LED照明户外测试场的设计与研究

2013-10-08张志坚黎山峰雷瑞庭李本亮魏亚东杨雷

中国科技信息 2013年18期

张志坚黎山峰雷瑞庭李本亮魏亚东杨雷

1.东莞理工学院电子工程学院，广东省东莞市，523808

2.广东省东莞市质量监督所，广东省东莞市，523000

目前，资源匮乏、能源紧张已经成为全球经济发展的瓶颈，创建节约型社会已成为人们的共识，但目前道路照明中仍大量使用的高压钠灯的综合效率并不高，只有70%左右，且显色指数偏低，夜间照明昏暗，不利于汽车驾驶人员和行人对目标和障碍物的分辨，对道路交通安全存在一定的影响。LED路灯以发光二极管作为光源,因其是一种固态冷光源,具有环保无污染、耗电少、光效高、寿命长等特点。据不完全统计，全球电力消耗中，照明就占到了18%。而这其中耗电量占的比重最大的则是道路照明。LED发光芯片作为第四代光源以其节能环保、高寿命、高光效等特点成为了接下传统HID光源的接力棒的最佳选择[1]，随着LED照明技术的日趋成熟，大功率LED光源功率已经达到90lm/W，城市路灯照明节能改造成为可能[2]。

在中国科技部“十城万盏”半导体照明示范城市和广东省5000亿元年产值的提出、绿色照明示范城市等一系列激励举措推动下，广东LED产业及应用规模均居全国第一。目前，全省已累计推广应用LED路灯超过80万盏，室内灯超过210 万盏，应用路段超过2万公里，总体节电率达55%[3]，全省各地市也都在紧锣密鼓地实施LED路灯的推广和应用[4,5]，各龙头企业也在此基于下获得了不菲的订单[6]，这种良性发展的模式已经使得我国的LED产业得到了迅猛的发展。

但近日，国家质检总局公布了近期17类产品质量国家监督抽查结果，其中的第11类道路与街路照明灯具产品，国家监督抽查结果令人担忧。本次抽查涉及11个省、直辖市72家企业生产的72种道路与街路照明灯具产品，其中LED道路与街路照明灯具产品厂家共44家，抽查合格的仅23家，占52.3%。抽查不合格的21家，占47.7%[7]。由此可见，为保障各项半导体照明工程的顺利实施，有必要由第三方机构对拟入选产品进行统一检测并出具检测报告,供用户选购时参考,以保证产品质量；另一方面在符合各项工程要求的LED灯完成工程安装后，需要进一步对示范灯具进行现场数据监测，并对测试数据进行收集和分析，确保政府部门对示范工程质量实时跟踪，对以后的半导体照明示范工程实施提供有效的参考依据。然而，目前国内还没有一家能够提供LED照明灯具的户外在线测试数据的综合测试场，大部分检测机构的检测能力都是针对LED产业某个分支产品，检测能力和资源较为分散。仅有湖北省光电测试技术服务中心已形成较为集中的光电产品检测能力，该测试技术服务中心是湖北省科技基础条件平台的重要组成部分，是省级光电测试技术服务公共平台。该平台在湖北省科技基础条件平台建设领导小组的直接领导下，依托武汉光电国家实验室于2007年1月16日正式挂牌对社会开放服务。该中心可以开展的测试包括：光电子材料与器件测试，光通信系统与网络测试，激光器与激光应用系统测试，半导体照明器件与系统测试，光显示光存储器件与系统测试，光电子产品环境与可靠性测试，分析测试。测试项目涵盖从材料到设备，从样品到产品，从器件到系统，共计达到100多项。但目前国内还没有一个可以对LED照明灯具进行户外在线综合测试的场地和平台。而整个华南地区目前也尚没有一家权威的LED产品质量监督检验机构，广东省内没有专门针对LED产品提供一站式、全面检测服务的机构，大部分检测机构的检测能力都是针对LED产业某个分支产品，检测能力和资源较为分散。广东质检系统内还没有设立LED产品质量检测机构。这种局面不利于LED产业的规模化发展和产业链的形成，也不利于广东省LED产业政策的具体落实。为解决该困境，在东莞市政府的鼎力支持下，以重大科技专项的形式，委托东莞市质量监督检测中心和东莞理工学院等6家单位承担了《半导体照明产品质量检测与评价体系研究建设项目》，其中东莞理工学院承担子课题《LED测试基地建设》的相关内容。

美国RPI照明研究中心早在2010年即公布了LED路灯实地测试结果[8]，实地研究不仅证实了LED路灯的能源效率，而且参与调查的志愿者对LED路灯光源的评判结果是等于或优于高强度放电（HID）路灯。但国内的实地测试结果却令人担忧，通过对测试结果进行分析，发现LED路灯检测方法和标准存在诸多弊端，如果检测环节不合理，将极大地牵绊LED照明产业的发展[9]。清华大学深圳研究生院半导体照明实验室副主任钱可元指出，发展到现在，LED路灯的检测结果始终不理想。在分析光效、光衰、配光、色温等技术问题时，检测方法中存在的漏洞也逐渐暴露出来，例如2009年对深圳LED路灯进行检测的时间跨度为113天，由春天开始，夏天结束。被测的LED路灯在道路上实际运行1,200个小时。测试结果显示户外测试的平均光衰为14.1%，室内的则为5.3%。“如果LED路灯产品的密封性做得很好的话，室内和室外的光衰应该是差不多的，除非是产品坏了。唯一不同的是室内恒温，室外温度在变化。”钱可元指出了测试中的这个关键点。由此可见如果检测的手段不科学，LED照明这个朝阳产业将可能受到极大的牵绊。因此，建立能够模拟LED户外照明产品的实际应用场景，对LED照明产品进行户外的在线测试，逐渐摸索出最佳的测试测量手段就显得尤为重要。

在广东省和东莞市政府及质量监督部门的支持下设计和建设的LED户外测试场即是在此背景下应运而生的。LED户外测试场主要包括LED路灯照度检测，LED路灯寿命与电学参数检测和LED景观灯检测三大部分组成，其中LED路灯照度检测与道路照明直接相关，所涉及的问题也最多。因为目前暂无LED路灯的专门检测标准，参考传统道路照明照度检测的要求设计道路及灯杆的各种情形来对LED路灯的照度进行检测和研究显得尤为重要。例如，如图1道路剖面图所示的一个应用场景。

该应用场景中，道路总宽34m，由快行车道、慢行车道和绿化带组成，道路分布双向4车道，5条绿化隔离带及两侧人行慢行道。如果道路采用LED路灯，路灯设置采用在中央隔离带双向单侧布灯，路灯间隔约28m，光源距地面约9m的话，道路的照度情况如何，可以采用中心法布点测点照度，测试点位如图2所示。

图2 中心法测试点位图

以上仅列举了某一种具体的测试场景，而在实际的道路照明照度测试中，根据不同的道路情况[10]，如车道的宽度、车道的多少、布灯方式和距离的区别、测试方法的不同等等，将都需要测试场能够进行相应的调整。因此，在东莞市质量监督检测中心的LED户外测试场的设计和建设过程中将各种可能的因素均考虑在内，建设了如图3所示总长度160m，总宽度35m的户外测试场，并在测试场内设计和制造了12根可移动、可升降的路灯灯杆，以满足各种不同的测试需求。

图3 LED户外测试场实景图

在该LED路灯户外测试场中主要是要对照度进行测试，而根据测试标准，无论是中心布点法还是四角布点法，都需要在测试场地上排布若干个照度计进行测试，为了方便对整个场地进行自动化测试，在该测试场地上我们用一台可以在监控室控制的全自动小车拖动支架上的一排照度计的方法来对户外测试场的照度进行全自动化的测量和记录，全自动测试小车的结构示意图如图4所示。

图4 路灯全自动测试小车的结构示意图

LED照明户外测试的另外两部分主要要求对户外照明设备的光通维持率和电流、电压、电功率等基本参数进行在线测试，我们设计了可以采用无线传输测试数据的测试设备来对这些参数进行自动测试和记录。

通过以上LED路灯照度检测，LED路灯寿命与电学参数检测和LED景观灯检测这三大平台设计和建设，广东省东莞市质量监督检测中心已基本完成国家半导体光源产品质量监督检测中心的相关检测平台的建设，并希望该测试基地能够为广东省，甚至全国的LED照明产业的发展提供可靠的检测数据，帮助相关企业尽快完善其产品，并逐步建立健全LED照明产品的地方和国家标准。

[1]王鹏. LED路灯的使用现状分析.节能技术，2012.1,76～78