Anwendung und Analyse der optischen Farbparameter eines tragbaren Spektrometers bei der Prüfung von LED-Lampen, Glühlampen und Straßenlaternen

Abstract
Mit der Modernisierung der Beleuchtungsindustrie hin zu höherer Effizienz und intelligenter Technologie ist die optische Farbwiedergabe von LED-Lampen, Glühbirnen und Straßenlaternen zu einem zentralen Indikator für die Produktqualität geworden. Tragbare Spektrometer haben sich aufgrund ihrer Portabilität und hohen Präzision als wichtige Geräte für Vor-Ort-Tests und die Qualitätskontrolle etabliert. Diese Arbeit befasst sich mit dem Lisun-Spektrometer. LMS-6000 Tragbares Spektrometer Das Forschungsobjekt erläutert systematisch seine technischen Prinzipien und Kernparameter und analysiert eingehend seine Anwendungsszenarien und wichtigsten Betriebspunkte anhand von Tests mit über 20 optischen Farbparametern (wie Beleuchtungsstärke (0.1–500,000 lx ± 0.1 lx), E(Fc), Ee(W/m²), Farbtemperatur (CCT), Farbwiedergabeindex (CRI), TM-30 (Rg, Rf)) für drei typische Beleuchtungsprodukte: LED-Lampen, Glühlampen und Straßenlaternen. Die anhand von realen Testdaten in einer Tabelle verifizierten Ergebnisse zeigen, dass dieses tragbare Spektrometer die Anforderungen von Vor-Ort-Tests für verschiedene Beleuchtungsprodukte erfüllt und eine präzise und effiziente technische Unterstützung für die Qualitätskontrolle in der Beleuchtungsindustrie bietet.

LMS-6000 Tragbares CCD-Spektralradiometer

1. Einleitung
Die optische Farbwiedergabe von Beleuchtungsprodukten beeinflusst direkt das Seherlebnis, die Energieeffizienz und die Anwendungssicherheit. LED-Lampen müssen eine ausreichende stroboskopische Leistung und Farbwiedergabe gewährleisten, Glühlampen benötigen eine konstante Farbtemperaturregelung, und Straßenlaternen müssen die Grenzwerte für Beleuchtungsstärke und Blaulichtbelastung einhalten. Obwohl herkömmliche Laborspektrometer eine hohe Präzision bieten, sind sie aufgrund ihrer Größe und der Abhängigkeit von festen Stromversorgungen für den Einsatz vor Ort, wie z. B. die Inspektion von Straßenlaternen im Außenbereich oder die Probenahme in Produktionslinien, ungeeignet.

Die Entwicklung tragbarer Spektrometer löst dieses Problem. Durch die Integration eines miniaturisierten optischen Systems, eines hochempfindlichen CCD-Detektors und eines langlebigen Akkus können sie schnell Vollspektrumdaten von Lichtquellen vor Ort erfassen. LMS-6000 Die von Lisun Electronic Technology entwickelten tragbaren Spektrometer der Serie haben sich dank ihres langfokussierten, kreuzasymmetrischen CT-Spektroskopsystems, ihrer Wellenlängengenauigkeit von ±0.5 nm und ihrer 20-stündigen Dauerbetriebsdauer zu Standardgeräten in der Beleuchtungsindustrie entwickelt. Sie decken die Prüfung von über 20 optischen Farbparametern ab, die für LED-Lampen, Glühlampen und Straßenlaternen erforderlich sind, und bieten somit eine Komplettlösung für Produktentwicklung, Qualitätsprüfung und Abnahme.

2. Technische Prinzipien und Kernparameter von Lisun LMS-6000 Tragbares Spektrometer
2.1 Technische Grundlagen
Die Lisun LMS-6000 Das tragbare Spektrometer nutzt ein langfokussiertes, kreuzasymmetrisches CT-Spektrometer. Es zerlegt das zusammengesetzte Licht der Lichtquelle mittels eines Gitters in ein kontinuierliches Spektrum und wandelt dieses optische Signal anschließend über einen linearen CCD-Detektor in ein elektrisches Signal um. Nach 16-Bit-AD-Wandlung und Datenverarbeitung gibt es die spektrale Leistungsverteilung und abgeleitete optische Farbparameter aus. Dieses Spektrometer reduziert Streulicht effektiv (<0.015 % bei 600 nm und <0.03 % bei 435 nm) und gewährleistet so die Messgenauigkeit sowohl für schwache Lichtsignale (z. B. Straßenlaternen bei Nacht) als auch für starke Lichtsignale (z. B. industrielle LED-Lampen). Die einstellbare Integrationszeit (0.1 ms–5 s) ermöglicht die Anpassung an die Anforderungen von transienten und stabilen Lichtquellen.

2.2 Technische Kernparameter
Die Parameter dieses tragbaren Spektrometers decken das gesamte Spektrum der Anforderungen an Beleuchtungsprüfungen ab, wobei die wichtigsten Indikatoren wie folgt lauten:
• Spektrale Leistung: Wellenlängenbereich von 380-780 nm (spezielle Versionen können auf 200-950 nm erweitert werden, z. B. LMS-6000UV ist 200-400 nm), Wellenlängengenauigkeit von ±0.5 nm, Auflösung von ±0.2 nm und Scanintervall von ±0.1 nm, wodurch die Feinheit der Spektraldaten gewährleistet wird;
• Optischer Farbparameterbereich: Beleuchtungsstärke von 0.1-500,000 lx (±0.1 lx), korrelierte Farbtemperatur von 1,500 K-100,000 K (Genauigkeit ±0.6 %), Farbwiedergabeindex von 0-100.0 (Genauigkeit ±(0.3 %rd±0.3)) und Genauigkeit der Farbkoordinate von ±0.005, wodurch die Lichtintensität, die Farbtemperatur und die Farbwiedergabefähigkeit der Lichtquelle genau quantifiziert werden können;
• Tragbarkeit und Akkulaufzeit: Abmessungen von 135 mm × 80 mm × 23 mm (etwa die Größe eines Mobiltelefons), wiederaufladbarer Lithium-Akku mit 4000 mAh für 20 Stunden Dauerbetrieb und 8 GB Speicherkapazität, die 100,000 Testberichte speichern kann, wodurch es sich für Langzeittests im Freien und in Produktionsumgebungen eignet;
• Erweiterte Funktionen: Verschiedene Versionen unterstützen individuelle Anforderungen, wie zum Beispiel LMS-6000F mit stroboskopischer Prüfung (Modulationstiefenmessung), LMS-6000B mit Tests zur Gefährdung der Netzhaut durch blaues Licht (gemäß GB/T20145) und LMS-6000P mit Pflanzenbeleuchtungsparametern (PAR, PPFD), die Tests in mehreren Szenarien abdecken.

3. Anwendung von Lisun LMS-6000 Tragbares Spektrometer beim Testen von drei Arten von Beleuchtungsprodukten
3.1 LED-Lampenprüfung: Schwerpunkt auf stroboskopischer Leistung und Farbwiedergabe
Die wichtigsten Qualitätsmängel von LED-Lampen (wie z. B. Einbau- und Flächenleuchten) sind Stroboskopie (die zu visueller Ermüdung führen kann) und unzureichende Farbwiedergabe (die die Farbwiedergabe beeinträchtigt). Das tragbare Spektrometer sollte sich auf die Prüfung der folgenden Parameter konzentrieren:
• Stroboskopische Parameter: Verwenden Sie die LMS-6000F Version zum Testen der Modulationstiefe bei einer Frequenz von 10-1000 Hz, die dem IEEE-1789-Standard entsprechen sollte (niederfrequente stroboskopische Modulationstiefe <8%);
• Farbwiedergabeparameter: Testen Sie den Farbwiedergabeindex CRI (Ra) und TM-30 (Rg, Rf). Dabei sollte Ra ≥ 80 (Standard für Innenbeleuchtung), Rg (Farbraumbereich) nahe 100 (Gewährleistung der Farbabdeckung) und Rf (Farbtreue) ≥ 85 (Wiedergabe der wahren Farbe von Objekten) betragen;
• Spektrum und Farbtemperatur: Analysieren Sie die Wellenlänge des blauen Lichtpeaks von LEDs (üblicherweise 440-460 nm) im Spektrum, um übermäßiges blaues Licht zu vermeiden; die korrelierte Farbtemperatur (CCT) sollte zwischen 3000 K (warmweißes Licht) und 6500 K (kaltweißes Licht) eingestellt werden, um den Anforderungen verschiedener Szenarien gerecht zu werden.
• Wichtige Hinweise zur Bedienung: Richten Sie in einer Dunkelkammer die Sonde des tragbaren Spektrometers in einem Abstand von 1 m (entsprechend dem tatsächlichen Anwendungsabstand) direkt auf die Leuchtfläche der LED-Lampe aus. Eine Messung dauert weniger als 1 Sekunde und liefert schnell die stroboskopische Wellenform sowie Daten zu den Unterparametern des Farbwiedergabeindex (R1–R15). So lassen sich Farbwiedergabeschwächen von LED-Lampen (z. B. ein niedriger R9-Wert (gesättigtes Rot)) erkennen.

3.2 Lampenprüfung: Schwerpunkt auf Farbtemperaturkonstanz und Farbtoleranz
Bei Haushaltsglühlampen muss in der Massenproduktion eine gleichbleibende Farbtemperatur gewährleistet sein (um Farbunterschiede zwischen Lampen derselben Charge zu vermeiden). Die Lisun LMS-6000 Das tragbare Spektrometer kann sich auf folgende Tests konzentrieren:
• Farbkoordinaten und Farbtoleranz: Die Farbposition der Lichtquelle wird anhand der x,y-Koordinaten bestimmt. Die Farbtoleranz (SDCM) sollte ≤3 betragen (Standard für Produkte erster Klasse), um sicherzustellen, dass die Farbabweichung von Glühlampen derselben Charge mit bloßem Auge nicht sichtbar ist;
• Gesamtfarbdifferenz und Leuchtdichtedifferenz: Prüfen Sie die Gesamtfarbdifferenz (ΔE) ≤1.5 ​​und die Leuchtdichtedifferenz (ΔL*) ≤1.0 zwischen verschiedenen Glühbirnen, um nach der Installation „ungleichmäßige Helligkeit“ und „Farbinkonsistenz“ zu vermeiden;
• Rot-Grün- und Gelb-Blau-Abweichung: Quantifizieren Sie den Farbstich der Lichtquelle. Die Rot-Grün-Abweichung (a*) sollte nahe 0 liegen (kein Rot-/Grünstich) und die Gelb-Blau-Abweichung (b*) ebenfalls nahe 0 (kein Gelb-/Blaustich), um Sehkomfort zu gewährleisten.
• Wichtige Hinweise zur Durchführung: Installieren Sie die Glühbirne in einer Standard-Lampenfassung in einem Labor bei Raumtemperatur (25 °C). Die Sonde des tragbaren Spektrometers befindet sich in 0.5 m Entfernung (entspricht der Anwendung am Arbeitsplatz). Testen Sie nacheinander 10 Proben derselben Charge. Die integrierte Funktion zur Chargendatenanalyse des Geräts ermittelt automatisch die Farbtoleranz-Qualifizierungsrate – fünfmal effizienter als herkömmliche Methoden.

3.3 Prüfung von Straßenlaternen: Schwerpunkt auf Beleuchtungsgleichmäßigkeit und Blaulichtgefährdung
Als öffentliche Außenbeleuchtung müssen Straßenlaternen die Anforderungen an eine ausreichende Beleuchtungsstärke (zur Gewährleistung der Fahrsicherheit) und einen Schutz vor Blaulichtgefahren (um die Sehkraft von Fußgängern nicht zu beeinträchtigen) erfüllen. LMS-6000BF Es wird die Version (mit stroboskopischer und Blaulicht-Gefahrenprüfung) empfohlen, wobei folgende Schlüsselparameter zu berücksichtigen sind:
• Beleuchtungsstärke und Beleuchtungsstärkegleichmäßigkeit: Prüfen Sie den Beleuchtungsstärkewert der Fahrbahnoberfläche (gemäß GB 50034-2013, Mindestbeleuchtungsstärke von Fahrspuren ≥20 lx) und wählen Sie 5 Messpunkte entlang der Längsrichtung der Straße (innerhalb von 50 m) aus, um die Beleuchtungsstärkegleichmäßigkeit zu berechnen (Minimalwert/Maximalwert ≥0.4);
• Blaulichtgefährdung: Testen Sie die gewichtete Blaulichtgefährdung für die Netzhaut (gemäß GB/T20145 und CIE S009/E:2002), wobei eine Bestrahlungsstärke von ≤100μW/cm² bei einer Belichtungszeit von 10,000 s erforderlich ist;
• Korrelierte Farbtemperaturdifferenz und Schwarzkörperabweichung Duv: Die Farbtemperatur von Straßenlaternen liegt üblicherweise zwischen 4000 K und 5000 K (kaltweißes Licht zur Verbesserung der Sichtbarkeit). Die korrelierte Farbtemperaturdifferenz (Δuv) sollte ≤ 0.002 betragen, und die Schwarzkörperabweichung Duv sollte nahe 0 liegen, um visuelle Beeinträchtigungen durch Farbtemperaturdrift zu vermeiden.
Wichtige Hinweise zur Durchführung: Wählen Sie eine mondlose Nacht. Die Sonde des tragbaren Spektrometers befindet sich 1.5 m über dem Boden (entspricht der Sichtlinie eines Fußgängers). Legen Sie ein Messraster quer (0–10 m) und längs (0–50 m) zur Straße an. Eine einzelne Messung dauert 25 ms (schnelle Mehrpunktmessung). Die Daten werden in Echtzeit auf den Computer übertragen, um eine Beleuchtungsstärkeverteilungskarte zu erstellen. Diese hilft bei der Beurteilung, ob die Installationshöhe und der Abstand der Straßenlaternen angemessen sind (z. B. verwendet das Verwaltungsamt des Bezirks Haishu ähnliche Spektrometer für die Inspektion von Straßenlaternen, um kleinere Mängel noch am selben Tag zu beheben).

4. Testdaten und Analyse von Lisun LMS-6000 Tragbares Spektrometer
Um die Messgenauigkeit und Praktikabilität dieses tragbaren Spektrometers zu überprüfen, wurden drei Arten von Proben (LED-Innenraumleuchten, Haushaltsglühbirnen und städtische Straßenlaternen) ausgewählt und mit entsprechenden Versionen des Geräts getestet. LMS-6000 Reihe. Die Daten sind in der folgenden Tabelle dargestellt:

Datenanalyse
• LED-Einbauleuchte für den Innenbereich: Die Beleuchtungsstärke von 502.3 lx erfüllt die Anforderungen an die Bürobeleuchtung (400-600 lx). CRI ≥ 85.8, TM-30 Rg = 102 (Farbraum etwas größer als bei Standardlichtquellen), Rf = 88.2 (hohe Farbtreue) und die Spitzenwellenlänge von 449.5 nm weist keinen übermäßigen Blaulichtanteil auf, wodurch das Produkt als qualifiziert eingestuft werden kann;
• Haushaltsglühbirne: Die Farbtemperatur von 2978 K liegt nahe bei 3000 K (warmweißes Licht), die Farbkoordinaten (x=0.432, y=0.402) liegen nahe am Koordinatenursprung des schwarzen Körpers, die Farbtoleranz SDCM=1.8≤3 und die gesamte Farbdifferenz 0.89≤1.5, was eine gute Konsistenz in der Massenproduktion zeigt;
• Städtische Straßenlaterne: Die Beleuchtungsstärke beträgt 30.5 lx ≥ 20 lx (entspricht den Straßenbeleuchtungsstandards), die Blaulichtgefährdungsintensität liegt bei 85.2 μW/cm² ≤ 100 μW/cm² (kein Blaulichtrisiko) und die korrelierte Farbtemperaturdifferenz beträgt 0.0019 ≤ 0.002, mit hoher Farbtemperaturstabilität, wodurch die Fahrsicherheit bei Nacht gewährleistet werden kann.
Die obigen Daten deuten darauf hin, dass die Testergebnisse von Lisun LMS-6000 Tragbare Spektrometer sind präzise und umfassend und können effektiv feststellen, ob Produkte qualifiziert sind. Sie bieten somit eine zuverlässige Grundlage für die Qualitätskontrolle von Beleuchtungsprodukten.

5. Fazit
Die Lisun LMS-6000 Tragbares Spektrometer hat sich aufgrund seines hochpräzisen optischen Systems, der umfassenden Parameterabdeckung und der hervorragenden Portabilität als äußerst vorteilhaft bei der Prüfung von LED-Lampen, Glühlampen und Straßenlaternen erwiesen. Es kann nicht nur Kernparameter wie Beleuchtungsstärke (0.1–500,000 lx ± 0.1 lx), Farbtemperatur (CCT) und Farbwiedergabeindex (CRI) genau messen, sondern erfüllt durch kundenspezifische Versionen (z. B. …) auch spezielle Prüfanforderungen wie Stroboskopie und Blaulichtgefährdungsanalyse. LMS-6000F, LMS-6000BDie Effizienz der Vor-Ort-Tests ist mehr als zehnmal höher als die herkömmlicher Laborgeräte und unterstützt die Datenspeicherung und -analyse in Echtzeit. Dadurch eignet sich das System für verschiedene Anwendungsbereiche wie Forschung und Entwicklung, Produktion und Inspektion.

Angesichts der stetig steigenden Anforderungen an die optische Farbwiedergabe in der Beleuchtungsindustrie werden tragbare Spektrometer zu einem Standardwerkzeug der Qualitätskontrolle. Als repräsentatives Produkt in diesem Bereich ist das Lisun LMS-6000 Die Serie bietet effiziente und präzise Testunterstützung für Beleuchtungsunternehmen und trägt so zur Entwicklung der Branche in Richtung „hohe Qualität und niedriger Energieverbrauch“ bei.