58 elektronik journal 02/2016 www.elektronik-journal.de

Sensorik + Messtechnik Spektrometer

Im Hinblick auf die Zukunft energieeffizienter Lichtlösungen in Gebäuden lassen sich Goniophotometer oder -spektral-radiometer von Instrument Systems in vielfältigen Applika-

tionen zur hochpräzisen und schnellen Prüfung von LED- Modulen unterschiedlichster Größe einsetzen. Während das LGS 350 bis zu 70 cm große Prüflinge mit maximal 8 kg Gewicht vermessen kann, nimmt das größere LGS 1000 bis zu 2 m große Prüflinge mit maximal 50 kg Gewicht auf. Die Goniometerein-heiten können je nach Aufgabenstellung auch mit einem Spek-tralradiometer, einem Photometer und weiteren Messmitteln kombiniert werden. Die Probenplatte am Schwenkarm ermög-licht eine mechanisch wie auch elektrisch vielseitige und kun-denspezifische Adaptierung von Prüflingen. Im Folgenden wer-den die beiden Goniophotometer sowie Messzubehör, Mess-Software und Wissenwertes zu Messmethoden vorgestellt.

Neue ProduktmerkmaleDas neu optimierte Design des LGS 350-Systems (Bild 1) führt bei absoluter Rüttelfreiheit zu einer Steigerung der Verfahrge-schwindigkeit der γ-Achse um 85 % auf 34°/s. Gegenüber bishe-rigen Messlösungen bedeutet die laut CIE-S-025 zugelassene Höchstgeschwindigkeit von 0,25 m/s für den Nutzer stark erhöh-te Durchsätze bei gleichbleibender hoher Präzision der Messun-gen. Über ein Zusatzmodul der etablierten Spec-Win-Pro-Soft-ware stehen umfassende ErP-Tests zur Erstellung von Prüfbe-richten nach der EU-Richtlinie zur Verfügung.

Das mit einem speziellen Adapter erweiterte Leuchtenwender-Goniophotometer LGS 1000 (Bild 2) ermöglicht ein innovatives Brennlage-Korrekturverfahren für Messungen an großen SSL-Leuchten im Fernfeld. Die sogenannte Hilfsphotometer-Metho-de ermöglicht hochgenaue Messungen, die dem neuen interna-tionalen Standard CIE-S-025 entsprechen. Das LGS 1000 stellt mit der Brennlagekorrektur eine kostengünstigen Alternative zu großen und teuren Drehspiegel-Goniophotometern dar und hilft die Zuverlässigkeit und Qualität von SSL-Produkten (Solid Sta-te Lighting) weiter zu verbessern.

Goniophotometrische MessungenDas LGS 1000 eignet sich ideal für die Bestimmung der win-kelabhängigen Abstrahlcharakteristik von großen LED-Modulen, SSL-Produkten sowie konventionellen Lampen und Leuchten.

Es kann sowohl zusammen mit einem Photometer als klassisches Goniophotometer als auch mit einem Spektrometer als hochwer-tiges Goniospektralradiometer betrieben werden. Auf diese Wei-se können alle wichtigen Kenngrößen wie räumliche Lichtstär-keverteilungen, Lichtstrom, Farbkoordinaten und sogar der Farb-wiedergabeindex mit höchster Präzision gemessen werden.Umfangreiche Messsoftware Spec Win Pro steuert dabei den Messablauf und erleichtert die Auswertung der Messdaten.

Schwenkbereich des LGS 1000Durch die Bauweise mit horizontaler optischer Achse gemäß des C-γ-Koordinatensystems (CIE 121-1996) bildet das LGS 1000 einen sehr kompakten Messplatz für winkelabhängige Kenngrö-ßen. Trotz seiner beeindruckenden Abmessungen passt es in ein Labor mit Standarddeckenhöhe und grenzt sich dadurch von großen und komplizierten Drehspiegel-Goniophotometern ab.

Der Winkelbereich der voll rotierbaren C-Achse erstreckt sich von -90° bis +270°. Die γ-Achse lässt sich um ±165° drehen. Zwei synchron gesteuerte Servomotoren mit Präzisionswinkelgebern ermöglichen eine sehr feine Winkelauflösung von 0,01° und sorgen für eine simultane und vibrationsarme Bewegung beider Achsen. Die Reproduzierbarkeit der Probenpositionierung ist bei Nennbelastung kleiner als 0,1°. Die komplette Goniometereinheit ist schwarz beschichtet, um Oberflächenreflexe zu vermeiden.

Leuchtsphären Energieeffizienz- und goniophotometri-sche Messungen von LED-Leuchten

Prüfberichte zur ErP-Richtlinie für alle LED-Produkte schnell und präzise erstellen oder kostengünstige go-niophotometrische Messungen nach internationalen Standards durchführen: Instrument Systems bietet da-für passende Lichtmesssysteme und stellt diese vor.

Goniophotometrische Messungen eignen sich ideal, um LED-Produkte schnell und präzise nach ErP-Richtlinie oder anderen internationalen Standards zu prüfen. Instrument Systems bietet hierfür zwei Gonio-photometer sowie unfangreiches Messzubehör und Mess-Software an und vermittelt Wissenwertes zu den Messungen.

Eck-DatEn

LGS 350 Goniophotometer

We bring quality to light.

Bild 1: Das Goniophotometer LGS 350 bewegt die γ-Achse rüttelfrei mit bis zu 34 °/s.

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Sensorik + Messtechnik Spektrometer

Steuern und Auswerten per SoftwareDie Steuerung des Messablaufs erfolgt durch die Messsoftware Spec Win Pro in zwei unterschielichen Verfahren. Beim Sequenz-Modus wird die Abstrahlcharakteristik des Prüflings in bestimm-ten Winkelabständen auf beiden Achsen aufgenommen. Win-kelbereich und Messintervall sind frei bestimmbar ,aber für alle-Messschritte gleich groß. Der Mess-Serien-Modus hingegen ermöglicht Messungen in einer beliebig definierbaren Winkel-abfolge. Die Intervallschritte sind innerhalb eines Winkelberei-ches variabel und frei wählbar. In beiden Fällen regelt die Soft-ware die Ansteuerung des Prüflings und nimmt auch elektrische Messdaten auf. Spannung, Stromstärke, Einschalt- und Ein-brenndauer sowie die Sequenzabfolge sind speicherbare Vorein-stellungen und können für wiederkehrende Messaufgaben, wie zum Beispiel der Test nach Ökodesign-Richtlinie und Energie-effizienz-Kennzeichnung, erneut abgerufen werden.

Die Software verfügt über fünf verschiedene Darstellungs-möglichkeiten der räumlichen Abstrahlcharakteristik: radial, halb-radial, kartesisch, sphärisch und 3D (Bild 3). Damit können sämtliche photometrische, radiometrische, farbmetrische und spektrale Messdaten in allen Darstellungsformen abgebildet werden. Die Auswertung und Aufbereitung der Messdaten ist äußerst flexibel und vielfältig. Neben der Möglichkeit das Mess-fenster an die jeweilige Applikation anzupassen, steht auch ein Export-Manager für die Erstellung kundeneigener, frei konfigu-rierbarer Messprotokolle zur Verfügung. Für die Beleuchtungs-industrie lassen sich wichtige Formate wie IES und Eulumdat erzeugen, um sie in Simulationsprogrammen zu verwenden.

LichtstromintegrationDie Bestimmung von Strahlungsleistung oder Lichtstrom durch Integration der Strahl- oder Lichtstärke mit einem Goniophoto-meter stellt eine der genaueste aller Möglichkeiten dar. Diese Methode wird von führenden Nationallabors bevorzugt und ist beispielsweise Voraussetzung für die Kalibrierung von Licht-strom-Normal-Lampen, welche die Referenzwerte für andere Messverfahren liefern.

Die Messung des Lichtstroms mit einem Goniophotometer ist im Vergleich zur Verwendung von Ulbricht-Kugeln zwar deutlich zeitintensiver, dafür aber sehr viel genauer. Bei diesem Verfahren werden die Einzelspektren aller Winkelpositionen aufsummiert (Bild 3). Dadurch ist eine echte Integration der gesamten spektralen Strahlungsleistung und damit die exakte

Berechnung von farbmetrischen Kenngrößen gewährleistet. Das absolute Messverfahren benötigt außerdem kein Licht-stromnormal als Referenzwert, wie es beim Einsatz von Ulbricht-Kugeln der Fall ist.

Ein Goniophotometer lohnt sich, wenn die Kenngrößen Licht-stärkeverteilung und Lichtstrom gleichermaßen interessant sind, wie beispielsweise in der Allgemeinbeleuchtung. Sinnvoll ist dieses Messverfahren auch wenn Lampen mit unterschiedlichen Lichtstärkeverteilungen gemessen oder sogar kalibriert werden sollen. Bei der Bestimmung von Kenngrößen wie Teillichtstrom oder Halbwertswinkel von Lichtquellen, wie bei der Charakte-risierung nach Energieeffizienz, ist eine goniophotometrische Messung hingegen kaum verzichtbar.

Passendes MesszubehörDer Lichtstromintegrator ist ein optionales Zubehör und bietet die Möglichkeit, Leuchtmittel in ihrer erforderlichen Brennlage schnell und platzsparend zu charakterisieren. Während der Mes-sung bewegt sich der Detektor auf einer Kugelhüllfläche um den in seiner Position unveränderlichen Prüfling.

Vorteilhaft ist beim Lichtstromintegrator, dass er die Messung des Lichtstroms beschleunigt, vereinfacht und die vorgeschrie-bene Brennlage berücksichtigt. Bei kleinen Lichtquellen können zusätzlich Lichtstärkeverteilungen sowie photo- und farbmet-rische Abstrahlcharakteristiken in frei konfigurierbaren Brenn-lagen gemessen werden.

Es gibt zwei alternative Ausführungen des Lichtstrominteg-rators. Eine Version nutzt ein Photometer als Detektor und ist dabei sehr schnell und kostengünstig. Die zweite Variante vereint Photometer und Spektralradiometer und bietet eine genaue spek-tralradiometrische Ermittlung aller Kenngrößen.

Analog zur Standardkonfiguration ist auch bei Verwendung des Lichtstromintegrators die Möglichkeit gegeben, den Prüfling mit einer integrierten AC-Stromquelle zu versorgen, sowie elek-trische Kenngrößen über ein integriertes Messgerät zu ermitteln. Weitere Details finden Sie in der Online-Version dieses Beitrags per untenstehender infoDIREKT. (jwa)� ■

Der Beitrag basiert auf Unterlagen von Instrument Systems.

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Bild 2: Mit einem speziellen Adapter für das LGS 1000 erfolgt die nach CIE-S-025 geforderte Korrektur der Brennlage schnell und einfach.

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Bild 3: Eine Integration der Beleuchtungs- stärke E über eine sphärische Oberfläche ergibt den Gesamtlichtstrom Φ.

Bild 4: Das Goniospektralradiometer erfasst die 3D-Farbtemperaturverteilung einer Leuchte.