การประเมินแสงสว่างอย่างมืออาชีพนั้นจำเป็นต้องมีการวัดการกระจายแสงและรูปร่างลำแสง การกระจายความเข้มของแสง ความสม่ำเสมอ และทิศทางของแสงอย่างถูกต้อง ในระบบแสงสว่างปัจจุบัน ปริมาณลูเมนรวมไม่ได้มีความสำคัญมากนักอีกต่อไป แต่จะใช้การกระจายแสงเชิงมุมที่แม่นยำแทน เพื่อให้แน่ใจว่าสอดคล้องกับข้อกำหนด ความสะดวกสบายในการมองเห็น ประสิทธิภาพการใช้พลังงาน และลำแสงที่กลมกลืนในทางปฏิบัติ (โดยใช้เครื่องตรวจจับแบบเคลื่อนที่) โกนิโอโฟโตมิเตอร์ เครื่องวัดมุมแสงสามารถตอบสนองความต้องการนี้ได้ เนื่องจากสามารถบันทึกความเข้มของแสงในตำแหน่งเชิงมุมต่างๆ ทำให้ได้ผลลัพธ์ทางโฟโตเมตริกที่ได้รับการตรวจสอบทางวิทยาศาสตร์แล้ว ความรู้เกี่ยวกับหลักการทำงานของเครื่องวัดมุมแสงยังช่วยให้ห้องปฏิบัติการ ผู้ผลิต และหน่วยงานรับรองสามารถสร้างแบบจำลองทางโฟโตเมตริกที่เหมาะสมได้อีกด้วย
การกำหนดทิศทางของแสงเป็นสิ่งจำเป็นอย่างยิ่งในงานใช้งานจริง เช่น ในงานสถาปัตยกรรม ไฟหน้าของรถยนต์ ระบบไฟส่องสว่างในคลังสินค้า โคมไฟทางออกฉุกเฉิน และระบบไฟส่องสว่างบนถนน ดังนั้น ระบบตรวจจับแบบย้ายตำแหน่งจึงเป็นวิธีการทางวิศวกรรมโคมไฟที่เหมาะสมที่สุด

หลักการของการตรวจจับแสงแบบกำหนดทิศทาง

นี่คือหลักการสำคัญของเครื่องวัดมุมแสงแบบเคลื่อนที่ ซึ่งแสงที่ส่องไปยังอุปกรณ์ที่กำลังทดสอบจะถูกบันทึกในเชิงเรขาคณิตที่มุมควบคุม จากนั้นตัวตรวจจับจะหมุนไปตามทิศทางการหมุนที่กำหนดไว้ล่วงหน้า แต่จะรักษาระยะห่างคงที่จากจุดศูนย์กลางของการวัด จะมีการบันทึกความเข้มของแสงที่พิกัดเชิงมุมที่ทราบ ซึ่งมักจะระบุในระบบพิกัด Cg หรือ AB
เครื่องมือนี้จะไม่ปรับขนาดความสว่างของจุดสุ่ม แต่การอ่านค่าจากตัวตรวจจับแต่ละตัวจะให้ตำแหน่งสามมิติที่แม่นยำ จากนั้นจึงนำค่าที่อ่านได้เหล่านี้ไปประมาณค่าเพื่อสร้างเส้นโค้งการกระจายแสงที่สมบูรณ์ หรือไฟล์ IES ทางโฟโตเมตริก วิธีการนี้อิงตามลักษณะการทำงานของโคมไฟในสภาพจริง โดยพิจารณาจากจุดสูงสุดของลำแสง มุมตัด ความไม่สมมาตรทางโฟโตเมตริก และการรั่วไหลของแสง
หนึ่งในข้อกำหนดคือการรักษารูปทรงเรขาคณิตให้คงที่ จุดศูนย์กลางการวัดควรอยู่ในแนวเดียวกับจุดอ้างอิงทางแสงของโคมไฟ แม้แต่ความคลาดเคลื่อนเพียงเล็กน้อย 2-3 มิลลิเมตรในการประเมินมุมก็จะทำให้ค่าแคนเดลาเปลี่ยนแปลงและนำไปสู่การทดสอบที่ผิดพลาด ระบบระดับสูงถูกสร้างขึ้นด้วยตลับลูกปืนแกนที่มีความทนทานสูง ตัวเข้ารหัสแบบหมุน และระบบแรงบิดที่ปรับสมดุลไว้ล่วงหน้า เพื่อรักษาความแม่นยำทางกล

เหตุใดระบบตรวจจับแบบเคลื่อนที่จึงเหนือกว่าในการประเมินทางแสงที่ซับซ้อน

การกระจายแสงของโคมไฟขนาดใหญ่ ชุดไฟแบบไม่สมมาตร โคมไฟถนน ไฟสปอตไลท์ หรือไฟรถยนต์นั้นไม่สม่ำเสมอเสมอไปเมื่อทำการประเมิน การวัดด้วยเครื่องวัดมุมแบบเคลื่อนที่สามารถวัดได้หลายร้อยถึงหลายพันมุม ขึ้นอยู่กับข้อกำหนดด้านความละเอียด การเพิ่มข้อผิดพลาดในการประมาณค่าและความแม่นยำทางคณิตศาสตร์ทำได้โดยการปรับปรุงความหนาแน่นเชิงตัวเลขของจุดวัด
นอกจากนี้ การกระจายแสงยังต้องเปลี่ยนแปลงไปด้วยเลนส์ออปติคอล ตัวสะท้อนแสง ตัวกระจายแสงรอง ตาข่ายกันแสงสะท้อน และฝาครอบหักเหแสง ทรงกลมไม่สามารถนำมาใช้เพื่อแสดงคุณลักษณะเหล่านี้ได้ เนื่องจากทำให้แสงที่ปล่อยออกมามีค่าเฉลี่ย การตอบสนองต่อทิศทางจึงเป็นสิ่งจำเป็นในการตัดสินใจในระดับวิศวกรรม

สถาปัตยกรรมการเคลื่อนไหวและความสัมพันธ์ของข้อมูล

เครื่องวัดมุมแสงแบบสมัยใหม่มีเส้นทางการสแกนแบบหมุนได้ ขึ้นอยู่กับประเภทของการวัด ตัวตรวจจับสามารถหมุนได้ในแนวนอน แนวตั้ง หรือรูปแบบสองแกนผสมกัน ค่าความเข้มจะถูกบันทึกแบบเรียลไทม์พร้อมกับค่าตำแหน่งมุมระหว่างการเคลื่อนที่ เวลาคงที่นั้นมีความสำคัญเนื่องจากกำลังไฟของหลอดไฟอาจเปลี่ยนแปลงได้เนื่องจากความร้อนที่เพิ่มขึ้น โดยเฉพาะอย่างยิ่งในระหว่างการปรับเสถียรภาพของ LED
หลังจากได้ข้อมูลค่าความสว่างดิบแล้ว กระบวนการสร้างภาพเสมือนจะสร้างพื้นผิวการกระจายแสง แผนภาพเชิงขั้ว ข้อมูลสรุปค่าความสว่างตามโซน และตารางความเข้มของแสง ข้อมูลเหล่านี้จะถูกนำไปใช้ในโปรแกรมจำลองแสงสว่างโดยสถาปนิกและนักออกแบบภายใน

บทบาทของความเสถียรทางโฟโตเมตริกและสภาวะก่อนการเผาไหม้

การวัดที่ถูกต้องนั้นจำเป็นต้องมีค่าความสว่างคงที่ แต่หลอด LED จะมีการเปลี่ยนแปลงความสว่างอย่างมากเมื่อเปิดใช้งาน ผู้ผลิตจะค่อยๆ เพิ่มกำลังไฟของหลอดไฟหรือโมดูลทดสอบจนถึงระดับสูงสุดก่อนที่ค่าความสว่างจะคงที่ ห้องปฏิบัติการที่ได้มาตรฐานจะรักษาอุณหภูมิ สมดุลความร้อนของจุดเชื่อมต่อ และความสม่ำเสมอของอุณหภูมิให้คงที่ก่อน แล้วจึงหมุนตัวตรวจวัด
การเพิ่มขึ้นของอุณหภูมิใน LED ไม่ได้เกิดขึ้นอย่างเท่าเทียมกัน LED อาศัยการแปลงฟอสฟอร์ซึ่งจะมีการเปลี่ยนแปลงสีเมื่อร้อน ดังนั้นจึงไม่เหมาะสมที่จะทำการวัดค่าก่อนเวลาอันควร เพราะอาจทำให้ค่าที่ได้คลาดเคลื่อนได้

ปัจจัยที่ส่งผลโดยตรงต่อความแม่นยำในการวัดทิศทาง

• ความแม่นยำในการกำหนดตำแหน่งของตัวตรวจจับระหว่างการเคลื่อนที่แบบสองแกน
• ระยะห่างคงที่ระหว่างตัวตรวจจับและตัวอย่าง
• ความละเอียดเชิงมุมที่เข้ารหัส
• การแก้ไขการลดทอนของบรรยากาศ
• ความสามารถในการทำซ้ำของการเคลื่อนไหวในแต่ละรอบ
• เป็นช่วงเวลาที่อุณหภูมิของโคมไฟจะคงที่
• การแก้ไขการตอบสนองสเปกตรัมของตัวตรวจจับ

ตรรกะการสอบเทียบทางโฟโตเมตริก

การสอบเทียบจะทำให้ค่าที่ได้จากตัวตรวจจับและค่ามาตรฐานความเข้มแสงที่ทราบแล้วมีความสอดคล้องกันอย่างสม่ำเสมอ การแก้ไขค่าพื้นฐานทำได้โดยใช้หลอดไฟมาตรฐานที่มีค่าทางโฟโตเมตริกที่สามารถตรวจสอบย้อนกลับได้ กระจกที่มีหน้าต่างเป็นตัวตรวจจับจะถูกวางไว้ที่จุดศูนย์กลางการหมุน และหลอดไฟที่สอบเทียบแล้วจะเคลื่อนที่ระหว่างจุดคงที่ ในกรณีที่มีความแตกต่างระหว่างค่าที่วัดได้กับค่าอย่างเป็นทางการ ค่าสัมประสิทธิ์การปรับขนาดจะปรับเปลี่ยนเมทริกซ์การวัด
รอบการสอบเทียบยืนยันว่า:
• ความเป็นเส้นตรงของตัวตรวจจับ
• การจัดเรียงทางเรขาคณิต
• การถ่วงน้ำหนักสเปกตรัม
• การชดเชยแสงรบกวน
การปรับเทียบที่ถูกต้องช่วยให้มั่นใจได้ว่าสอดคล้องกับ IES LM-79 และแนวทางการทดสอบระดับสากล CIE 121
เครื่องวัดแสงแบบโกนิโอโฟโตมิเตอร์ยังช่วยชดเชยการเปลี่ยนแปลงของพลังงานในการสแกนเป็นเวลานาน เนื่องจากโมดูล LED อาจเสื่อมสภาพลงตามอายุการใช้งาน

รูปภาพ: Goniophotometer

การจัดการการกระเจิงแสงและลักษณะพื้นผิว

แสงไม่ได้ส่องผ่านตรงๆ และที่ขอบของตัวสะท้อนแสงรอง ตัวกระจายแสง และการปล่อยแสงด้านข้าง จะเกิดการกระเจิงขึ้น ในการสแกนเชิงมุม ผลกระทบของบริเวณการกระเจิงเหล่านี้ต่อกราฟแสดงความสว่างจะเกิดขึ้น ความถูกต้องของเครื่องมือขึ้นอยู่กับความสามารถในการวัดปริมาณการกระเจิงรอง
ในเครื่องวัดมุมแสงแบบเคลื่อนที่ (moving detector goniophotometer) จะใช้การสุ่มตัวอย่างความเร็วสูงเพื่อวัดการเปลี่ยนแปลงทางแสงที่เกิดขึ้นอย่างรวดเร็ว ระบบที่มีความละเอียดต่ำอาจละเลยบริเวณมุมที่มีการกระจายพลังงาน ทำให้เกิดยอดสูงสุดปลอมหรือมุมตัดที่ไม่ถูกต้อง
วิศวกรส่งออกไฟล์ IES หรือ LDT ซึ่งแสดงถึงการกระจายความเข้มของแสงเมื่อทำการวิเคราะห์ทางแสงอย่างแม่นยำ ไฟล์เหล่านี้จะถูกโหลดเข้าสู่โปรแกรมคำนวณแสงสว่างเพื่อคำนวณแผนที่ความสม่ำเสมอ ระยะห่างระหว่างถนน พฤติกรรมการสะท้อนแสงภายในอาคาร และค่าแสงจ้า
ตาราง: ช่วงความละเอียดในการสแกนเชิงมุมทั่วไปที่ใช้ในโกนิโอโฟโตเมตรี

เสถียรภาพเชิงกลระหว่างการหมุน

การวัดได้รับผลกระทบจากความเฉื่อยของระบบ คุณภาพของแบริ่ง และความแข็งแกร่งของโครงสร้าง การเคลื่อนไหวหรือการสั่นสะเทือนเพียงเล็กน้อยก็สามารถตรวจจับได้และเปลี่ยนแปลงการจัดตำแหน่งของตัวตรวจจับและค่าที่อ่านได้ นี่เป็นเรื่องที่น่ากังวลอย่างยิ่งเมื่อใช้ตัวยึดที่มีความยาวมาก ซึ่งศูนย์กลางการปล่อยแสงอยู่ห่างจากตัวยึดมากเกินไป
มีการใช้อุปกรณ์ที่มีคุณภาพระดับมืออาชีพ:
• แขนเหล็กเสริมแรง
• การหมุนแกนแบริ่งขนาดเล็ก
• ฐานยึดโคมไฟแบบถ่วงน้ำหนัก
• เฟืองเคลื่อนที่ที่เข้ารหัสอย่างแม่นยำ
นอกจากนี้ ยังช่วยให้รูปทรงการวัดมีความเสถียรแม้ในขณะหมุนเป็นวงกว้าง

การตีความข้อมูลโฟโตเมตริกดิบโดยซอฟต์แวร์

เครื่องวัดแสงไม่ได้ใช้เพื่อสร้างแผนภาพแสง แต่ใช้เพื่อแสดงค่าความเข้มของแสง ข้อมูลดิบจะถูกแปลงเป็นกระบวนการประมวลผลในซอฟต์แวร์เพื่อสร้างผลลัพธ์ดังนี้:
• กราฟความสัมพันธ์ระหว่างค่าแคนเดลาและมุม
• โปรไฟล์เชิงขั้วแบบหลายระนาบ
• การแสดงผลภาพที่สว่างสดใสในหลายควอดแรนต์
• ตารางแสดงค่าลูเมนตามโซน
• การจัดวางคานแบบไม่สมมาตร
• ไฟล์การกระจายแสง
ห้องปฏิบัติการส่วนใหญ่ส่งออกชุดข้อมูลการวัดไปยังเครื่องมือที่ใช้มาตรฐาน IES โปรแกรมออกแบบระบบไฟส่องสว่างบนถนน ระบบประเมินระบบไฟส่องสว่างในอุโมงค์ และการจำลองทางสถาปัตยกรรม เพื่อให้เป็นไปตามข้อกำหนด LISUN จัดหาแพลตฟอร์มเครื่องมือที่รวมอินเทอร์เฟซของเครื่องมือวิเคราะห์ไว้ เพื่อให้สามารถแสดงผลข้อมูลได้โดยตรงโดยไม่ต้องเขียนโปรแกรมภายนอก

สรุป

การวิเคราะห์ทางโฟโตเมตริกที่มีความแม่นยำสูงนั้น ไม่เพียงแต่ต้องการค่าฟลักซ์ส่องสว่างเท่านั้น แต่ยังต้องการพฤติกรรมที่แยกตามมุมด้วย ซึ่งความสามารถนี้มีอยู่ในตัวตรวจจับแบบเคลื่อนที่ โกนิโอโฟโตมิเตอร์ ซึ่งวัดความเข้มของทิศทางโดยการหมุนภายในทิศทางที่ควบคุมได้ ความสม่ำเสมอทางเรขาคณิตและการสอบเทียบตัวตรวจจับ การรักษาเสถียรภาพทางความร้อน และความละเอียดในการสแกนที่ควบคุมได้ ส่งผลให้ได้ความแม่นยำ
ด้วยความรู้ความเข้าใจที่ดีเกี่ยวกับหลักการทำงานของเครื่องวัดมุมแสง (goniophotometer) ห้องปฏิบัติการจึงสามารถสร้างชุดข้อมูลที่เสถียร ซึ่งช่วยอำนวยความสะดวกในการตัดสินใจทางวิศวกรรมในโลกแห่งความเป็นจริง ภายใต้รอบการวัดที่ออกแบบอย่างถูกต้องและการใช้เครื่องมือที่แม่นยำ เช่น... LISUN ปัจจุบัน ผู้ผลิตมีข้อมูลการวัดแสงเชิงทิศทางเกี่ยวกับประสิทธิภาพการทำงานของอุปกรณ์ติดตั้งจริง แทนที่จะเป็นข้อมูลการผลิตทางแสงที่ได้รับการรับรอง