CN202217045U - 可同时测试多个灯具的led照明灯具发光维持率测试装置 - Google Patents

Abstract

一种可同时测试多个灯具的LED照明灯具发光维持率测试装置，属测量领域。其包括一依次设有光电转换模块、信号放大/滤波模块、单片机模块和电源模块的主机，在主机上设有数个与光电转换模块电连接的光纤束法兰；设置数组光纤束，各光纤束的首端分别固定在一个待测灯具处，各光纤束的末端分别经过光纤束法兰与主机内的光电转换模块连接；单片机模块与相关外设模块和SD存储卡模块连接；其各个光纤束内分别设有一根玻璃光纤，在每根玻璃纤维的外部设置护套，在每根光纤束的首/末端设置首/末端端套。其可自动采集多个LED灯具的光辐射能量，经模/数信号转换，并换算成相应的照度值，自动记录、存储在标准SD卡中。特别适用于LED灯具的寿命性能测试领域。

Description

可同时测试多个灯具的LED照明灯具发光维持率测试装置

技术领域

本实用新型属于测量领域，尤其涉及一种用于测量半导体照明灯具发光维持率的测试装置

背景技术

半导体发光二极管进入照明领域，引发了一场新的照明技术领域的革命。

由于不同形状、数量，尺寸的LED，可以按不同方式排列组合，而不同LED照明灯具中的LED发光器件的结构可以不同等特点，在照明领域中出现了各式各样的LED照明产品(例如：LED装饰灯具、LED道路灯具、LED投光灯具、嵌入式LED灯具、LED隧道灯具、LED台灯和交通信号灯具等)及传统光照明源的替代品(例如：用LED来替代白炽灯、MR16、PAR灯、直管形荧光灯T8/T12等)。

目前，针对半导体照明灯具的光色电性能测试，有成熟的分布光度计和光色电测试分析系统，可以检测光通量、峰值波长、色度、显色指数、正向电压、正向电流等光色电指标。

然而，对于灯具的“可靠性”性能测试，由于需要对灯具某一个或几个参数进行连续、长时间(通常至少在上千个小时或者更长)的监测，上述现有的光色电性能测试系统便出现诸多不适用情况，其主要有：

1、无法进行多个待测样品同时进行在线监测；

2、无法对环境变化情况进行监控；

3、当需要对半导体照明灯具进行高、低温环境下的寿命加速实验时，现有光色电测试分析系统亦不能满足需要；

4、价格昂贵，不适合“发光维持率”这类需要长测试时间周期(至少上千小时)、连续监控的性能测试；

所以，现在行业内对于“发光维持率”、“可靠性”等寿命类参数指标性能的测试，普遍采用的方法是使用照度计对被测样品进行人工巡检，记录测试数据。

人工巡检测试的方法主要存在如下不方便的地方，如：

1、人工巡检，因记录员的记录习惯不同，易产生人员测试误差。

2、节假日通常存在数据漏记现象。

3、不能及时发现被测样品的异常。

4、数据为人工记录，不方便数据的管理、分析，数据电子化程度低。

5、增加了测试工作的人力成本。

所以，在实际测试工作中，迫切需要一种无需人工介入，可自动进行数据的检测、处理、记录或分析的测试装置。

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题是提供一种可同时测试多个灯具的LED照明灯具发光维持率测试装置，其采用多对一的数据采集方式，同时自动检测、采集多个LED灯具的光辐射能量，经过主机分别对每一路光信号进行光电转换、信号放大和滤波后，通过单片机进行模拟数字信号转换，并换算成相应的照度值，最后按照一定的格式自动记录、存储在标准SD卡中。

本实用新型的技术方案是：提供一种可同时测试多个灯具的LED照明灯具发光维持率测试装置，其特征是：设置一主机机箱，在主机机箱中设置依次连接的光电转换模块、信号放大/滤波模块、单片机模块和电源模块；在主机机箱上设置四个光纤束法兰，光纤束法兰与光电转换模块电连接；设置四根光纤束，各个光纤束的首端，分别设置/固定在一个待测试LED灯具处，各个光纤束的末端，分别经过设置在主机机箱上的光纤束法兰，与位于主机机箱内的光电转换模块连接；所述的单片机模块与相关外设模块和存储卡模块连接；所述的电源模块与上述各模块连接；所述的各个光纤束内分别设置一根玻璃光纤，在每根玻璃纤维的外部，设置护套，在每根光纤束的首、末端，设置有固定/连接用的首、末端端套。

其中，所述的相关外设模块包括常规的液晶显示模块、报警显示模块和人机按键接口模块，所述的单片机模通过I/O端口与相关外设模块和存储卡模块连接。

在每根所述光纤束的首端端套处，设置探头光学附件，所述光纤束的首端端套与探头光学附件之间螺纹连接。

上述的探头光学附件为一短管状构件，其一端设置有衰减片或余弦校正片，另一端设置有内螺纹，与光纤束的首端端套的外螺纹对应匹配。

每根所述光纤束的末端端套，为无螺纹阶梯插入式结构，所述的无螺纹阶梯插入式端套与设置在主机机箱上的光纤束法兰的插口结构及尺寸对应匹配。

所述的护套为两层护套结构，其外层护套为不锈钢软管，其内层护套为PVC管。

所述的光电转换模块为常规光/电转换传感器。

所述的信号放大/滤波模块为常规RC低通滤波器电路和运算放大电路。

所述的单片机模块为常规单片机电路。

所述的存储卡模块为标准SD卡存储电路。

所述的电源模块为干电池或干电池组。

与现有技术比较，本实用新型的优点是：

1.采用自动数据采集、处理、转换和记录的工作方式，取代了现有的人工操作方式，不存在数据漏记现象，可及时发现被测样品灯具的异常现象，方便了测试数据的管理和分析；

2.采用多对一的信号采集、处理、储存方式，可同时对多个样品灯具同时进行自动在线监测，特别适合于“发光维持率”、“可靠性”这类需要长测试时间周期(上千小时)、连续监控的寿命性能测试项目；

3.整个主机电路模块构成简洁，制造成本低廉，从而大大降低了测试装置的购置成本和使用成本，最终可明显降低整个测试工作的综合成本；

4.采用干电池或干电池组进行供电，大大提高了整个检测装置的可移动性和便携性能。

5.采用标准的SD卡来存储数据，一是便于数据交换和处理，二是便于携带和转移，三是有利于测试结果的数据电子化。

6.整个主机单元一体化、集成化程度高，各光纤束采用铠装防护，光纤束与主机机箱之间采用插接式连接方式，更加适应各种现场测试环境，工作可靠性高，采集数据的可信度好，测量精度高。

附图说明

图1是本实用新型的结构布局示意图；

图2是本技术方案光纤束的结构示意图；

图3为采用衰减片的探头光学附件的结构示意图；

图4为采用余弦校正片的探头光学附件的结构示意图。

图中1为光纤束，2为光纤束法兰，3为光电转换模块，4为信号放大/滤波模块，5为单片机模块，6为液晶显示模块，7为报警显示模块，8为人机按键接口模块，9为SD卡，10为电源模块，11为主机机箱，12为主机单元，20为玻璃光纤，21为首端端套，211为外螺纹，22为末端端套，221为无螺纹阶梯插入式结构，23为护套，30为探头光学附件，301为内螺纹，31为衰减片，32为余弦校正片。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型做进一步说明。

图1中，本测试装置包括一个主机机箱11，在主机机箱中设置有依次连接的光电转换模块3、信号放大/滤波模块4、单片机模块5和电源模块10；在主机机箱上设置四个光纤束法兰2，光纤束法兰与光电转换模块电连接。

设置四根光纤束1，各个光纤束的首端，分别设置/固定在一个待测试LED灯具处(图中未示出)，各个光纤束的末端，经过设置在主机机箱上的光纤束法兰，与位于主机机箱内的光电转换模块连接。

单片机模块与相关外设模块和存储卡模块9连接，电源模块与上述各模块连接。

上述的相关外设模块包括常规的液晶显示模块6、报警显示模块7和人机按键接口模块8。

单片机模通过I/O端口与上述的相关外设模块和存储卡模块连接。

进一步的，上述的光电转换模块为常规光/电转换传感器。

上述的信号放大/滤波模块为常规RC低通滤波器电路和运算放大电路。

上述的单片机模块为常规单片机电路。

上述的存储卡模块为标准SD卡存储电路。

上述的电源模块为干电池或干电池组。

下面对上述各模块部分进行进一步的叙述。

1、电源模块：

电源模块采用5号电池双串双并的电路模式，即两节电池串联为一组，共计两组。可以采用一组单独供电或两组同时供电。每组电池正端经过单独的肖特基二极管连接至系统电源。

肖特基二极管具有导通压降低、单向导电的特性，可以防止电流灌入或电池装反可能对电阻造成的损害。

2、单片机MCU模块：

MCU是系统最核心的部分，实现所有模块的管理和操作。

MCU可采用MicroChip公司的高性能低功耗八位单片机。此单片机采用哈弗结构，程序存储器和数据存储器有独立的访问总线，可同步工作，程序执行效率高。

此单片机拥有丰富的硬件接口，本系统中用到的有：硬件复位接口；在线串行编程接口；RTCC实时时钟；10位模数转换接口；硬件SPI模块；数字I/O等。硬件复位接口连接硬件复位电路，复位按钮采用陷入面板之下的设计，防止误操作导致硬件复位。在线串行编程接口实现在线程序烧写，方便软件的升级，免除烧写程序要将单片机取下的麻烦。RTCC实时时钟实现休眠状态下的计时及闹钟唤醒。10位模数转换接口用于系统电源电压检测以及调理后的光强模拟信号的采集。硬件SPI模块实现与IO扩展模块及SD卡模块的通讯。数字I/O接口用于SPI的片选信号，键盘模块输入，电源分配使能以及报警指示灯的驱动。

3、光强信号调理模块组：

光强信号调理模块组主要包括光/电转换传感器器，信号滤波，信号放大三部分。系统有四路光信号输入，可同时检测四台灯具。

其中，传感器采用欧司朗高精度传感器，被测灯具的光通过光纤耦合到传感器。传感器将光信号转化为电压信号。

信号滤波部分采用RC低通滤波器，截止频率约为0.77Hz，以滤除杂波及干扰。

信号放大部分采用运算放大电路，其放大倍数连续可调。

4、液晶LCD显示模块：

LCD显示模块包括I/O扩展模块和LCD显示器。

I/O扩展模块采用SPI接口与MCU相连，可扩展出16路(2个PORT)数字IO接口，用于专门驱动LCD显示器模块。其中的一个PORT用于LCD显示器的并行总线，另一个PORT的三个管脚分别控制LCD显示器的读/写，使能及功能选择三个输入信号。

LCD显示器选用TOPWAY公司的20×4字符型显示器，可最多同时显示80个英文字符。

5、SD存储卡模块：

SD卡采用标准SD卡，最大支持2Gb，文件系统格式FAT32。SD卡工作在SPI模式，通过SPI总线实现数据读写。

SD卡中的数据以txt的文本格式保存，可方便地导入到origin、excel等外部数据处理软件进行分析处理。

6、人机按键接口模块：

键盘模块共计10个按键，其中一个独立按键，其余九个为3×3矩阵按键。键盘模块接口为2+3×2＝8根。独立按键接MCU的中断口，在MCU休眠的状态下仍能响应。矩阵键盘在MCU休眠状态下无响应。

7、报警显示模块：

报警指示灯为红色LED，串接限流电阻，由MCU的数字I/O口驱动。以不同频率的闪烁表示不同的故障。

系统可实现如下几个报错闪烁频率：低电压报警，0.5Hz；SD卡错误，8Hz；读照度参数文件错误，2Hz；写测试数据错误，1Hz。

由于上述各种模块、电路均为现有技术，各芯片和端/接口的缩写(或代码)均参照业内标准执行，本领域的技术人员，均可从相关生产厂家获得相关标准电路、集成电路的产品样本和标准应用电路，无需经过创造性的劳动，即可实现本技术方案的发明意图和技术效果，故其具体电路和连接方式在此不再叙述。

图2中，每根光纤束内分别设置一根玻璃光纤20，在每根玻璃纤维的外部，设置护套23，在每根光纤束的首、末端，设置有固定/连接用的首、末端端套21和22。

光纤束两头的端套采用不锈钢材料。

在光纤束的首端端套外周，设置外螺纹211，以方便测试实验时用两个螺母固定在支架上，保证光纤束在整个实验过程中有稳定的机械固定；同时，其外螺纹结构设计亦可方便同探头光学附件(参见图3、图4所示)进行连接。

在光纤束的末端端套，为无螺纹阶梯插入式结构221，无螺纹阶梯插入式端套与设置在主机机箱上的光纤束法兰的插口结构及尺寸对应匹配，以方便与主机单元的光纤束法兰进行连接。

本技术方案中的光纤束采用玻璃光纤，相比较石英光纤具有大的数值孔径(视场)，价格更便宜。

光纤束外设置的铠装结构为两层护套，外层为不锈钢软管，内层为黑色PVC管，既可防止光纤束的机械损伤，如断裂等，又可避免光纤束在通过强光区域的外界光学干扰。

光纤束规格如下：

材料：            玻璃光纤

通光截面直径：    1mm

数值孔径：        ≥0.6

视场(FOV)：       约±36°

长度：            1.5m、2m

光纤束长度采用1.5米或者2米规格，这样减少光纤束的传输损耗，并可以保证光纤束对杂散光的滤波效果，达到稳定的测试效果。

按光纤传输原理，在数值孔径外的光线物理上也能耦合进光纤束进行传输，但是其在光纤束中的传输是以大损耗状态的泄露模式进行，所以在很短的传输距离后，即损耗至零。

图3和图4中，本技术方案中有两种探头光学附件可供选择，由图可知，探头光学附件30为一短管状构件，其一端设置有衰减片31或余弦校正片32，另一端设置有内螺纹301，可方便与光纤束的首端端套的外螺纹对应匹配连接。

当待测试灯具光强较强时，光电探测器或者放大器容易饱和，增加衰减片可以增加测试系统测量范围；设计采用常规的10mm直径规格。

由于光纤束只对在数值孔径内的光线进行传输，为了让整个系统能对大角度入射的光线进行测量，使其达到类似照度计的余弦响应特性，可以在光纤探头的端部安装余弦校正片；采用半径为5mm的球壳状校正片，材料为乳白有机玻璃，校正误差相对较小。

测试中可根据被测灯具的实际情况对探头光学附件进行合适的选择。

综上，本技术方案特别适合实验室常温条件下的半导体照明灯具发光寿命实验，以及高低温环境下的寿命加速实验。

本实用新型采用多对一的数据采集方式，同时自动检测、采集多个LED灯具的光辐射能量，取代了现有的人工操作方式，不存在数据漏记现象，可及时发现被测样品灯具的异常现象，方便了测试数据的管理和分析，特别适合于需要长测试时间周期、连续监控的性能测试项目；本技术方案可明显降低整个测试工作的综合成本，大大提高了整个检测装置的可移动性和便携性能，有利于数据交换、传输和处理，便于携带和转移，有利于测试结果的数据电子化，各光纤束采用铠装防护，光纤束与主机机箱之间采用插接式连接方式，更加适应各种现场测试环境，工作可靠性高，采集数据的可信度好，测量精度高。

本实用新型可广泛用于各种LED灯具的寿命性能测试领域。

Claims (8)

1.一种可同时测试多个灯具的LED照明灯具发光维持率测试装置，其特征是：

设置一主机机箱，在主机机箱中设置依次连接的光电转换模块、信号放大和滤波模块、单片机模块和电源模块；

在主机机箱上设置四个光纤束法兰，光纤束法兰与光电转换模块电连接；

设置四根光纤束，各个光纤束的首端，分别设置/固定在一个待测试LED灯具处，各个光纤束的末端，分别经过设置在主机机箱上的光纤束法兰，与位于主机机箱内的光电转换模块连接；

所述的单片机模块与相关外设模块和存储卡模块连接；

所述的电源模块与上述各模块连接；

所述的各个光纤束内分别设置一根玻璃光纤，在每根玻璃纤维的外部，设置护套，在每根光纤束的首、末端，设置有固定/连接用的首、末端端套。

2.按照权利要求1所述的可同时测试多个灯具的LED照明灯具发光维持率测试装置，其特征是所述的相关外设模块包括常规的液晶显示模块、报警显示模块和人机按键接口模块，所述的单片机模通过I/O端口与相关外设模块和存储卡模块连接。

3.按照权利要求1所述的可同时测试多个灯具的LED照明灯具发光维持率测试装置，其特征是在每根所述光纤束的首端端套处，设置探头光学附件，所述光纤束的首端端套与探头光学附件之间螺纹连接。

4.按照权利要求3所述的可同时测试多个灯具的LED照明灯具发光维持率测试装置，其特征是所述的探头光学附件为一短管状构件，其一端设置有衰减片或余弦校正片，另一端设置有内螺纹，与光纤束的首端端套的外螺纹对应匹配。

5.按照权利要求1所述的可同时测试多个灯具的LED照明灯具发光维持率测试装置，其特征是每根所述光纤束的末端端套，为无螺纹阶梯插入式结构，所述的无螺纹阶梯插入式端套与设置在主机机箱上的光纤束法兰的插口结构及尺寸对应匹配。

6.按照权利要求1所述的可同时测试多个灯具的LED照明灯具发光维持率测试装置，其特征是所述的护套为两层护套结构，其外层护套为不锈钢软管，其内层护套为PVC管。

7.按照权利要求1所述的可同时测试多个灯具的LED照明灯具发光维持率测试装置，其特征是所述的光电转换模块为常规光/电转换传感器；所述的信号放大和滤波模块为常规RC低通滤波器电路和运算放大电路；所述的单片机模块为常规单片机电路；所述的存储卡模块为标准SD卡存储电路。

8.按照权利要求1所述的可同时测试多个灯具的LED照明灯具发光维持率测试装置，其特征是所述的电源模块为干电池或干电池组。

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