Messanlage

Drehspiegelsystem zur Messung von Lichtstärkeverteilungen und Lichtströmen – Beschreibung der Messanlage AIM D200

Ein einseitig gelagerter Schwenkarm mit drei 45° schräggestellten, optischen Spiegeln dreht sich um die horizontale (optische) Achse. Das Licht wird über das Spiegelsystem umgelenkt und durch den kugelgelagerten Drehring zum feststehenden, laserjustierten Photoelement geführt. Der Drehlagerring dient auch als zusätzliche Streulicht-Lochblende.

Durch einen ausreichenden Abstand zwischen der Lichtquelle und dem ersten Spiegel treten keine Interflexionen zwischen Spiegel und Leuchte auf. Außerdem verhindern Abschatter, dass Licht direkt von der Lichtquelle auf den zweiten und dritten Spiegel gelangt.

Vorteilhaft ist bei diesem Dreispiegelsystem, dass sich die Messstrecke zwischen Lichtquelle und Photoelement durch die Umlenkung des Lichtstrahls über die drei Spiegel zwangsläufig erhöht ohne räumliche Verlängerung.

Da die Messung der Lichtstärke nach dem Entfernungsgesetz aus der Messung der Beleuchtungsstärke abgeleitet wird, ist eine ausreichende photometrische Entfernung erforderlich.

Mit der AIMLIGHT^®-Messanlage (AIM D200) können Leuchten mit einer Lichtaustrittsfläche bis ca. 200 mm Durchmesser (bzw. Diagonale) gemessen werden. Die im Verhältnis zu dieser Leuchtflächengröße 23-mal längere Messstrecke gewährleistet, auch bei Strahlern mit starker Lichtbündelung (z. B. LEDs mit Linsen), deutlich außerhalb der optischen und photometrischen Grenzentfernung zu messen.

In der DIN EN 13032 Teil 4 wird für Prüfobjekte mit engeren Winkelverteilungen eine Messentfernung von mindestens dem 15-fachen der größten Ausdehnung D der leuchtenden Fläche gefordert.

Mit der AIMLIGHT^®-Drehspiegelanlage können auch Leuchten, die unbeleuchtete Bereiche zwischen den beleuchteten Bereichen aufweisen, normgerecht gemessen werden. Hier erhöht sich die einzuhaltende Prüfentfernung auf ≥ 15 x (D + S). Dabei ist S der größte Abstand zwischen zwei angrenzenden leuchtenden Flächen.

Da das Schwenksystem keiner Gewichtsbelastung durch die Lichtquelle ausgesetzt wird, erfolgt die kontinuierliche Drehung des austarierten Spiegelsystems um die horizontale Achse vollkommen ruck- und schwingungsfrei.

Die γ-Winkelpositionen werden dabei mit einem präzisen Absolut-Winkelsensor gemessen. Das garantiert eine exakte Zuordnung der Lichtstärken zu den Ausstrahlungswinkeln mit einer Abweichung von weniger als 0,1°.

Präzisions-Beleuchtungsstärkemessgerät der Genauigkeitsklasse L nach DIN 5032 Teil 7. Photometerkopf (Silizium-Photoelement) mit präziser V(λ)-Anpassung (spektraler Hellempfindlichkeitsgrad des menschlichen Auges).

Durchführung der Messung nach den gültigen Teilen der DIN EN 13032 (Europäische Norm zur Messung und Darstellung photometrischer Daten von Lampen und Leuchten).

Die richtungsabhängige Lichtstärke wird im C-Ebenensystem angegeben, deren gemeinsame Schnittgerade das Lot durch den Lichtschwerpunkt bildet. φ ist der Winkelabstand zwischen den C-Ebenen und γ der vom Lot ausgehende Austrahlwinkel.

Berechnung der Lichtstärke I aus der gemessenen Beleuchtungsstärke E auf einer um die Lichtquelle gedachten Kugeloberfläche mit dem Radius r (Messentfernung), in deren Zentrum sich die Lichtquelle befindet. Dies geschieht auf den Längenkreisbahnen (C-Ebenen) von γ = 0° bis 90° (bzw. 180°).

I = E * r²

Aus den einzelnen Messwerten wird der jeweilige Lichtstromanteil auf der zugeordneten Kugelfläche dA über den Raumwinkel dΩ = dA / r2 berechnet. Der Gesamtlichtstrom Φ ergibt sich aus der Summe aller Teillichtströme.

Die photometrische Messunsicherheit der Lichtstärkemessung aus dem quadratischen Abstandsgesetz ist bei größtmöglicher Lichtquelle ≤ 2,5 % und für die Lichtstrommessung durch Integration der Beleuchtungsstärke über die Kugelfläche ≤ 2 %.

Bei kleineren Lichtaustrittsflächen wird das photometrische Entfernungsgesetz besser als 1 % erfüllt, weil das Photoelement eine relativ große Empfängerfläche (60 mm Durchmesser) hat und die Empfindlichkeit über die gesamte Fläche konstant ist. Es wird nahezu nur parallel einfallendes Licht bewertet.

Ein hohes Maß an Reproduzierbarkeit. Abweichung bei aufeinanderfolgenden Messungen ca. ± 0,2 %, abhängig von der Lichtverteilung, Drehrichtung und von der Messdauer (Geschwindigkeit).

Bei der Messwerterfassung erfolgt eine automatische Bereichsumschaltung, womit die Genauigkeit erheblich gesteigert wird.

Vergleichsmessungen mit gutachtergenauen Messsystemen anderer Labore (u. a. DIAL) und interne Kalibrierungen und Messvergleiche garantieren die Korrektheit der Messergebnisse.

Messparameter:

• 24 C-Ebenen (∆ 15°), für unsymmetrische Lichtverteilungen mindestens 36 C-Ebenen (∆ 10°)
• 73 Lichtstärken (∆ γ = 1,25°) innerhalb einer C-Ebene von γ = 0° bis 90° ergeben bei 24 C-Ebenen 1752 Messpunkte und gewährleisten eine hohe Genauigkeit