LED路燈相對光衰的現場檢測方法

LED光源具有耗電量小、壽命長、智能控制、綠色環保、顏色可調、易維護等優點，被認為是21世紀最有競爭力的新型綠色照明光源。推廣應用LED照明已成為解決節能減排的有效途徑之一。2009年以來，全國各地通過應用示范推動LED產業發展，特別是LED路燈的應用推廣進展很快。

對于一個新興的產品，大功率LED是半導體照明的關鍵器件，大功率LED在可靠性方面還有不足之處。散熱不暢，會對LED的半導體器件造成不可逆的損傷，導致其光譜紅移，使用壽命縮短和光衰問題。

由于LED路燈技術特點及其工作環境的復雜性，單一的實驗室檢測手段很難滿足LED路燈本身嚴格的測試要求。而LED路燈的壽命測試尤為重要，但其現場光衰檢測技術及檢測設備目前還處于空白狀態。

目前，LED路燈的光衰測試，一般采用拆燈拿回實驗室進行測量的方式，但測試流程繁瑣，實操性差不易實現。

LED路燈現場光衰測試方面缺乏明確的技術標準、檢測儀器、及有效監控手段，這導致目前市場上的LED路燈產品質量參差不齊，LED路燈光衰問題嚴重影響部分節能改造工程的應用示范效果。

因此，本文對LED路燈光衰的現場檢測方法進行深入研究。

基于相對光衰的原理，研究得到一種符合LED路燈乃至其它LED照明燈具的現場光衰測試方法，并開發相應測試裝置，解決目前實驗室燈具光衰壽命檢測普遍存在與實際應用環境差別大、測試時間過長、流程復雜、成本高及不易于監測光衰導致失效的時間點等難題，對于整體提升LED照明產品質量和促進LED產業健康發展具有非常重要的意義。

實驗室光衰檢測方法

目前，在LED路燈的光衰壽命檢測主要是在理想實驗室環境中進行。

依據LB/T001—2009《整體式LED路燈的測量方法》、CJ/T420—2013《LED路燈》、GB/T24907—2010《道路照明用LED燈性能要求》、GB/T24824—2009《普通照明用LED模塊測試方法》等標準，在標準規定條件下，老煉LED路燈，直到老煉時間t至少達到6000小時，至少每隔1000小時測量LED路燈的總光通量Φi，按照公式(1)計算，與初始光通量Φ0比較得到其光通維持率ΔΦ即光衰。

同時部分標準為了測試簡便，推薦一種相對光通維持率(相對光衰)的測試方法，即是在規定距離的燈下點的光照度E替代光通量Φ，按照公式(2)來計算光通維持率，測試示意圖如圖1所示。

圖1 相對光通維持率(光衰)測試示意圖

Fig.1 Relative lumen maintenance (light attenuation)

公式(1)、(2)中，Φ初始和Φi分別代表老煉初始時間t初始和某時間點ti的光通量，E初始和Ei分別代表老煉初始時間t初始和某時間點ti的相對照度。

現場光衰檢測方法

本文參考實驗室推薦的相對光通維持率(光衰)的簡便測試方法，利用LED路燈在照射范圍內某固定點的光照度與整燈光通量基本成線性變化關系的原理，研究一種LED路燈相對光衰的現場檢測方法。

如圖2所示，通過測試照射范圍內燈桿某測試點的光照度E來代表相對光通量Φ，從而計算LED路燈的相對光衰變化趨勢。

圖2 LED路燈現場相對光衰測試示意圖

Fig.2 LED street lamp onsite relative light attenuation testing

開發符合要求的光照度測試裝置是LED路燈現場相對光衰測試方法的最關鍵研究內容，通過充分考慮LED路燈道路照明現場應用環境的復雜性和嚴酷氣候條件，針對性開發間隙性光照度測試裝置，如圖3所示，解決了在現場自動檢測某測試點照度以其來計算LED路燈的相對光衰的技術難題。

圖3 間隙性光照度測試裝置機械結構圖

Fig.3 The mechanical structure drawing of testing equipment of intermittent illumination

在測試前利用雙向轉角電機實現照度探頭自動彈出，探頭穩定30秒后開始測試，再過30秒完成本次照度測試并由雙向轉角電機收回照度探頭，利用彈出和收回機制不但保護了照度探頭，還有效避免照度探頭長時間暴露于光照下而延長探頭的壽命。

為了解決光電探頭較長時間使用過程中存在漂移的問題，本測試裝置專門添加標準光源和兩個遮光光欄實現照度探頭的自校功能;同時該裝置內置于防護外殼，以達到保護核心部件避免雨淋或其它可能破壞裝置的氣候因素，整體提升測試裝置的可靠性。

光照度檢測裝置還包括基于C51單片機開發的控制電路，該控制電路與照度探頭、雙向轉角電機及標準光源對應連接，控制電路可控制雙向轉角電機、標準光源通斷以及照度探頭采集照度值并臨時存儲，再通過GPRS或ZigBee無線通信方式將所測得的光照度值遠程傳輸至上位機進行數據存儲及跟蹤分析。

現場光衰測試結果分析

利用本單位自有道路建設了一條長120米，可安裝12盞LED路燈的現場測試道，并在LED路燈測試道分別安裝了電參數測試模塊和間隙性光照度測試裝置，實時監測LED路燈在半年來的工作電壓、有功功率和相對光衰等參數變化情況。

例如某LED路燈在近3個月的監測結果分別如圖3～圖5所示。

圖3 工作電壓變化曲線

Fig.3 The curve of working voltage change

圖4 有功功率變化曲線

Fig.4 The curve of active power change

圖5 相對照度 (光衰) 變化曲線

Fig.5 The curve of relative illumination change

圖5反映出該LED路燈在近3個月的運行中出現一定程度的光衰，最大光衰約6%，同時通過線性回歸計算得到的趨勢變化直線反映該LED路燈的光通維持率基本上一直處于下降通道。

電參數和光衰變化曲線通過歸一后得到的變化曲線如圖6所示，分別對有功功率和相對照度進行線性回歸計算得到的趨勢變化直線反映兩者同時處于下降通道，但對引起LED路燈光衰的因素是多方面的，還需要進行大量的相對光衰現場測試。

若要得到引起光衰的相關因素或找出這些參數的相關性，還需要結合其它因素的監測數據進行數據挖掘分析才能確定引起LED路燈光衰具體是哪些主要因素。

圖6 歸一化后的變化曲線

Fig.6 The change curve after the normalization

從測試結果得出間隙性光照度測試裝置確實實現了對LED路燈現場光衰連續有效監測，基于間隙性光照度測試裝置的LED路燈相對光衰測試方法是可行的。

結論

本文提出的基于間隙性光照度測試裝置的LED路燈相對光衰測試方法，既彌補了LED路燈的現場光衰測試技術空白，通過自動化克服了LED燈具具有壽命長、緩慢光衰變化的特點，也解決了傳統實驗室光衰方法普遍存在與實際應用環境差別大、測試時間過長、流程復雜、成本高及不易于監測光衰導致失效的關鍵時間點等問題。

同時本測試方法還可同理擴展至其它LED燈具的現場光衰測試，為目前各級政府正在大力推動的半導體照明示范工程建設提供有效監控手段，保障照明產品質量和工程質控，具有較好的研究和推廣價值。

然而，對于LED燈具現場相對光衰測試及測試裝置開發的后續研究工作，重點在通過實驗室光衰與現場相對光衰的比對測試測試結果進行驗證，進一步提高測試結果的準確性，同時在安裝方便性、高復現性等開展后續的深入研究，并通過多種途徑進行有效應用推廣。