LED路灯相对光衰的现场检测方法

王巧彬，何明佳，李茂文，李康业

(广东省现代控制与光机电技术公共实验室,广州市光机电技术研究院，广东 广州　510663)



LED路灯相对光衰的现场检测方法

王巧彬，何明佳，李茂文，李康业

(广东省现代控制与光机电技术公共实验室,广州市光机电技术研究院，广东 广州510663)

摘要：采用相对光衰的测试原理，研究一种LED路灯现场光衰检测方法，实现LED路灯在实际应用环境中光衰变化情况的实时监测。本检测方法可扩展至其它LED照明灯具。

关键词：LED路灯；相对光衰；现场检测；检测方法

引言

LED光源具有耗电量小、寿命长、智能控制、绿色环保、颜色可调、易维护等优点[1-2]，被认为是21世纪最有竞争力的新型绿色照明光源。推广应用LED照明已成为解决节能减排的有效途径之一。2009年以来，全国各地通过应用示范推动LED产业发展，特别是LED路灯的应用推广进展很快。

对于一个新兴的产品[3]，大功率LED是半导体照明的关键器件[4]，大功率LED在可靠性方面还有不足之处[5]。散热不畅，会对 LED 的半导体器件造成不可逆的损伤，导致其光谱红移，使用寿命缩短[6]和光衰问题[7]。由于LED路灯技术特点及其工作环境的复杂性，单一的实验室检测手段很难满足LED路灯本身严格的测试要求。而LED路灯的寿命测试尤为重要，但其现场光衰检测技术及检测设备目前还处于空白状态。目前，LED路灯的光衰测试，一般采用拆灯拿回实验室进行测量的方式，但测试流程繁琐，实操性差不易实现。LED路灯现场光衰测试方面缺乏明确的技术标准、检测仪器、及有效监控手段，这导致目前市场上的LED路灯产品质量参差不齐，LED路灯光衰问题严重影响部分节能改造工程的应用示范效果。

因此，本文对LED路灯光衰的现场检测方法进行深入研究。基于相对光衰的原理，研究得到一种符合LED路灯乃至其它LED照明灯具的现场光衰测试方法，并开发相应测试装置，解决目前实验室灯具光衰寿命检测普遍存在与实际应用环境差别大、测试时间过长、流程复杂、成本高及不易于监测光衰导致失效的时间点等难题，对于整体提升LED照明产品质量和促进LED产业健康发展具有非常重要的意义。

1实验室光衰检测方法

目前，在LED路灯的光衰寿命检测主要是在理想实验室环境中进行。依据LB/T 001—2009《整体式LED路灯的测量方法》、CJ/T 420—2013《LED路灯》、GB/T 24907—2010《道路照明用LED灯 性能要求》、GB/T 24824—2009《普通照明用LED模块测试方法》等标准，在标准规定条件下，老炼LED路灯，直到老炼时间t至少达到6000小时，至少每隔1000小时测量LED路灯的总光通量Φi，按照公式(1)计算，与初始光通量Φ0比较得到其光通维持率ΔΦ即光衰。同时部分标准为了测试简便，推荐一种相对光通维持率(相对光衰)的测试方法，即是在规定距离的灯下点的光照度E替代光通量Φ，按照公式(2)来计算光通维持率，测试示意图如图1所示。

图1　相对光通维持率(光衰)测试示意图Fig.1　Relative lumen maintenance (light attenuation)

(1)

(2)

公式(1)、(2)中，Φ初始和Φi分别代表老炼初始时间t初始和某时间点ti的光通量，E初始和Ei分别代表老炼初始时间t初始和某时间点ti的相对照度。

2现场光衰检测方法

本文参考实验室推荐的相对光通维持率(光衰)的简便测试方法，利用LED路灯在照射范围内某固定点的光照度与整灯光通量基本成线性变化关系的原理，研究一种LED路灯相对光衰的现场检测方法。如图2所示，通过测试照射范围内灯杆某测试点的光照度E来代表相对光通量Φ，从而计算LED路灯的相对光衰变化趋势。

图2　LED路灯现场相对光衰测试示意图Fig.2　LED street lamp onsite relative light attenuation testing

开发符合要求的光照度测试装置是LED路灯现场相对光衰测试方法的最关键研究内容，通过充分考虑LED路灯道路照明现场应用环境的复杂性和严酷气候条件，针对性开发间隙性光照度测试装置，如图3所示，解决了在现场自动检测某测试点照度以其来计算LED路灯的相对光衰的技术难题。

图3　间隙性光照度测试装置机械结构图Fig.3　The mechanical structure drawing of testing equipment of intermittent illumination

在测试前利用双向转角电机实现照度探头自动弹出，探头稳定30秒后开始测试，再过30秒完成本次照度测试并由双向转角电机收回照度探头，利用弹出和收回机制不但保护了照度探头，还有效避免照度探头长时间暴露于光照下而延长探头的寿命；为了解决光电探头较长时间使用过程中存在漂移的问题，本测试装置专门添加标准光源和两个遮光光栏实现照度探头的自校功能；同时该装置内置于防护外壳，以达到保护核心部件避免雨淋或其它可能破坏装置的气候因素，整体提升测试装置的可靠性。

光照度检测装置还包括基于C51单片机开发的控制电路，该控制电路与照度探头、双向转角电机及标准光源对应连接，控制电路可控制双向转角电机、标准光源通断以及照度探头采集照度值并临时存储，再通过GPRS或ZigBee无线通信方式将所测得的光照度值远程传输至上位机进行数据存储及跟踪分析。

3现场光衰测试结果分析

利用本单位自有道路建设了一条长120米，可安装12盏LED路灯的现场测试道，并在LED路灯测试道分别安装了电参数测试模块和间隙性光照度测试装置，实时监测LED路灯在半年来的工作电压、有功功率和相对光衰等参数变化情况，例如某LED路灯在近3个月的监测结果分别如图3～图5所示。

图3　工作电压变化曲线Fig.3　The curve of working voltage change

图4　有功功率变化曲线Fig.4　The curve of active power change

图5　相对照度(光衰)变化曲线Fig.5　The curve of relative illumination change

图5反映出该LED路灯在近3个月的运行中出现一定程度的光衰，最大光衰约6%，同时通过线性回归计算得到的趋势变化直线反映该LED路灯的光通维持率基本上一直处于下降通道。

电参数和光衰变化曲线通过归一后得到的变化曲线如图6所示，分别对有功功率和相对照度进行线性回归计算得到的趋势变化直线反映两者同时处于下降通道，但对引起LED路灯光衰的因素是多方面的，还需要进行大量的相对光衰现场测试，若要得到引起光衰的相关因素或找出这些参数的相关性，还需要结合其它因素的监测数据进行数据挖掘分析才能确定引起LED路灯光衰具体是哪些主要因素。

图6　归一化后的变化曲线Fig.6　The change curve after the normalization

从测试结果得出间隙性光照度测试装置确实实现了对LED路灯现场光衰连续有效监测，基于间隙性光照度测试装置的LED路灯相对光衰测试方法是可行的。

4结论

本文提出的基于间隙性光照度测试装置的LED路灯相对光衰测试方法，既弥补了LED路灯的现场光衰测试技术空白，通过自动化克服了LED灯具具有寿命长、缓慢光衰变化的特点，也解决了传统实验室光衰方法普遍存在与实际应用环境差别大、测试时间过长、流程复杂、成本高及不易于监测光衰导致失效的关键时间点等问题。同时本测试方法还可同理扩展至其它LED灯具的现场光衰测试，为目前各级政府正在大力推动的半导体照明示范工程建设提供有效监控手段，保障照明产品质量和工程质控，具有较好的研究和推广价值。

然而，对于LED灯具现场相对光衰测试及测试装置开发的后续研究工作，重点在通过实验室光衰与现场相对光衰的比对测试测试结果进行验证，进一步提高测试结果的准确性，同时在安装方便性、高复现性等开展后续的深入研究，并通过多种途径进行有效应用推广。

参考文献

[1] 方福波,王垚浩,宋代辉, 等. 白光LED衰减的光谱分析[J]. 发光学报,2014,29(2): 353-357.

[2] 李艳菲,张方辉,张静. 大功率LED的电流老化特性分析[J]. 发光学报，2012,33(11):1236-1240.

[3] 俞安琪. LED照明产品检测方法中的缺陷和改善的对策[J]. 照明工程学报,2010,21(4):60-65.

[4] 赵阿玲, 尚守锦, 陈建新. 大功率白光LED寿命试验及失效分析[J].照明工程学报,2010,21(1):48-52.

[5] 贺卫利,郭伟玲,高伟,等. 大功率发光二极管可靠性和寿命评价试验方法[J]. 光电工程，2008,29(4): 533-536.

[6] 王志斌,刘永成,张健,等. 加装导流罩的大功率LED强化换热特性研究[J]. 应用光学, 2014，, 35(4): 603-607.

[7] 虞秋波,汪飞佳,王建伟,等. LED路灯光衰产生的原因及解决的方法[J]. 照明工程学报,2013,24(4):104-105.

Locale Test Method on Relatively Light Decay of LED Street Lamp

Wang Qiaobin, He Mingjia, Li Maowen, Li Kangye

(GuangdongPublicLaboratoryofModernControl&Optical,MechanicsandElectricityTechnology，GuangzhouRresearchInstituteofO-M-ETechnology，Guangzhou510663,China)

Abstract：This paper uses the principle of relative degradation to research a measurement method of the locale attenuation of LED street lamp, to realize real-time monitoring of LED street lamp light attenuation in the practical environment. At the same time this measurement method can also be extended to testing other LED lighting lamps.

Key words:LED street lamp; relatively light attenuation; onsite measurement; measurement method

中图分类号：TP73；TN2；TN3

文献标识码：A

DOI:10.3969j.issn.1004-440X.2015.03.027

基金项目：国家863项目《城市快速路智能化半导体照明关键技术研发及示范》(编号：2013AA03A106)，广东省重大专项《广州市广东省绿色照明示范城市》(编号：2010A080802010)，广州市产学研合作专项《基于芯片级LED光源技术的光组件产品开发及应用》(编号：2014Y2-00011)