-发光强度I LED关系表达式,求解出输出正弦波形频闪光所需要的电平变化数据数组,该输出电平波形数组见图5,该过程在控制计算机通过LABVIEW程序完成。
根据计算出的输出电平变化数据,计算机LABVIEW程序通过USB 3.0数据线与高速电压信号发生器通信,且控制高速电压信号发生器依时序控制输出的电平值,该电平值数组与正弦波形频闪光波形数组一一对应,且持续循环输出,控制输出的电平值输出至V/I转换器的输入端,然后V/I转换器将输入电平变化转换为驱动电流变化,用于驱动LED光源。
LED光源在电流驱动下发光,其发光强度值I LED与控制电流大小的电平信号V满足电平信号V-发光强度I LED关系表达式,由此可知LED实际输出光强变化与预设定的频闪光变化波形符合。
依据频闪光源特征参数定义,图4是预设正弦频闪光的一个周期的波形,可预知频闪频率为10.000 Hz,频闪指数为0.032,频闪百分比为10.0%,使用标准频闪光源测量装置测量该频闪光源生成频闪光,实际测量波形见图6,测量的特征频闪参数结果是(10.000±0.002) Hz,频闪指数为(0.032±0.002),频闪百分比为(10.0±0.4%)。
在本实施例2中,首先与实施例1中相同的方法求出电平信号V-发光强度I LED关系表达式,设定生成目标频闪光,频闪频率10 Hz,波动深度10%,占空比50%的方波,发光强度最大值5 cd,则该方波形频闪光I 设定和时间t理论曲线表达式是
对上述波形表达式进行采样,在一个频闪周期内采样为1000个数据点,结果如图7所示,利用电平信号V-发光强度I LED关系表达式,求解出输出目标方光波形频闪光所需要的电平变化数据数组,输出电平波形数组的波形图见图8,
根据输出电平变化数据,计算机依次控制高速电压信号发生器依时序控制输出对应的电平值,V/I转换器将电平变化转换为电流变化,用于驱动LED光源。
LED光源在电流驱动下发光,其发光强度值I LED与控制电流大小的电平信号V近似满足电平信号V-发光强度I LED关系表达式,由此可知LED实际输出光强变化与预设定的频闪光变化波形符合。
依据频闪光源特征参数定义,图7是一个周期的预设方波频闪光的波形,可预知频闪频频率为10.000 Hz,频闪指数为0.050,频闪百分比为10.0%,使用标准频闪光源测量装置测量该频闪光源生成的频闪光,实际测量波形见图9,测量的特征频闪参数结果是(10.000±0.002) Hz,频闪指数为(0.049±0.002),频闪百分比为(10.1±0.4%)。
在本实施例3中, 首先与实施例1中相同的方法求出电平信号V-发光强度I LED关系表达式,设定生成目标频闪光,设定生成频闪频率是10 Hz,波动深度为10%的三角波,发光强度最大值5 cd,该三角波形频闪光I 设定和时间t理论曲线表达式是
,
其中DC=4.0909, A=0.9091, f=10, floor是向下取整函数,
对上述表达式进行采样,在一个频闪周期内采样为1000个数据点,结果如图10所示,利用电平信号V-发光强度I LED关系表达式,求解出输出目标三角波形频闪光所需要的电平变化数据数组,输出电平波形数组的图形见图11。
根据输出电平变化数据,计算机依次控制高速电压信号发生器依时序控制输出对应的电平值,V/I转换器将电平变化转换为电流变化,用于驱动LED光源 。LED光源在电流驱动下发光,其发光强度值I LED与控制电流大小的电平信号V近似满足电平信号V-发光强度I LED模型公式,由此可知LED实际输出光强变化与预设定的频闪光变化波形符合。
依据频闪光源特征参数定义,图10是一个周期的预设方波频闪光的波形,可预知频闪频频率为10.000 Hz,频闪指数为0.025,频闪百分比为10.0%。使用标准频闪光源测量装置测量该频闪光源生成频闪光,实际测量波形见图12,测量结果为测量的特征频闪参数结果是(10.000±0.002) Hz,频闪指数为(0.025±0.002),频闪百分比为(9.9 ±0.4%)。
本发明的技术方案不限于上述具体实施例的限制,凡是根据本发明的技术方案做出的技术变形,均落入本发明的保护范围之内。
Claims (4)
1.一种可预知频闪特征的频闪标准光源的构建方法,其特征在于:包括如下步骤:
A将目标频闪光波形数据变化数据,转变成电平变化数据;所述转变成电平变化数据的方法包括,
a将所述目标频闪光波形用数组表示波形时间变化曲线;
b通过所述波形时间变化曲线计算出用数组表示的电平时间变化曲线;
c通过所述电平时间变化曲线生成动态变化的电平变化数据;
B将所述电平变化数据转变成电平信号;
C将所述电平信号转换成电流信号;
D将所述电流信号转化成光强变化,包括设定高速电压信号发生器的输出电平Vi (i=1,2,3,...,n),该电平输入到V/I转换器后转换成驱动电流 ,LED光源相应地发出对应设定的发光强度值的光,通过采集发光强度值I LED, i ,重复n次后,可以获得输入参数Vi和输出参数I LED, i,拟合出电平信号V - 发光强度I LED关系表达式:
;
其中a0 , b1 , b2 ,b3 是拟合参数。
2.根据权利要求1所述的一种可预知频闪特征的频闪标准光源的构建方法,其特征在于:所述LED光源置于恒定温度的热沉上,所述LED光源在恒定驱动电流下发光强度量值重复波动性小于0.01%。
3.根据权利要求2所述的一种可预知频闪特征的频闪标准光源的构建方法,其特征在于:所述热沉温度是25℃。
4.一种可预知频闪特征的频闪标准光源的构建装置,其特征在于:包括控制计算机,高速电压信号发生器,V/I转换器和LED光源,所述LED光源置于暗环境的恒定温度的热沉上,所述控制计算机的信号输出端与所述高速电压信号发生器的输入端连接,所述高速电压信号发生器的输出端与所述V/I转换器的输入端连接,所述V/I转换器的输出端与所述LED光源的输入端连接;
控制计算机,用于将目标频闪光波形数据变化数据,转变成电平变化数据后所述电平变化数据转变成电流变化数据;最后将所述电流变化数据计算转化成光强变化,确保LED光源输出的动态变化光强和目标频闪光波形一致;
高速电压信号发生器,用于将所述电平变化数据转变成电平信号;
V/I转换器,用于所述电平信号转换成电流信号驱动LED光源,包括设定高速电压信号发生器的输出电平Vi (i=1,2,3,...,n),该电平输入到V/I转换器后转换成驱动电流 ,LED光源相应地发出对应设定的发光强度值的光,通过采集发光强度值I LED, i ,重复n次后,可以获得输入参数Vi和输出参数I LED, i,拟合出电平信号V - 发光强度I LED关系表达式:
;
其中a0 , b1 , b2 ,b3 是拟合参数;
LED光源是电流驱动光源,将所述电流信号转化成光强变化。
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PB01 | Publication | ||
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GR01 | Patent grant | ||
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