摘要：LED光电参数测试仪是用来测量LED在可见波段范围的光、电参数的仪器。本文对三探头LED光参数测试仪及其应用进行研究。
关键词：三探头LED光；参数测试仪；应用
随着LED技术的飞速发展，LED照明灯具已经广泛应用于各种照明场合。LED光源的高可靠性能、高效率、无污染等优异特性使得LED照明灯具成为市场的主流，是替代白炽灯或卤素灯的理想光源。
一、LED慨况
1.发光二极管简称为LED。由含镓（Ga）、砷（As）、磷（P）、氮（N）等的化合物制成。当电子与空穴复合时能辐射出可见光，因而可以用来制成发光二极管。在电路及仪器中作为指示灯，或者组成文字或数字显示。砷化镓二极管发红光，磷化镓二极管发绿光，碳化硅二极管发黄光，氮化镓二极管发蓝光。因化学性质又分有机发光二极管OLED和无机发光二极管LED。发光二极管是一种常用的发光器件，通过电子与空穴复合释放能量发光，它在照明领域应用广泛。[1]发光二极管可高效地将电能转化为光能，在现代社会具有广泛的用途，如照明、平板显示、医疗器件等。
2.工作原理。发光二极管与普通二极管一样是由一个PN结组成，也具有单向导电性。当给发光二极管加上正向电压后，从P区注入到N区的空穴和由N区注入到P区的电子，在PN结附近数微米内分别与N区的电子和P区的空穴复合，产生自发辐射的荧光。不同的半导体材料中电子和空穴所处的能量状态不同。当电子和空穴复合时释放出的能量多少不同，释放出的能量越多，则发出的光的波长越短。常用的是发红光、绿光或黄光的二极管。发光二极管的反向击穿电压大于5伏。它的正向伏安特性曲线很陡，使用时必须串联限流电阻以控制通过二极管的电流。发光二极管的核心部分是由P型半导体和N型半导体组成的晶片，在P型半导体和N型半导体之间有一个过渡层，称为PN结。在某些半导体材料的PN结中，注入的少数载流子与多数载流子复合时会把多余的能量以光的形式释放出来，从而把电能直接转换为光能。PN结加反向电压，少数载流子难以注入，故不发光。当它处于正向工作状态时（即两端加上正向电压），电流从LED阳极流向阴极时，半导体晶体就发出从紫外到红外不同颜色的光线，光的强弱与电流有关。
3.LED灯特点。LED灯就是发光二极管，是采用固体半导体芯片为发光材料，与传统灯具相比，LED灯节能、环保、显色性与响应速度好。(1)节能是LED灯最突出的特点在能耗方面，LED灯的能耗是白炽灯的十分之一，是节能灯的四分之一。这是LED灯的一个最大的特点。现在的人们都崇尚节能环保，也正是因为节能的这个特点，使得LED灯的应用范围十分广泛，使得LED灯十分的受欢迎。
(2)可以在高速开关状态工作。我们平时走在马路上，会发现每一个LED组成的屏幕或者画面都是变化莫测的。这说明LED灯是可以进行高速开关工作的。但是，对于我们平时使用的白炽灯，则达不到这样的工作状态。在平时生活的时候，如果开关的次数过多，将直接导致白炽灯灯丝断裂。这个也是LED灯受欢迎的重要原因。(3)环保。LED灯内部不含有任何的汞等重金属材料，但是白炽灯中含有，这就体现了LED灯环保的特点。现在的人都十分的重视环保，所以，会有更多的人愿意选择环保的LED灯。(4)相较于其他的光源，LED灯更“干净”。所谓的“干净”不是指的灯表面以及内部的干净，而是这个灯是属于冷光源的，不会产生太多的热量，不会吸引那些喜光喜热的昆虫。特别是在夏天，农村的虫子会特别的多，有的虫子天性喜热，白炽灯和节能灯在使用一段时间之后都会产生热量，这个热量正好是虫子喜欢的，就容易吸引虫子过来。这无疑会对灯表面带来很多的污染物，而且，虫子的排泄物还会使得室内变得很脏。但是，LED灯是冷光源，不会吸引虫子过来的，这样，就不会产生虫子的排泄物。所以说，LED灯更加的“干净”。
二、相关概念和原理
1.LED平均发光强度。按照国际照明委员会CIE推荐的测量标准，应选光阑面积为100mm 2的光度探测器，在与LED管前表面两个固定距离下测量发光强度，即:(1)I LEDA，对应CIE标准条件A(远场):测试距离为316mm，相应立体角为0.001sr;(2)I LEDB，对应CIE标准条件B(近场):测试距离为100mm，相应立体角为0.01sr。
2.CIE明视觉光谱光视效率。人们最关心的是可见光波段辐射带给人眼的“明亮”和“颜色”的感觉。然而，各个波长的光给人眼带来的感觉并不一致，而且这种视觉反应因个体的差异有所不同。为了统一度量，便于科学、工业等的交流，CIE在大量心理学、物理学实验的基础上，提出明/暗视觉光谱光视效率曲线。图1是明视觉下的光谱光视效率曲线，以V(λ)表示，该曲线中，555nm即黄绿色时的光视效率最高，记为1。
3.典型的LED相对光谱功率分布。单色LED的光谱既不是单色光谱(如激光)，也不是宽带光谱(如白炽灯)，而是介于两者之间(准单色光谱)，它的带宽大约几十个纳米。
4.LED光电参数测试仪的原理。LED光电参数测试仪是测量LED在可见光范围内的光参数和电参数的仪器。LED光电参数测试仪由光、电两大部分组成的，主要包括传感器、输入电路、A/D转换电路和数字显示部分等。作为仪器传感器的光电接收器是仪器测量的关键部件，它由光电接收器(如硅光二极管)和恰当的滤光片匹配而成，使其光谱响应度曲线与标准光谱光视效率函数V(λ)曲线在整个可见光区相接近。此外，在光电接收器的前部设置有恒定长度的遮光筒，以确定接收器的视角大小和测量距离，筒内设有若干光阑，用来消除杂散辐射。
三、三探头LED光参数测试仪及其应用
LED显示屏的视觉效果与所用LED的光参数视角特性有很大关系。为提高可变信息标志的视觉效果,保证产品质量,需对大量封装的LED管进行光参数的检测分档,工作量十分巨大。用现有的LED光电参数测量仪测量视角特性参数时,须逐个手动定位测量,速度很慢,不能满足生产线上大批量检测分档的要求。为此,我们专门研制开发了三探头LED光参数测试仪,一次测试就能在三个输出显示器同时读取对应于0°、±1/2θ视觉特性的三个光强数据,简化了测试过程,大大加快了检测分档速度。单路LED光参数测试仪的原理如图2所示。被测LED由恒流源供电,通常设置为20mA。光路系统和光/电转换组成的光强传感器装在探头的特制套筒内。光/电转换输出的电参数经放大处理后,由数字显示出被测LED的光强值。
图2 单路LED光参数测量框图
三探头光参数测试仪由3套探头和3路放大输出显示电路组成。三探头与被测LED的角度关系由机加工精度保证,使之固定为视觉特性所需的0°、±1/2θ。由组装调试来保证3路测量设备所测参数的一致性。某科技发展有限公司在完成高速公路可变信息标志生产任务中,采用该设备加快了LED的检测分档速度,明显地提高了效率。
准确测量LED的光电性能参数是科学评价LED照明产品性能、质量现状和发展趋势的基础。LED光电参数测试仪是检验单颗LED光电性能的重要测试设备，在生产过程控制和产品检验中发挥着越来越重要的作用，其计量参数的准确可靠，也就成了产品质量控制的关键。
参考文献
［1］丁见．LED光电参数测试仪法向发光强度示值校准的测量不确定度探讨［J］．照明工程学报，2017，22(2):17－49．
［2］李瑞.基于RGBW四色LED光源的舞台灯具光色性能改进研究［M］．北京:中国计量出版社，2017．
论文作者:王尽雨,赵连柱
论文发表刊物:《电力设备》2019年第11期
论文发表时间:2019/10/18
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