Оптика с адаптивным силиконом с КПД 102%

Групповая линза с адаптивным силиконом с КПД 102%? Мы измерили и опубликовали результаты

Янв 16 • L[PRO]SPECTU, Новости, Особенное, Проверено[Lumen] • 1373 Просмотров •

1 Star2 Stars3 Stars4 Stars5 Stars (18 votes, average: 5,00 out of 5)
Загрузка...

Буквально месяц назад, в ноябре 2019 года, нам прислали протокол измерений линзы с КПД более 100%. Мы уже слышали о технологии адаптивного силикона и сильного удивления эта информация у нас не вызвала. Но мы все-таки решили сами измерить и вынести на ваш суд результаты испытаний. Кроме того, нас заинтересовали колориметрические характеристики, которые также будут подробно изложены по тексту ниже.

Итак, к нам на испытания попал светодиодный модуль TRION TRN-2×2-LX5050-0401-4080 с двумя комплектами линз Herculux:
– Herculux Matrix 4in1 HK-50@09-150×60-5050-#0-1g-4 T2S
– Herculux Turbine 4in1 HK-50@09-155X80-5050-#0-0g-4

Первая линза обычная, с широкой боковой КСС.
Вторая — похожая на первую, но заполненная адаптивным силиконом.

Важно упомянуть, что это не одна и та же линза. Каждая из них рассчитывалась отдельно и отливалась на своей пресс-форме. По заявлению производителя, это сделано потому, что нельзя обычную линзу просто наполнить адаптивным силиконом. Ее обязательно нужно рассчитывать отдельно, с учетом изменений внутренних преломлений, которые привнесет адаптивный силикон. Именно по этой причине КСС, приведенные ниже, не совсем корректно сравнивать между собой (хотя такое сравнение и представляет определенный интерес для специалистов).

 

Методика испытаний

Для чистоты эксперимента все измерения проводились на одном и том же модуле по одной и той же методике. В первую очередь был измерен модуль без какой-либо оптики. Затем — с обычной «уличной» оптикой, и в последнюю очередь — с «уличной» оптикой с адаптивным силиконом.

 

Оптика с адаптивным силиконом, вид с обратной стороны

Оптика с адаптивным силиконом, вид с обратной стороны

 

Кстати, мы переживали, что адаптивный силикон испортит светодиодный модуль и после демонтажа линзы плата станет непригодной. Опасения оказались напрасными — при небольшой сноровке силикон с легкостью удаляется со светодиодов практически бесследно (хотя в промышленных масштабах такой фокус вряд ли пройдет и большое количество модулей могут стать непригодными).

 

Испытуемые образцы

Испытуемые образцы

 

Снятие светового потока проводилось на гониофотометре SMS10c (Optronik Berlin GmbH). Способ установки образца и начальная точка гониофотометра выбирались таким образом, чтобы выполнить измерения в фотометрической системе (C, γ). Положение оптического центра образцов устанавливалось с помощью юстировочного лазера и подвижного 3-координатного стола гониометра.

КСС снимались с шагом 2° в 180 плоскостях.

Цветовые характеристики излучения определялись с помощью спектрорадиометрической системы тестирования светодиодных источников света CAS 140 CT№1. Электрическое питание образцов и измерение их электрических характеристик осуществлялись с помощью прецизионного цифрового мультиметра KEITHLEY 2010.

Измерения всех светотехнических и электротехнических характеристик образца светодиодного модуля TRION TRN-2×2-LX5050-0401-4080 с двумя вариантами оптики проводились на аттестованном и калиброванном оборудовании в аккредитованной Испытательной лаборатории Государственного предприятия «ЦСОТ НАН Беларуси».

 

Результаты испытаний

Измеренный ies-файл на модуль TRION TRN-2x2-LX5050 без линзы (51.6 KiB)

Измеренный ies-файл на модуль TRION TRN-2x2-LX5050 с обычной линзой (51.4 KiB)

Измеренный ies-файл на модуль TRION TRN-2x2-LX5050 с линзой с адаптивным силиконом (51.5 KiB)

Протокол испытаний на модуль TRION TRN-2x2-LX5050 с двумя комплектами линз (6.3 MiB)

 

Измеренные характеристики светодиодного модуля
TRION TRN-2×2-LX5050-0401-4080

Без линзы Обычная линза Линза с адаптивным силиконом
Световой поток, лм 2 459 2 327 2 504
КПД оптики, % 100 94,63 101,83
Мощность, Вт 17,7 17,7 17,7
Световая отдача, лм/Вт 138,6 131,1 141,1
Цвет. темп., К 4000 (4032) 4000 (3966) 5700 (5652)
Индекс цветопередачи, Ra 82,3 82,4 85,0

 

Как это работает?

Иллюстрация принципа действия линзы, наполненной адаптивным силиконом, взята из публикации с сайта компании-поставщика этих линз, предоставившей образцы на испытания.

 

Принцип действия линзы с адаптивным силиконом

Принцип действия линзы с адаптивным силиконом

 

Принцип действия оптической системы с адаптивным силиконом при всей своей неоднозначности известен достаточно давно и действительно прост. При использовании обычных линз мы имеем три перехода границ сред, на каждой из которых мы теряем примерно 4% светового потока. Благодаря тому, что мы наполняем пространство между люминофором и внутренней стенкой линзы адаптивным силиконом (который заполняет все неровности поверхностей), мы получаем единую среду без границ перехода. В результате мы избавляемся от 8% потерь и световой поток становится либо равен исходному, либо становится выше (в случае, если потери на границе люминофор-воздух составляли более 4%).

 

Характеристики светораспределения

Ниже приведены визуализации кривых сил света, «сырые», не приведенные к световому потоку.

Кривые силы света светодиодного модуля без оптики и с двумя вариантами «уличных» линз

Кривые силы света светодиодного модуля без оптики и с двумя вариантами «уличных» линз

 

Колориметрические характеристики

Интересно, что обычная оптика несколько уменьшила КЦТ модуля (небольшой сдвиг в сторону «теплого белого»). Однако после установки оптики с адаптивным силиконом, цветовая температура модуля увеличилась примерно на 1500 Кельвин (с 4032  до 5652). Кроме того, возросло и значение общего индекса цветопередачи (Ra выросло с 82,3 до 85,0).

 

Координаты цветности измеренных образцов

Координаты цветности измеренных образцов

 

Рост индекса цветопередачи нас особенно заинтересовал и мы решили посмотреть спектральное распределение излучения. Как правило, лаборатории приводят этот график в относительных единицах. Но в таком случае синий пик у трех образцов будет совмещен и мы не увидим правильного сравнения. Ниже приведен совмещенный график в абсолютных значениях.

 

Спектральное распределение излучения светодиодного модуля

Спектральное распределение излучения светодиодного модуля

 

А также частные индексы цветопередачи для всех трех вариантов измерений светодиодного модуля. Изображения даны отдельными гистограммами для каждого образца, т.к. иначе они получаются плохо читаемыми.

 

Частные индексы цветопередачи для модуля без оптики

Частные индексы цветопередачи для модуля без оптики

 

Частные индексы цветопередачи для модуля с обычной оптикой

Частные индексы цветопередачи для модуля с обычной оптикой

 

Частные индексы цветопередачи для модуля с оптикой с адаптивным силиконом

Частные индексы цветопередачи для модуля с оптикой с адаптивным силиконом

 

 

Светотехнический расчет

Для светотехнического расчета из полученных в лаборатории ies-файлов были смоделированы новые фотометрические файлы данных для условных светильников:
– с обычной оптикой Herculux Matrix — 114 Вт, 15000 лм.
– с оптикой с адаптивным силиконом Herculux Turbine — 114 Вт, 16140 лм.
Второй вариант светильника был смоделирован с большим световым потоком с учетом разницы в КПД оптики, так, как если бы у первого светильника поменяли обычную линзу на линзу с адаптивным силиконом.

В первую очередь перед нами встал вопрос — какую категорию дороги выбрать и с какой компоновкой осветительной установки (ОУ)? Не долго думая, мы взяли задание для конкурсантов в рейтинг осветительных установок для категории дорог Б2, который мы организовывали в 2015 году.

Сначала был выполнен проект на условном светильнике с обычной оптикой таким образом, чтобы выполнялись все требования по яркости и их равномерностям. Затем в нем, ничего не меняя, был заменен ies-файл от условного светильника с оптикой с адаптивным силиконом.

В отличие от рейтинга, где конкурсанты выбирали наиболее удачную именно для них расстановку опор, мы выбрали типовое значение 40 метров (хотя многие типовые компоновки для данной категории дорог сейчас делают с шагом 35 метров).

Характеристики дорожного полотна (категория Б2):
– ширина 7,5 м,
– число полос движения: 2,
– покрытие: R3 (q0: 0,093),
– эксплуатационный коэффициент: 0,67.

Результаты моделирования в DIALux, фиктивные цвета

Результаты моделирования в DIALux, фиктивные цвета

 

Результаты расчета и данные компоновки

Требования Обычная линза
Matrix
Линза с адаптивным силиконом
Turbine
Коэффициент запаса/эксплуатационный коэффициент 1,5/0,67 1,5/0,67 1,5/0,67
Средняя яркость дорожного покрытия, кд/м.кв ≥1 1,08 1,09
Общая равномерность яркости, Lмин/Lср ≥0,4 0,57 0,54
Продольная равномерность яркости, Lмин/Lмакс ≥0,7 0,80 0,76
Средняя освещенность, лк ≥15 12 11
Равномерность распред. освещенности, Емин/Еср ≥0,35 0,546 0,528
Пороговое приращение яркости, TI ≤15 9 10
Схема расположения опор Одностороннее Одностороннее
Расстояние между опорами, м 40 40
Расстояние от проезжей части, м 0 0
Вылет консоли, м 1,5 1,5
Тип консоли Однорожковый Однорожковый
Угол наклона консоли, ° 15 15
Высота светоточки, м 10,5 10,5

Как видно из таблицы, все светотехнические требования кроме освещенности были соблюдены, но мы не старались ее «вытягивать», т.к. основное, что мы хотели увидеть, это:
– выполнение норм яркости и ее равномерностей,
– на сколько изменится светотехнический расчет с учетом разницы форм КСС.

По второму пункту нас больше всего смущала некоторая «округлость» КСС, и то, как это скажется на расчете. Но, как показало моделирование, это практически не повлияло на результаты — все без исключения характеристики почти не изменились (разница незначительная).

Моделирование в программе DIALux 4.13 подтвердило, что линза Herculux Turbine с адаптивным силиконом действительно хорошо рассчитана под выполнение яркостных характеристик дорожного плотна. Именно яркость и ее равномерность (а не освещенность) видит наблюдатель (водитель).

Также интересно посмотреть расчетные значения силы света из DIALux для обеих осветительных установок.

Наибольшие значения силы света кд/клм Обычная линза
Matrix
Линза с адаптивным силиконом
Turbine
70° 439 364
80° 210 307
90° 14 48

Условный светильник на линзе с адаптивным силиконом показал небольшое снижение значения силы света под углом 70°, однако значения под углами 80 и 90° выросли в полтора и 4 раза соответственно.  С учетом значений порогового приращения яркости TI (9 и 10 при норме 15) можно уверенно сказать, что светильник на обеих линзах получится примерно одинаково комфортным для глаз наблюдателя при такой компоновке ОУ.

 

Резюме

Испытания подтвердили, что использование технологии адаптивного силикона за счет нивелирования внутренних потерь оптической системы позволяет получить КПД более 100%. Однако при разработке осветительных приборов на данных линзах важно не забывать про существенный сдвиг координат цветности (более чем на 1500 К в сторону «холодного» белого). Ну и вишенка на торте — небольшой прирост CRI за счет самого «больного» места большинства рядовых светодиодов — частного индекса R9.

 

Похожие Записи

Комментарии закрыты.

« »

(function (d, w, c) { (w[c] = w[c] || []).push(function() { try { w.yaCounter33329553 = new Ya.Metrika({ id:33329553, clickmap:true, trackLinks:true, accurateTrackBounce:true, webvisor:true }); } catch(e) { } }); var n = d.getElementsByTagName("script")[0], s = d.createElement("script"), f = function () { n.parentNode.insertBefore(s, n); }; s.type = "text/javascript"; s.async = true; s.src = "https://mc.yandex.ru/metrika/watch.js"; if (w.opera == "[object Opera]") { d.addEventListener("DOMContentLoaded", f, false); } else { f(); } })(document, window, "yandex_metrika_callbacks");