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可调照明系统中传感器的可靠性如何?

2021-08-20 Yoelit Hiebert 阅读:
照明系统以前只具备简单的发光功能,现在具备了更复杂的功能(例如动态功能),因此必须确保负责控制系统反馈的传感器在系统的使用期限内可靠运行。对其他传感器产品的进一步研究,将提高人们对传感器长期可靠性的信心。

可调照明系统的工作原理是利用传感器检测发出的光,将相关信息发送到系统控制器,然后对相关色温(CCT)进行适当调整。KeDednc

可调白光照明技术(有时也称为混合白光或可变白光)利用多种LED光源的组合,在不同时间产生不同CCT的光,这可通过手动或预先编程进行设置。采用这种技术的系统一般应用于需要通过改变环境光的色温来营造氛围的场所(餐厅、画廊等),或特定的活动(例如医院的检查)。CCT调节还适用于办公室和其他没有日光照射的室内空间,用于促进昼夜节律反应。KeDednc

1931年,国际照明委员会(CIE)根据对人类视觉感知的实验研究,发布了第一个色彩空间规范。人眼包含三类“锥体”细胞,每类细胞会受到不同波长的光的刺激,这三种波长大致对应红色、绿色和蓝色,CIE 1931色彩空间就是围绕这些“三色刺激值”构建的。CIE 1931 RGB色彩空间成为后来XYZ色彩空间的基础。XYZ色彩空间的结构是Y轴对应亮度,Z轴近似等于RGB蓝色,X轴则合并了红色、绿色和蓝色。KeDednc

为了便于图形描述,用数学公式将三色刺激值转换为平面坐标。图1是用x-y坐标表示的CIE 1931色彩空间。KeDednc

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图1:用x-y坐标描述CIE 1931色彩空间。(图片来源:维基百科)KeDednc

CIE 1960色彩空间(u-v坐标)和后来取代它的CIE 1976色彩空间(u'-v'坐标)均根据人类视觉感知对色彩空间的均匀性进行了改进。x-y坐标色彩空间和u'-v'坐标色彩空间在今天都很常用。KeDednc

白色光源的CCT被指定为黑体轨迹上最接近给定色彩空间的点。图1中的曲线描绘的是从较高色温的冷白色到较低色温的暖白色的轨迹,轨迹上的等温线表示给定色温的对应坐标范围。KeDednc

图2是可调白光照明产品的典型设计,其中使用的两组含磷光体涂层的LED具有不同的CCT,一组的CCT约为2700K,另一组的约为5000~6500K。存储在照明系统控制器中的算法可以调整每组的输出,从而实现具有不同CCT和不同强度的白光照明。KeDednc

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图2:可调白光照明产品的典型设计使用了两组具有不同CCT、带磷光体涂层的LED。KeDednc

传感器将色度信息发送给系统控制器,使CCT可以按预先的设定或根据光源本身产生的色度偏移(这是随时间推移不可避免的现象)进行调整。KeDednc

LED光源色度偏移的原因仍在继续研究中,而对于传感器响应稳定性的研究才刚刚开始。最近由RTI International与KeyLogic Systems联合为美国能源部(DoE)完成的一份报告评估了一种六通道传感器的性能和可靠性,这种传感器能为可调白光产品提供信息以便进行色度调整。KeDednc

DoE在研究中测试的这个传感器由六个CMOS光电二极管组成,其中五个二极管用高斯干涉滤光片盖住,以便对不同的输入波长进行不同的响应。集成到传感器中的五个滤光片包含:一个暗滤光器(所有光都被吸收)、三色X函数、三色Y函数、三色Z函数和近红外。第六个光电二极管没有被盖住。出于研究的目的,只使用X、Y和Z通道的响应来计算色度。KeDednc

目前还没有标准来评估传感器的长期性能,研究中使用的测试协议是内部开发的,类似用于电子设备的测试协议。这些器件在三种不同的环境下(室温环境、75°C高温环境、75°C/75%相对湿度(RH)环境)连续运行了5,000个小时。总共测试了20个传感器,只有一个传感器出现异常:在75°C/75% RH环境下运行5,000小时后显示参数失效。从测试结果可得出结论:这种传感器设计“高度可靠”。KeDednc

照明系统以前只具备简单的发光功能,现在具备了更复杂的功能(例如动态功能),因此必须确保负责控制系统反馈的传感器在系统的使用期限内可靠运行。对其他传感器产品的进一步研究,将提高人们对传感器长期可靠性的信心。KeDednc

本文授权编译自EDN美国版,原文参考链接:Evaluating sensors for tunable lighting systems。由Jenny Liao编译。)KeDednc

本文为《电子技术设计》2021年8月刊杂志文章,版权所有,禁止转载。免费杂志订阅申请点击这里KeDednc

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Yoelit Hiebert
Yoelit Hiebert过去十年一直从事LED照明领域的工作,在行业制造和最终用户方面拥有丰富的经验。 她与照明工程协会一起,积极参与固态照明和控制标准的开发。Yoelit拥有密苏里科技大学的电子工程学士学位和硕士学位。她是注册专业工程师,通过认证的能源经理,并获得了国家照明行业资格认证委员会的照明认证。
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