Test del goniofotometro è il metodo più diffuso per ottenere una caratterizzazione fotometrica tridimensionale completa di apparecchi di illuminazione e sorgenti luminose. A differenza delle misurazioni semplificate che riportano solo il flusso luminoso totale o l'illuminamento medio, questo metodo ha il vantaggio di misurare la distribuzione della luce nello spazio a tutti gli angoli rilevanti. Nel caso di un moderno sistema di illuminazione con ottiche complesse, fasci asimmetrici e distribuzioni dipendenti dall'applicazione, per progettare, convalidare tale simulazione e persino soddisfare le normative, è necessario misurare l'intensità luminosa in tre dimensioni. I dati ottenuti rappresentano solo la valutazione per stabilire se i dati risultanti riflettono effettivamente le prestazioni reali o semplicemente un artefatto di laboratorio attraverso procedure di test appropriate.

Configurazione del sistema goniofotometro e selezione della geometria

Un goniofotometro definisce l'intensità luminosa ruotando l'apparecchio di illuminazione o il rilevatore lungo assi angolari specificati, ma a una distanza specificata tra l'apparecchio di illuminazione e il ricevitore. La geometria adottata definisce la capacità del sistema di raggiungere la distribuzione spaziale. I sistemi di tipo C vengono utilizzati più frequentemente per l'illuminazione generale, poiché ruotano l'apparecchio di illuminazione attorno a due assi ortogonali e il rilevatore è mantenuto fisso. Questa configurazione facilita la creazione di condizioni di campo lontano ed è facile da interpretare per la maggior parte degli apparecchi di illuminazione per interni, esterni e stradali.
L'allineamento meccanico del sistema deve essere eseguito prima di testarlo. Il centro fotometrico dell'apparecchio di illuminazione deve coincidere con il centro di rotazione del goniofotometro. Un disallineamento causa errori angolari che alterano la distribuzione dell'intensità, in particolare nelle ottiche a fascio piccolo. I dispositivi di montaggio devono essere resistenti e riproducibili per garantire che i risultati tra i campioni non varino in caso di riposizionamento. I sistemi professionali forniti dal fornitore spesso dispongono di accessori di montaggio personalizzabili e supporti per l'allineamento per ridurre al minimo l'incertezza di configurazione.

Preparazione dell'apparecchio di illuminazione e requisiti di stabilizzazione

Per ottenere un'accurata caratterizzazione fotometrica 3D, è necessario che l'apparecchio di illuminazione funzioni in condizioni elettriche e termiche costanti. Le sorgenti luminose (LED) e le sorgenti a scarica mostrano variazioni di potenza durante il riscaldamento, pertanto l'esperimento prevede un periodo di stabilizzazione fino al raggiungimento dello stato stazionario della luce. Questo periodo è soggetto alla progettazione dei driver di massa termica e del dissipatore di calore, ma non a ipotesi.
È necessario un monitoraggio costante dei parametri elettrici di ingresso. Tensione, corrente, potenza e frequenza devono essere in condizioni ottimali e non devono superare la tolleranza durante la prova. Qualsiasi variazione ha un impatto diretto sull'intensità luminosa e può potenzialmente indurre effetti angolari nel caso in cui l'uscita cambi durante la scansione. Apparecchi di illuminazione ad alta potenza. Sensori termici in determinati punti di temperatura dell'involucro possono essere utilizzati per verificarne la stabilità prima e durante la misurazione.
Le condizioni del laboratorio fotometrico comprendono anche le condizioni ambientali. I rivelatori sono influenzati dalle differenze di temperatura nel flusso d'aria e dalle riflessioni. I test devono essere condotti in condizioni di oscurità controllata, dove la temperatura ambiente è costante e il movimento dell'aria è minimo, per evitare l'effetto di raffreddamento che potrebbe modificare la quantità di luce prodotta durante una scansione prolungata.

Strategia di scansione angolare e acquisizione dati

La procedura di scansione angolare è la componente centrale del test goniofotometrico. Il sistema dovrebbe coprire gli angoli verticali e orizzontali e una griglia specifica verrebbe utilizzata per ottenere la copertura tridimensionale richiesta. La risoluzione angolare dovrebbe essere sufficientemente elevata da risolvere i gradienti di intensità netti che si formano su un riflettore o una lente ottica secondaria.
Anche la velocità di scansione influisce sulla qualità dei dati. Una rotazione molto rapida può causare un ritardo del rivelatore durante la rotazione o vibrazioni meccaniche, mentre scansioni molto lente allungano eccessivamente i tempi di test e possono anche causare deriva termica. I processi ottimizzati raggiungono un equilibrio tra velocità e stabilità delle risoluzioni. I sistemi di scansione moderni dispongono di pattern di scansione programmabili che concentrano una maggiore risoluzione nelle aree di rapida variazione di intensità, a scapito di passaggi più grossolani in altre aree, in modo da ridurre il tempo totale.
Il rivelatore deve essere distanziato a sufficienza da soddisfare una condizione di campo lontano. Ciò renderà anche la distribuzione angolare indipendente dalla distanza. La distanza necessaria varierà a seconda della massima dimensione luminosa della sorgente e del design ottico. Garantire la conformità al campo lontano è una procedura essenziale, poiché le misurazioni a breve distanza di questa curvatura di campo annullano qualsiasi correlazione con i normali file fotometrici.

Considerazioni spettrali ed effetti dipendenti dal colore

Sebbene la maggior parte dei goniofotometri registri l'intensità luminosa, è comune combinare spettroradiometri per registrare dati spettrali a angoli specifici. Questo è diventato ancora più essenziale per gli apparecchi di illuminazione a LED, dove la variazione di colore del fascio può potenzialmente influenzare il comfort visivo e la praticità d'uso. Nelle configurazioni multi-chip o a fascio stretto, la variazione di colore dell'angolo del fascio non può essere evidente nella misurazione del flusso totale, ma è evidente nelle caratterizzazioni 3D.
I dati spettrali possono essere utilizzati per ottenere parametri colorimetrici, tra cui coordinate di cromaticità della temperatura di colore correlate e misure di resa cromatica dell'aspetto dell'immagine in funzione dell'angolo. Queste informazioni, se utilizzate insieme alla misura dell'intensità luminosa, forniscono una descrizione più dettagliata del comportamento degli apparecchi di illuminazione, soprattutto nell'illuminazione architettonica e stradale, dove la luce fuori asse costituisce una parte considerevole della qualità percepita.

Generazione e convalida dei file di elaborazione dati

I dati goniofotometrici non elaborati devono essere convertiti nei formati standardizzati da utilizzare nella pratica. I valori di sensibilità del rilevatore e i valori di posizione angolare vengono quindi corretti e combinati in un file fotometrico come IES ed EULUMDAT. I progettisti illuminotecnici utilizzano questi file per simulare l'effetto di illuminamento, luminanza e abbagliamento nelle installazioni reali.
La validazione è una procedura necessaria. I test incrociati delle misure di flusso con sfera di integrazione servono a verificare il risultato dell'utilizzo della distribuzione di intensità misurata, ovvero che la somma totale del flusso luminoso sia costante. Le principali differenze che evidenziano errori sono dovute a problemi di regolazione durante la configurazione o a problemi con i rivelatori. La ripetibilità può anche essere determinata ripetendo alcune delle sezioni angolari selezionate o effettuando scansioni bidirezionali.
I risultati finali dovrebbero essere supportati da un'analisi dell'incertezza. La calibrazione del rivelatore, la risoluzione angolare, la ripetibilità dell'allineamento e la stabilità elettrica sono alcuni dei fattori che contribuiscono a tale analisi. La registrazione dell'incertezza consente al fruitore dei dati di esprimere un giudizio sulla loro attendibilità e consente inoltre di presentare report di conformità.

Figura: Test del goniofotometro

Interpretazione della segnalazione e rilevanza dell'applicazione

L'ultima fase del test goniofotometrico è l'interpretazione. I dati fotometrici 3D descrivono il comportamento di cutoff delle forme del fascio e la posizione delle intensità di picco, che hanno un impatto diretto sulle prestazioni dell'applicazione. Nell'illuminazione stradale, identifica l'uniformità e l'abbagliamento. Nel caso dell'illuminazione interna, influenza i criteri di interdistanza e il comfort visivo. Nell'ottica specializzata, dimostra che l'intento progettuale è stato raggiunto.
È necessario fornire un rapporto conciso delle condizioni di prova, inclusi i dati relativi al montaggio, agli orientamenti, al tempo di stabilizzazione dell'ingresso elettrico e alle condizioni ambientali. I diagrammi polari e le mappe di calore dell'intensità vengono utilizzati per trasmettere graficamente informazioni tridimensionali complesse ai non esperti. La presenza di dati grezzi insieme ai file elaborati è un modo per garantire la tracciabilità e rende possibile la rianalisi di questi dati in futuro, in caso di modifiche degli standard.

Conclusione

La caratterizzazione fotometrica degli oggetti tridimensionali richiede un insieme di test del goniofotometro e non apparecchiature. I dati delle misurazioni dell'intensità luminosa richiedono elevata accuratezza, la stabilizzazione termica ed elettrica della scansione e una rigorosa convalida per generare dati accurati sull'intensità luminosa. Utilizzando queste procedure su sistemi e accessori ben sviluppati come quelli offerti da LISUN I laboratori sono in grado di fornire dati fotometrici che rappresentano una vera e propria convinzione del funzionamento nel mondo reale e che possono promuovere e infondere garanzia nella certificazione e nell'innovazione della progettazione dell'illuminazione.