光源相关色温与分布温度的实验分析

在国家色温基准改造课题中,通过光谱辐射测量法得到色温副基准灯的相对光谱功率分布,分别采用四种不同的算法计算出光源的相关色温以及分布温度。为了比较这些计算方法的差别,由相关色温和分布温度反算出相应的光谱功率分布,分析了与光源原始分布的偏差。对采用不同算法得到的色坐标进行了对比,进一步阐明了光源的分布温度与相关色温之间的区别和联系。     

辐射测温中光谱发射率的表征描述

实际物体的光谱发射率表现复杂,给辐射测温的深入研究和实际应用带来了很多困难和不确定性,发射率问题即成为了辐射测温研究中的关键点。文章基于光谱发射率的泰勒多项式展开、波长的无量纲参数、弯曲度指数等分析,描述了谱色测温法中光谱发射率的数学表征,建立了窄波段内的光谱发射率通用函数形式。并通过对不同温度下几种金属的实际光谱发射率进行拟合分析,对此给予了实验上的验证,表明了所提出光谱发射率模型具有应用的适用性,该模型是谱色测温方法应用研究的基础。     

二分法优化计算LED光源相关色温

色温和相关色温是LED光源的重要参量.从原始光谱数据到色品坐标(u,v)再到色温和相关色温的计算过程相当复杂,需要一种优化算法来简化计算量.因此,从色温的色度学定义出发,简要分析了直接内插法、逐点法和甬数曲线拟合法三种色温计算的经典算法,并分别指出了它们的优缺点,在此基础上提出了二分法这种新的色温优化算法.详细介绍了二分法的基本思想、程序流程等.利用软件编程实现这几种算法,通过普朗克黑体辐射公式计算得到一系列色温的理论光谱和白光LED仪器实际测试光谱,对比二分法和各种经典算法的速度和结果,证明了二分法是一种适合于计算机程序化实现的高精度高速度的色温算法.     

基于视锥感光空间的光源相关色温计算

研究了基于视锥响应三刺激值L,M,S导出的不同色品坐标空间和不同比例因子对相关色温（CCT）计算的影响,并比较了计算得到的CCT与标准CCT的差异。在Houser等收集的包含401个光谱功率分布的数据集上进行了测试,测试结果表明,采用比例因子均为1时计算得到的L,M,S直接导出的u_c-v_c空间表现最好,均值CCT绝对差异,中值CCT绝对差异和最大值CCT绝对差异分别为48,31和851 K。若将L,M,S转换到由配色函数定义的三刺激值空间X_FY_FZ_F导出的u_F-v_F空间中计算CCT,计算得到的CCT与标准CCT差异的均值CCT差异,中值CCT差异和最大值CCT差异分别为42,21和540 K。     

颜色温度和相关色温的不确定度评定方法

颜色温度和相关色温是光源的重要参量。从色品坐标(u,v)到颜色温度和相关色温的计算过程比较复杂,很难依据国际标准化组织推荐的不确定度评定方法进行分析。介绍了从光谱辐射功率和色品坐标(u,v)的不确定度出发,按照国际标准化组织的推荐方法,得到更为科学合理的颜色温度和相关色温的不确定度评定方法。针对新的国家颜色温度副基准,分别采用基于数学模型的精确方法、近似方法和几何方法对其不确定度进行了评价,并与传统方法进行了比较。采用传统方法得到的计算结果偏高,这是因为传统的计算方法很大程度上基于实验和经验估计,没有将颜色温度的不确定度与光谱辐射功率和色品坐标(u,v)的不确定度之间建立明确的数学关联,在分析过程中存在对某一不确定度源进行重复计算的可能。所述的数学推导方法相对传统方法更为科学合理。     

白光LED光学仿真中的相关色温计算

光学仿真是白光LED照明设计中的一个重要方法,但色度分布的光学仿真中计算量太过庞大,以致在一般计算条件下无法得到可靠的仿真结果。为解决这一问题,本文利用色度转换关系和逐点法计算色温,引入数值拟合和像素合成两种处理方法,有效降低了光学仿真结果的涨落。通过对处理结果和实验结果在照度和相关色温两方面的对比,两种处理方法的有效性得到证明,大幅提升了基于色度配光的光学仿真计算效率。     

一种预测白光LED相关色温的新方法

为了快速确定白光LED相关色温与黄色荧光粉浓度的关系,提出"中间参数A"的方法,以达到减少工作量,缩短工作时间,提高精度的目的。首先,通过理论分析推导出色品坐标与"中间参数A"的关系公式。然后,制备6组不同黄色荧光粉浓度的白光LED样品,计算出每个浓度对应的A值,拟合A值与荧光粉浓度的关系公式。在色品图上查找目标色温对应的色坐标,就可以利用"中间参数A"的方法预测目标色温对应的黄色荧光粉浓度。实验结果表明:利用"中间参数A"的方法生产的白光LED的色温与目标色温的误差在50 K以内。在预测高色温时,该方法比"直接探索色温与荧光粉浓度的关系"的方法的精度高一个数量级。而且利用该方法,采用2组不同荧光粉浓度样品相比于6组样品,在预测目标色温对应的荧光粉浓度时的相差量低于0.5%。因此,该方法具有耗时短、工作量少,精度高的优点。     

三波段辐射测温的存储二分法求解原理

引入线性发射率模型,基于辐射测温方程组推导了三波段辐射测温方法的等温面方程,该方程是测量信号矢量与测量信号系数矢量的点积。根据测量信号系数矢量是温度的单值函数这一特征,结合二分法求解非线性方程的优点,提出了三通道辐射测温方法的存储二分法求解原理,并进行了C++程序实现。基于C++程序研究了特定测量信号矢量条件下的等温面方程曲线,结果表明在较大的温度求解区间内该曲线具有单调特征,随着V3的增加该曲线尾部逐渐上翘由负变正。误差及时间复杂性分析结果表明二分数为Num时最大误差为(T_max-T_min)/2num+1,求解过程包括3Num+1次乘法和2Num+1次加法,没有除法和指数对数运算,极大地提高了温度求解速度。     

基于光谱响应定标的辐射测温方法

辐射测温是通过测量物体发出的辐射来反演温度,辐射测量方程中含有与空间位置相关的非光谱参数,通常需通过辐射标定予以确认。而该研究将非光谱参数归入有限项级数形式的光谱发射率中,这既不会影响多通道测温方程组的封闭性,又不会影响真温求解,从而在无需测量数据归一化的条件下,实现了无需空间位置标定的辐射测温,该方法仅需要标定仪器的绝对光谱响应或相对光谱响应,但不能解得发射率。以两个特例分别对多波长测温方法和多谱段测温方法的求解特性进行了研究。结果表明：对于任意的测量矢量,有效波长不相同的多波长测温唯一解是存在的;而多谱段测温时,存在无解区域,双解直线,甚至可能存在三解直线。     

中性色温下两基色、三基色荧光粉转换白光LED的光谱优化

针对中性色温4 870 K,考虑斯托克斯损失,研究了两基色、三基色的白光LED的光谱优化。结果表明:InGaN/GaN基蓝光LED激发YAG荧光粉合成的白光光视效能可高达483.5 lm/W,但显色性较差,计算的斯托克斯效率为83.9%。加入窄带红色荧光粉或红光LED,优化后的光视效能降低为343 lm/W,但显色指数升至94.7,同时计算得到该LED的斯托克斯效率为84.4%。对该优化的三基色LED光谱进行可调色温白光的特性分析,发现较高色温 (＞4 000 K)对应的显色指数普遍高于低色温(＜4 000 K)的显色指数。     

谱色测温法的温度场分区讨论

谱色测温法是该课题组提出的一种新的辐射测温法。针对可探测的温度区间,通过辐射光谱耦合信息的分析,考察了区间内所有温度点都能同时被失真测量的必要条件;对于不满足该条件的测量,提出了温度场分区的概念,描述了温度场分区的步骤,并给出了相应的数值模拟结果。研究结果将对谱色测温法的应用具有指导意义。     

基于长波红外光谱的热态锻件温度场测量方法研究

提出一种长波红外光谱的温度场测量方法。将谱色测温原理与三级Fabry-Perot(FP)型Liquid Crystal Tunable Filter(LCTF)相结合,并对测温理论模型中三组非线性相关方程组所得的解进行了优化,以进一步减小误差,使测量值更加客观、真实;然后运用液晶双折射可调谐滤光原理,制作了三级FP型LCTF滤光系统,该系统在一定的长波红外光谱范围内实现了波长的任意调谐,从而保证测温系统的响应快速、准确。该方法测温前无需知晓被测物发射率,且能有效抑制背景光辐射和环境光源对测温精度带来的影响,保证了测温结果的准确性。最后通过matlab仿真软件验证了滤光系统所得红外光谱符合系统设计要求,并通过实验验证了该测温方法的可行性,测温准确性较之传统的单波段红外热像仪得到了提高。     

蓝宝石基底上制备蠕虫状ZnO及强紫外发光性能研究

由于光源的相关色温与色偏差计算一直是备受研究者们关注的问题,故提出了一种基于三角形法、抛物线法和三次多项式法的高效混合光源相关色温与色偏差计算方法。在色温为2000～20000 K, 1 K步长的18001条等温线上,并在色偏差范围为-0.03～0.03内以0.015间隔选取90005个测试样本,测试并比较了所提方法、Ohno方法与Robertson方法的精确度。测试结果表明,所提方法的性能优于Ohno方法与Robertson方法,且其色温和色偏差的最大绝对误差分别为0.3858 K和3.33×10^-6,故所提方法可被直接用于LED光谱优化与设计中。     

低色温无荧光粉LED光源的可靠性研究

为了对比研究新型低色温无荧光粉LED光源和低色温荧光粉LED光源的可靠性,本文进行了85℃加速老化和温度步进应力实验,测试了各光电参数在老化过程中的变化规律,并分析了有无荧光粉低色温光源的老化衰减机理。实验结果表明,在20 A/cm²工作电流密度、85℃的加速老化条件下,两种类型的光源都表现出很好的稳定性,但随着功率的增加,无荧光粉光源展现出更好的光通量稳定性;随着温度的升高,无荧光粉光源在高达200℃左右仍表现出良好的可靠性,而荧光粉光源则在175℃后出现了明显的光通量衰减和色温升高。电流应力或温度应力提升以后,无荧光粉光源展现出更优异的可靠性。