مهارت های تطبیق نور خیابانی LED

در تلاش جهانی برای صرفه جویی در انرژی، کاهش انتشار گازهای گلخانه ای و توسعه پایدار شهری،چراغ های خیابانی LEDبه تدریج جایگزین لامپ های سدیم با فشار بالا شده اند و به هسته سیستم های روشنایی جاده ای شهری تبدیل شده اند.خفیف بودن خوب و حفاظت از محیط زیست، LEDs یک ارتقاء انقلابی بهروشنایی جادهبا این حال، نور منتشر شده توسط تراشه های LED به طور طبیعی با توزیع نابرابر و زاویه های پرتو بزرگ پراکنده می شود. بدون کنترل نوری موثر،سخت است که الزامات سختگیرانه نورپردازی جاده ای برای یکسانی نورپردازی برآورده شود.طراحی نوری ثانویه، به عنوان یک پیوند کلیدی در بهینه سازی عملکرد چراغ های خیابانی LEDتبدیل به تمرکز اصلی بهبود کیفیت روشنایی و تحقق اهداف صرفه جویی در انرژی شده است.

نوری ثانویه به فرآیند توزیع مجدد و کنترل نور تولید شده توسط LED ها از طریق اجزای نوری خارجی (مانند لنز، بازتاب دهنده و غیره) اشاره دارد.) بر مبنای نوری اولیه (طراحی انکپسولی برای به حداکثر رساندن استخراج نور از تراشه ها)هدف اصلی آن تمرکز نور بر روی ناحیه مورد نیاز روشنایی، کاهش پراکندگی نور نادرست، بهینه سازی منحنی های توزیع نور است.و در نهایت به تعادل بین کیفیت نوردهی بالا و مصرف انرژی پایین دست پیدا کنیداین مقاله مهارت های کلیدی تطبیق نور خیابانی LED را با پوشش انتخاب قطعات، طراحی طرح، سازگاری صحنه و حل مشکلات رایج، جزئیات خواهد داد.برای ارائه راهنمایی های عملی برای برنامه های مهندسی و بهینه سازی محصول.

قبل از انجام تطبیق نوری ثانویه، لازم است که الزامات اصلی نورپردازی جاده ای که مستقیماً جهت طراحی نوری را تعیین می کند، مشخص شود.شاخص های کلیدی که باید بر روی آنها تمرکز شود عبارتند از::

• نوردهی و یکسانی: با توجه به درجه جاده (راه اصلی، جاده ثانویه، جاده شاخه ای، پیاده رو) refer to international standards (CIE) and local specifications (such as CJJ 45-2015) to determine the required average illuminance and uniformity (usually the ratio of minimum illuminance to average illuminance U1 ≥ 0.4) به عنوان مثال، جاده های شهرداری نیاز به نوردهی متوسط بالاتر (20-30 lx) و یکسانی برای اطمینان از ایمنی رانندگی دارند، در حالی که پیاده روها می توانند به طور مناسب استاندارد (5-10 lx) را کاهش دهند.
• کنترل درخشش: درخشش چراغ های خیابانی به طور جدی بر راحتی دید رانندگان و پیاده ها تأثیر می گذارد و حتی خطرات احتمالی ایمنی را ایجاد می کند.لازم است کنترل شدت نور در جهت افقی و بالا از طریق نوری ثانویه، و انواع مناسب قطع (قطع کامل، نیمه قطع، بدون قطع) را با توجه به صحنه انتخاب کنید.
• بهره وری از نور: هدف اصلی نوری ثانویه کاهش ضایعات نور است. نور تولید شده توسط LED ها باید تا حد ممکن بر روی سطح جاده متمرکز شود.از پخش شدن به آسمان یا مناطق غیر مرتبط اطراف جلوگیری می کند، به منظور بهبود بهره وری از انرژی در حالی که تضمین اثر نور.
• سازگاری با محیط زیست: عواملی مانند عرض جاده، قطب لامپ ارتفاع، فاصله نصب، بازتاب سطح جاده و ساختمان های اطراف باید در نظر گرفته شود. به عنوان مثال،مسير هاي تنگ و قديمي شهر و راه هاي بزرگ شهري نياز به طرح هاي کاملا متفاوت توزيع نور دارند.

انتخاب اجزای نوری ثانویه (لنزها و بازتاب دهنده ها) به طور مستقیم بر اثر تطبیق تاثیر می گذارد. اجزای مختلف ویژگی های خاص و سناریوهای قابل استفاده خود را دارند.و لازم است که آن ها را بر اساس نیازهای واقعی انتخاب و ترکیب کنیم..

لنز ها رایج ترین اجزای نوری ثانویه در چراغ های خیابانی LED هستند که توزیع مجدد نور را از طریق کسر تحقق می بخشند.آنها را می توان به انواع زیر تقسیم کرد::

• لنز های بازتاب داخلی کامل (TIR): بر اساس اصل بازتاب داخلی کامل،هنگامی که نور از یک محیط از نظر نوری متراکم تر به یک محیط نوری نادرتر منتشر می شود و زاویه ورودی بزرگتر از زاویه بحرانی است، بازتاب داخلی کامل رخ می دهد که می تواند به طور موثر نور پراکنده LED را جمع آوری و هدایت کند. مزایای آن بهره وری استفاده از نور بالا (تا 90٪ یا بیشتر) است.توزیع یکنواخت نور و ساختار فشرده. مناسب برای متوسط وچراغ های خیابانی LED با قدرت بالا، و می تواند زاویه پرتو را در حدود ±30° تنظیم کند تا نیازهای توزیع نور اساسی را برآورده کند.
• لنزهای سطح شکل آزاد: این یک قطعه نوری با دقت بالا است که با توزیع رنگ مستطیل نامتقارن در محور X و Y طراحی شده است.می تواند توزیع نور سفارشی را مطابق با نیازهای جاده ای خاص درک کندبه عنوان مثال می تواند توزیع یکنواخت نور را در محور X ± 60 ° (پذیرفتن الزامات روشنایی جهت طول جاده) و ± 30 ° در محور Y تولید کند.برای شکل دادن توزیع نور "پناه خفاش" مناسب برای روشنایی جادهمزایای آن سفارشی سازی قوی، سازگاری کامل با پهنای مختلف جاده و اشکال، و تاثیر خوب کنترل درخشش است.این اولین انتخاب برای چراغ های خیابانی LED پیشرفته و بخش های ویژه جاده (مانند رامپ ها و تقاطعات) است.. The design of free-form surface lenses usually adopts methods such as differential equation method and multi-parameter optimization to match the light distribution of the light source with the target lighting surface.
• لنز های آرایه: متشکل از چندین لنز کوچک، مناسب برای چراغ های خیابانی LED با طرح آرایه چند تراشه است. هر لنز کوچک به یک تراشه LED مربوط می شود،که می تواند کنترل نور مستقل هر تراشه را درک کند، و سپس برای تشکیل توزیع نور کلی مورد نیاز ادغام می شود. مزایای آن تنظیم انعطاف پذیر توزیع نور و یکسانی خوب است،که می تواند از مشکل توزیع نابرابر نور ناشی از ترتیب چند تراشه جلوگیری کنداین برای چراغ های خیابانی LED با قدرت بزرگ که از 1W تا چند وات از تراشه های LED در اتصال سری موازی آرایه تشکیل شده اند مناسب است.

در هنگام انتخاب لنز ها، علاوه بر زاویه پرتو و نوع توزیع نور، باید به مواد نیز توجه شود.PC (پولی کربنات) و PMMA (پلیمتیل متاکریلات) رایج ترین مواد استفاده شده هستندPC دارای مقاومت ضربه خوب و مقاومت در برابر دمای بالا است که برای محیط های خشن در فضای باز مناسب است. PMMA دارای انتقال نور بالاتر (> 92٪) اما مقاومت ضعیف در برابر ضربه است.مناسب برای محیط های نصب نسبتا پایدار.

بازتاب دهنده ها توزیع مجدد نور را از طریق بازتاب تحقق می بخشند که اغلب در ترکیب با لنز ها برای جبران نقص های توزیع نور یک لنز استفاده می شود.,آنها را می توان به بازتاب دهنده های پارابولیک، بازتاب دهنده های بیضوی و بازتاب دهنده های نامنظم تقسیم کرد:

• بازتاب دهنده های پارابولیک: می توانند نور پراکنده دی ای دی را به نور موازی تبدیل کنند، که ظرفیت تابش طولانی را دارد.مناسب برای بخش های جاده ای است که نیاز به نورپردازی طولانی مدت دارند (مانند جاده های شهرداری و بزرگراه ها)، اما یکنواخت توزیع نور نسبتا ضعیف است، بنابراین معمولاً در ترکیب با لنزها برای تعادل فاصله تابش و یکنواخت استفاده می شود.
• بازتاب دهنده های نامنظم: بر اساس منحنی توزیع نور مورد نیاز طراحی شده اند.آنها می توانند توزیع نامتقارن نور را تحقق بخشند و برای بخش های جاده ای با نیازهای خاص نورپردازی (مانند پیاده روهای مجاور جاده ها و تقاطع جاده ها) مناسب هستند.آنها می توانند به طور موثر نور پراکنده شده به طرف را جمع آوری کنند و آن را به منطقه هدف هدایت کنند و بهره وری از نور را بهبود بخشند.

کلید انتخاب بازتاب دهنده ها بهره وری بازتاب است. توصیه می شود مواد با بازتاب پذیری بالا را انتخاب کنید (مانند آلیاژ آلومینیوم با درمان آنودیزه،بازتاب تا 85٪ یا بیشتر) برای کاهش از دست دادن نوردر عین حال، باید توجه به صاف بودن سطح پرداخت شود تا از توزیع نابرابر نور ناشی از سطوح خشن جلوگیری شود.

هسته ی تطبیق نوری ثانویه این است که یک طرح علمی توزیع نور را بر اساس سناریوی جاده ای شکل دهد.کلید این است که نوع توزیع نور (TYPE1/TYPE2/TYPE3) و نوع قطع را با هم تطبیق دهید.، و ترکیب لنز و بازتاب دهنده به طور معقول برای دستیابی به بهترین اثر روشنایی.

طبقه بندی بین المللی توزیع نور TYPE1/TYPE2/TYPE3 پایه اصلی برای تطبیق است که با نسبت "عرض تابش به ارتفاع قطب لامپ" تعیین می شود:

• جاده های باریک (پیاده روها، خیابان های قدیمی شهری): توزیع نور TYPE1 را انتخاب کنید که با نوع قطع کامل مطابقت داشته باشد. توزیع نور TYPE1 تقارن دارد.با عرض تشعشع تقریبا برابر با ارتفاع قطب لامپ (eبه عنوان مثال، یک لامپ 10 متری در ارتفاع 10 متری در عرض 10 متری شعله ور می شود) و نور مستقیماً در زیر آن متمرکز می شود، بدون اینکه به هر دو طرف گسترش یابد.تطبیق با لنزهای کامل برش یا بازتاب دهنده می تواند به شدت کنترل نور در 65 ° به سمت پایین، جلوگیری از درخشش و آلودگی نور برای ساکنان نزدیک، که مطابق با نیازهای نورپردازی جاده های باریک و مناطق مسکونی است.
• جاده های با عرض متوسط (راه های غیر اتومبیل، جاده های اصلی جامعه): توزیع نور TYPE2 را انتخاب کنید که با نوع نیمه قطع مطابقت دارد. توزیع نور TYPE2 دارای محدوده تابش کمی گسترده تر است.پوشش 1.5-2 برابر ارتفاع قطب لامپ (به عنوان مثال، یک لامپ 10 متری با عرض 15-20 متر شعله می زند) ، با نور کمی به یک طرف تغییر یافته، تعادل یکنواخت و منطقه پوشش.نوع نیمه قطع اجازه می دهد مقدار کمی از نور افقیبا شدت نور در جهت 90° ≤50cd/1000lm و جهت 80° ≤100cd/1000lm،که برای روشنایی روزانه جاده های متوسط مناسب است و می تواند از تأثیر باقی ساکنان اطراف جلوگیری کند در حالی که اثر روشنایی را تضمین می کند.
• جاده های گسترده (راه های شریان شهری، پارکینگ): توزیع نور TYPE3 را انتخاب کنید که با نوع نیمه قطع مطابقت دارد. توزیع نور TYPE3 دارای گسترده ترین محدوده تابش است که حدود 2،5 درجه است.75 برابر ارتفاع قطب لامپ (eبه عنوان مثال، یک لامپ 10 متری با عرض 27.5 متری، با ظرفیت پوشش افقی قوی، مناسب برای روشنایی مستمر در مسافت های طولانی است.تطبیق با لنزهای سطح شکل آزاد و بازتاب دهنده های پارابولیک می تواند تشعشع دور دراز و توزیع یکنواخت نور را تحقق بخشد، نیازهای نورپردازی ترافیک خودرو را برآورده می کند و در عین حال از طریق طراحی نیمه قطع، درخشش را کنترل می کند.

منحنی توزیع نور چراغ های خیابانی LED به طور مستقیم اثر روشنایی را تعیین می کند. مناسب ترین منحنی توزیع نور برای روشنایی جاده منحنی "پایه خفاش" است.که دارای شدت نور بالا در وسط و شدت نور پایین در لبه ها است، اجتناب از روشنایی بیش از حد در مرکز و مناطق تاریک در لبه ها، و به طور موثر بهبود یکسانی نوردهی سطح جاده.نکات زیر را باید توجه کرد::

• برای جاده هایی که نیاز به روشنایی یکنواخت دارند (مانند جاده های شهری)انتخاب لنز یا بازتاب دهنده هایی که می توانند توزیع نور "پایه خفاش" را تولید کنند تا اطمینان حاصل شود که تفاوت روشنایی بین مرکز و لبه جاده در محدوده معقول است;
• برای بخش های ویژه جاده (مانند تقاطعات جاده و رامپ ها) ، طراحی توزیع نور نامتقارن را برای تمرکز نور بر روی منطقه کلیدی (مانند مرکز تقاطع) و جلوگیری از ضایعات نور اتخاذ کنید.;
• استفاده از نرم افزار شبیه سازی نوری حرفه ای (مانند DIALux، ASAP) برای شبیه سازی اثر توزیع نور از قبل،تنظیم پارامترهای لنزها و بازتاب دهنده ها بر اساس نتایج شبیه سازی، و اطمینان حاصل شود که منحنی توزیع نور با الزامات طراحی مطابقت دارد.

تطبیق نوری ثانویه باید با ویژگی های منابع نور LED (زاویه نور، جریان نور، دمای رنگ و غیره) به طور نزدیک ترکیب شود.) برای جلوگیری از عدم تطابق بین منبع نور و اجزای نوری، که منجر به کاهش بهره وری از نور و اثر ضعیف نور می شود:

• برای لامپ های LED با زاویه نور بزرگ (120°-140°) ، لنزهای TIR یا لنزهای سطح شکل آزاد باید انتخاب شوند تا نور پراکنده را جمع آوری کنند و بهره وری استفاده از نور را بهبود بخشند.برای لامپ های LED با زاویه نور کوچک، رفلکتورها می توانند برای گسترش محدوده تابش استفاده شوند؛
• دمای رنگ چراغ های خیابانی LED معمولا 3000K-5000K است. برای مناطق مسکونی و پیاده روها، نور سفید گرم (3000K-4000K) برای کاهش درخشش و بهبود راحتی دید توصیه می شود.برای جاده های بزرگ شهری و بزرگراه های سریعنور سفید خنثی (4000K-5000K) برای بهبود تشخیص علائم جاده ای و موانع توصیه می شود.
• برای چراغ های خیابانی LED چند تراشه، لنزهای آرایه باید برای تحقق کنترل نور مستقل از هر تراشه انتخاب شوند، از توزیع نابرابر نور ناشی از تداخل متقابل بین تراشه ها جلوگیری کنند.و اطمینان از یکسانی نوردهی کلی.

در فرآیند تطبیق اپتیک های ثانویه واقعی، بسیاری از مهندسان و طراحان برخی از اشتباهات را دارند که بر اثر روشنایی و عمر چراغ های خیابان LED تأثیر می گذارد.اشتباهات متداول و روش های اجتناب از آن عبارتند از::

• دنبال کردن کورکورانه زاویه پرتو کوچک: بعضی ها فکر می کنند که زاویه پرتو کوچکتر می تواند فاصله تابش را بهبود بخشد، اما تعادل را نادیده می گیرد.یک زاویه پرتو بسیار کوچک منجر به محدوده تابش باریک و مناطق تاریک بین چراغ های خیابانی مجاور خواهد شدبرای جاده های باریک، زاویه پرتو بیش از حد بزرگ باعث ضایعات نور و درخشش می شود. زاویه پرتو باید با توجه به عرض جاده و ارتفاع ستونی چراغ انتخاب شود، معمولا 60°-120°.
• نادیده گرفتن ترکیب لنز ها و بازتاب دهنده ها: استفاده نابینا از یک لنز یا بازتاب دهنده محدود خواهد بود. به عنوان مثال یک لنز تنها دارای ظرفیت تشعشع کم در مسافت های طولانی است.و یک بازتاب دهنده ی واحد یکنواختی ضعیف دارد.ترکیب این دو می تواند یکدیگر را تکمیل کند و تعادل بین فاصله تابش و یکسانی را به دست آورد.
• نادیده گرفتن کنترل درخشش: تنها تمرکز بر نوردهی و نادیده گرفتن کنترل درخشش بر راحتی دید رانندگان و پیاده ها تأثیر می گذارد.باید نوع مناسب مرز را انتخاب کرد.، و سطح اجزای نوری باید برای کاهش درخشش درمان شود (مانند درمان یخ)
• نادیده گرفتن تاثیر عوامل محیطی: عدم در نظر گرفتن بازتاب سطح جاده،ساختمان های اطراف و عوامل دیگر منجر به عدم مطابقت اثر نور واقعی با طراحی می شودبه عنوان مثال اثر بازتاب نور سطوح روشن جاده (بازتاب 0.3-0.4) بهتر از سطوح تاریک جاده است.و پارامترهای توزیع نور را می توان مطابق با رنگ سطح جاده تنظیم کرد.

تطابق اپتیک ثانویه چراغ های خیابانی LED یک کار یکبار نیست.پس از نصب عیب یابی و نگهداری منظم برای اطمینان از پایدار ماندن اثر تطبیق برای مدت طولانی ضروری است:

• عیب یابی در محل: پس از نصب چراغ های خیابانی، از نور سنجهای حرفه ای برای تشخیص نوردهی سطح جاده و یکنواخت استفاده کنید.تنظیم زاویه نصب چراغ های خیابانی و پارامترهای اجزای نوری با توجه به نتایج تشخیص، و اطمینان حاصل کنید که اثر روشنایی با الزامات طراحی مطابقت دارد. به عنوان مثال، تنظیم طول کانتیلیور (0.5-1.5 متر) برای بهبود یکسانی نورپردازی پیاده روها،و فاصله قطب لامپ را تنظیم کنید (معمولا 3-4 برابر ارتفاع نصب) تا از مناطق تاریک جلوگیری شود.
• تمیز کردن منظم: سطح لنزها و بازتاب دهنده ها با گذشت زمان گرد و غبار، کثافت و سایر ناخالصی ها را جمع آوری می کنند که باعث کاهش انتقال نور و بهره وری بازتاب می شود.و بر اثر تطبیق تاثیر می گذاردتوصیه می شود که قطعات نوری به طور منظم (یک بار در هر 3-6 ماه) تمیز شوند تا تمیز بودن سطح آنها تضمین شود.
• بازرسی منظم: به طور منظم اجزای نوری را برای آسیب، تغییر شکل، پیری و سایر پدیده ها بررسی کنید.آنها را به موقع جایگزین کنید تا از تأثیر کلی بر اثر روشنایی جلوگیری شود.در عین حال، چک کردن چراغ LEDمنبع برای انحطاط نور (وقتی انحطاط نور بیش از ۳۰٪ باشد، آن را جایگزین کنید) تا اطمینان حاصل شود که ثبات بین منبع نور و اجزای نوری مطابقت دارد.

تطبیق اپتیک ثانویه چراغ های خیابانی LED یک پروژه سیستماتیک است که طراحی نوری، انتخاب قطعات، سازگاری صحنه و نگهداری پس از آن را ادغام می کند.هسته آن این است که الزامات نورپردازی جاده را به عنوان راهنمای، اجزای نوری مناسب را انتخاب کنید، طرح های توزیع نور علمی را شکل دهید و تعادل بین کیفیت نور بالا، بهره وری بالا از انرژی و درخشش کم را تحقق بخشید.با توسعه مداوم تکنولوژی LED و تکنولوژی طراحی نوری، تکنولوژی مطابقت اپتیک ثانویه چراغ های خیابانی LED بالغ و هوشمندتر خواهد بود،مانند سیستم های نوری سازگار که می توانند به طور خودکار توزیع نور را با توجه به شرایط ترافیک در زمان واقعی تنظیم کنند.

برای ویرایشگران وب سایت گوگل، مهندسان و متخصصین مرتبط، تسلط بر مهارت های مشابه سازی نوری ثانویه فوق نه تنها می تواند کیفیت نورپردازی چراغ های خیابان LED را بهبود بخشد،کاهش مصرف انرژی و هزینه های نگهداری، اما همچنین توسعه سالمنورپردازی LEDصنعت و کمک به ساخت شهرهای صرفه جویی در انرژی و سازگار با محیط زیست.ما باید به نوآوری قطعات نوری و روش های طراحی ادامه دهیم، و به طور مداوم بهینه سازی طرح مطابقت نوری ثانویه برای پاسخگویی به نیازهای گوناگون نورپردازی جاده ای.