本發(fā)明屬于光電檢測儀器領(lǐng)域，尤其涉及一種測試光源光電轉(zhuǎn)換效率的系統(tǒng)及方法。

背景技術(shù)：

輻射通量是輻射源的重要的基本技術(shù)指標(biāo)，也是評價一個輻射源優(yōu)劣的主要標(biāo)志之一。在進(jìn)行照明工程設(shè)計時，確定光源的光電轉(zhuǎn)換效率是一項必不可少的環(huán)節(jié)，能完整地描述光源的特性。這對于光源的應(yīng)用，以及燈具的設(shè)計具有重要意義。例如：市場上LED產(chǎn)品質(zhì)量良莠不齊，市場秩序較為混亂，嚴(yán)重影響了用戶信心。生產(chǎn)廠商需要準(zhǔn)確測量LED的各種光學(xué)參數(shù)，尤其是輻射通量更能完整地描述LED的特性。市場上可以直接測試光效的成套系統(tǒng)極少，很多照明企業(yè)還因價格因素，選擇使用僅能測試相對輻射強(qiáng)度的儀器。同時現(xiàn)有的光譜輻射強(qiáng)度測量裝置大多來自進(jìn)口，價格貴，且不能對客戶需求及時做出反應(yīng)。因此，研究和開發(fā)一款高性能、多功能、低成本以及具有完全自主知識產(chǎn)權(quán)的測試光源的光電轉(zhuǎn)換效率的方法與系統(tǒng)，開展光源的輻射通量的測試技術(shù)的研究，建立測量標(biāo)準(zhǔn)裝置，具有很重要的實際意義。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

鑒于上述，本發(fā)明提出了一種測試光源光電轉(zhuǎn)換效率的系統(tǒng)及方法，該系統(tǒng)具有覆蓋波長范圍寬、性能穩(wěn)定、分辨率高、體積小、價格低、數(shù)據(jù)采集頻率高等優(yōu)點，利用該系統(tǒng)測試測試光源光電轉(zhuǎn)換效率的方法操作簡單方便且精度高。

本發(fā)明第一方面提供了一種測試光源光電轉(zhuǎn)換效率的系統(tǒng)，包括：供電裝置(含光源夾具)、輻射強(qiáng)度測量裝置、專業(yè)軟件平臺；所述的供電裝置用于采集光源的電流與電壓，并將其通過USB傳輸至專業(yè)軟件平臺；所述的輻射強(qiáng)度測量裝置用于采集每個波長處的絕對輻射強(qiáng)度，并將該絕對輻射強(qiáng)度轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號后傳輸至專業(yè)軟件平臺；所述的專業(yè)軟件平臺根據(jù)接收到的電壓電流以及數(shù)字信號計算得到光電轉(zhuǎn)換效率。

作為優(yōu)選，所述的輻射強(qiáng)度測量裝置包括：

用于采集被測光源的光信號的積分球、用于將積分球采集的光信號傳輸至光譜儀的光纖以及用于將接收的光信號轉(zhuǎn)化為電信號，且將該電信號經(jīng)過數(shù)模轉(zhuǎn)換變?yōu)閿?shù)字信號再傳輸至專業(yè)軟件平臺的光譜儀。

所述的積分球為高漫反射積分球。作為優(yōu)選，本發(fā)明中采用BIM-3001系列積分球，該系列積分球內(nèi)涂層采用聚四氟乙烯，聚四氟乙烯涂層，是當(dāng)前國際照明委員會(CIE)推薦的一種最好的漫反射材料；本發(fā)明采用積分球的內(nèi)尺寸有1.5英寸，2.5英寸等多種尺寸，適用于不同輻射強(qiáng)度的光源測量。

作為優(yōu)先，所述的輻射強(qiáng)度測量裝置包括：

用于采集被測光源的光信號的余弦校正器、用于將余弦校正器采集的光信號傳輸至光譜儀的光纖以及用于將接收的光信號轉(zhuǎn)化為電信號，且將該電信號經(jīng)過數(shù)模轉(zhuǎn)換變?yōu)閿?shù)字信號再傳輸至專業(yè)軟件平臺的光譜儀。

所述的余弦校正器一種用于光譜輻射取樣的光學(xué)元件，用于收集180°立體角內(nèi)的輻射(光線)，從而消除了其它取樣裝置中由于光線收集取樣幾何結(jié)構(gòu)限制所導(dǎo)致的光學(xué)耦合問題。作為優(yōu)選，本發(fā)明采用BIM-6313系列余弦校正器，該余弦校正器的光學(xué)漫射器采用乳白玻璃或聚四氟乙烯，一端為SMA905接口，可直接與光纖相連。

作為優(yōu)選，將數(shù)字信號后傳輸至專業(yè)軟件平臺采用的通信方式為：USB、RS232、RS422、RS485、藍(lán)牙或WIFI中的一種或其任意組合中的一種。

本發(fā)明所述的測試光源光電轉(zhuǎn)換效率的系統(tǒng)還具有以下功能：①測試光源輻亮度、輻射強(qiáng)度和相對輻射強(qiáng)度；②測試光源其他特性，如：峰值波長、半高寬、中心波長、色度測量等。

本發(fā)明第二方面提供了應(yīng)用本發(fā)明第一方面提供的系統(tǒng)測試光源光電轉(zhuǎn)換效率的方法，包括以下步驟：

(1)通過輻射強(qiáng)度測量裝置采集被測光源輻照，經(jīng)過測光積分球或余弦校正器獲取光的均勻照度，該均勻照度經(jīng)光譜儀處理后將光信號轉(zhuǎn)換為電信號再經(jīng)過數(shù)模轉(zhuǎn)換變?yōu)閿?shù)字信號；

(2)將輻射強(qiáng)度測量裝置得到的數(shù)字信號傳輸至專業(yè)軟件平臺；

(3)通過供電裝置采集光源的電流與電壓，并將該電流與電壓通過USB傳輸至專業(yè)軟件平臺；

(4)專業(yè)軟件平臺根據(jù)接收的數(shù)字信號、電流以及電壓計算得到光譜輻射強(qiáng)度和光電轉(zhuǎn)換效率；光譜輻射強(qiáng)度的計算公式為：

其中，λ₁為光源輻射光波的最小波長，λ₂為光源輻射光波的最大波長，I_λ為波長為λ處的絕對輻射強(qiáng)度；

光電轉(zhuǎn)化效率的公式為：

其中，P_I為輻射功率，且令P_I＝I_總；P_E為輸入電功率，且P_E＝I×V，I為光源的電流值，V為光源的電壓值。

本發(fā)明測試光源光電轉(zhuǎn)換效率的系統(tǒng)及方法具有的有益效果為：

(1)輻射強(qiáng)度測量裝置優(yōu)化的一體化的設(shè)計，使得體積小巧且方便攜帶，即保護(hù)了光纖不受外力干擾，不易損壞，也保證了強(qiáng)度校準(zhǔn)參數(shù)的可靠性。

(2)系統(tǒng)搭配靈活，根據(jù)需求更換不同的部件，可以用于各類靜態(tài)光源輻射強(qiáng)度和光效的測試，也可用于瞬態(tài)光源的輻射強(qiáng)度的實時監(jiān)測，覆蓋范圍廣，既適用于實驗室測量，也適用于野外現(xiàn)場監(jiān)測。

附圖說明

圖1是實施例1中測試光源光電轉(zhuǎn)換效率的系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2是實施例1中專業(yè)軟件平臺測試結(jié)果圖；

圖3是實施例2中測試光譜輻射強(qiáng)度的系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實施方式

為了更為具體地描述本發(fā)明，下面結(jié)合附圖及具體實施方式對本發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn)行詳細(xì)說明。

實施例1

參加圖1，本實施例中測試光源光電轉(zhuǎn)換效率的系統(tǒng)，包括：LED燈珠、供電裝置、輻射強(qiáng)度測量裝置以及專業(yè)軟件平臺。

供電裝置主要為LED燈珠供電，包含LED燈珠夾具和恒流電源，BEM-5036恒流電源可為光源提供0～50mA/500mADC電流，同時提供接口用來測量LED兩端的電壓，電流電壓值通過USB接口傳輸給專業(yè)軟件平臺。

輻射強(qiáng)度測量裝置包括積分球、光纖、光譜儀，三者連接后固定在機(jī)械外殼中，體積小巧的光譜儀和積分球保證了整個輻射強(qiáng)度測量裝置輕小又方便攜帶的優(yōu)勢。積分球采用BIM-3001輻射用積分球，內(nèi)部涂層采用聚四氟乙烯，光譜反射比都高于MgO和BaSO₄，且反射比中性好，有利于減小它對積分球非中性的影響，同時，使用聚四氟乙烯涂層的積分球的效率通常為MgO和BaSO4的2～3倍，有利于弱光信號的測量。光譜儀采用BIM-6002A光譜儀，最低積分時間可達(dá)0.5ms，數(shù)據(jù)采集頻率高，約50幀/秒，在高速篩選中優(yōu)勢盡顯，并能適應(yīng)極劇變化的光源強(qiáng)度。

利用實施例1給出的系統(tǒng)測量光源光電轉(zhuǎn)換效率的過程為：

將LED燈珠對準(zhǔn)積分球樣品口，BIM-3001積分球?qū)⒉杉墓庑盘柾ㄟ^光纖傳輸給BIM-6002A光譜儀，經(jīng)BIM-6002A光譜儀電路系統(tǒng)處理后將光信號變成電信號，然后再經(jīng)過數(shù)模轉(zhuǎn)換變?yōu)閿?shù)字信號，再由USB傳輸至BSV專業(yè)軟件平臺；供電裝置將測得的LED燈珠的電壓與電流通過USB傳輸給BSV專業(yè)軟件平臺；BSV專業(yè)軟件平臺根據(jù)接收的數(shù)字信號、電流以及電壓利用以下公式采用矩形積分或辛普森積分方式計算得到光譜輻射強(qiáng)度和光電轉(zhuǎn)換效率；光譜輻射強(qiáng)度的計算公式為：

其中，λ₁＝350nm，λ₂＝1050nm，I_λ為波長為λ處的絕對輻射強(qiáng)度，如圖2所示；

光電轉(zhuǎn)化效率的公式為：

實施例2

參加圖3，本實施例中測量輻射強(qiáng)度的系統(tǒng)，包括：光源、輻射強(qiáng)度測量裝置以及專業(yè)軟件平臺。

輻射強(qiáng)度測量裝置包括余弦校正器、光纖、光譜儀，三者連接后固定在機(jī)械外殼中，體積小巧的光譜儀和余弦校正器保證了整個輻射強(qiáng)度測量裝置輕小又方便攜帶的優(yōu)勢。BIM-6313余弦校正器采用乳白玻璃或聚四氟乙烯作為光學(xué)漫射器，一端為SMA905接口，可直接與光纖相連。光譜儀采用BIM-6002A光譜儀，最低積分時間可達(dá)0.5ms，數(shù)據(jù)采集頻率高，約50幀/秒，在高速篩選中優(yōu)勢盡顯，并能適應(yīng)極劇變化的光源強(qiáng)度。

利用實施例2給出的系統(tǒng)測量輻射強(qiáng)度的過程為：

將光源對準(zhǔn)余弦校正器，余弦校正器將采集的光信號通過光纖傳輸給BIM-6002A光譜儀，經(jīng)BIM-6002A光譜儀電路系統(tǒng)處理后將光信號變成電信號，然后再經(jīng)過數(shù)模轉(zhuǎn)換變?yōu)閿?shù)字信號，再由RS232傳輸至BSV專業(yè)軟件平臺；專業(yè)軟件平臺根據(jù)接收到的數(shù)字信號，利用以下公式計算得到光譜輻射強(qiáng)度。

實施例1與實施例2給出的兩種系統(tǒng)還具有以下功能：①測試光源輻亮度和相對輻射強(qiáng)度；②測試光源其他特性，如：峰值波長、半高寬、中心波長、色度測量等。

系統(tǒng)搭配靈活，根據(jù)需求更換不同的部件，可以用于各類靜態(tài)光源輻射強(qiáng)度和光效的測試，也可用于瞬態(tài)光源的輻射強(qiáng)度的實時監(jiān)測，覆蓋范圍廣，既適用于實驗室測量，也適用于野外現(xiàn)場監(jiān)測。

以上所述的具體實施方式對本發(fā)明的技術(shù)方案和有益效果進(jìn)行了詳細(xì)說明，應(yīng)理解的是以上所述僅為本發(fā)明的最優(yōu)選實施例，并不用于限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的原則范圍內(nèi)所做的任何修改、補(bǔ)充和等同替換等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。