一种PWM驱动技术下LED瞬时光通量的测试方法及装置

1.一种PWM驱动技术下LED瞬时光通量的测试方法，包括采用积分球法对待测LED的光通量进行测量，其特征是：
在常规光谱分析系统装置的基础上，再设置一套由信号采集部分、信号转换部分和数据处理部分组成的采集系统，然后按照下述步骤对待测LED的光通量进行测量：
(A)测量准备阶段：
(a1)采用常规方法对积分球光通量进行定标；
(a2)在待测LED的线性工作范围内，选取至少5个驱动电流点，采用恒流源方式驱动待测LED发光，采集到一组对应的光通量数值[Φ0]；
(a3)将采集系统信号采集部分的探头及附件放入积分球；
(a4)采用与步骤(a2)相同的驱动电流点，采用恒流源方式驱动待测LED发光，通过采集系统得到一组对应的光电流值[I]；
(a5)以光电流值[I]为横坐标，与其相对应的光通量数值[Φ0]为纵坐标，在直角坐标系中画出光通量与光电流的变化关系曲线；
(a6)采用最小二乘法拟合得到上述变化关系曲线的斜率k；
(B)实际测量阶段：
(b1)确定PWM脉冲驱动源脉冲的占空比Q；
(b2)在该占空比运行参数下，采用PWM脉冲驱动待测LED，通过采集系统对PWM脉冲峰值电流时对应的峰值光电流值ILp进行测量；
(b3)按照下列公式，确定PWM脉冲驱动下待测LED的瞬时光通量Φp：
φp＝k×ILp
其中，Φp为PWM脉冲驱动下待测LED的瞬时光通量，k为光通量与光电流变化关系曲线的斜率，ILp为PWM脉冲驱动下待测LED的峰值光电流；
(b4)按照下列公式进行计算，即可得到待测LED的平均光通量：
φavg＝φp×Q＝k×ILp×Q
其中，Φavg为PWM脉冲驱动下待测LED的平均光通量，Φp为PWM脉冲驱动下待测LED的瞬时光通量，Q为PWM脉冲信号的占空比，ILp为PWM脉冲驱动下待测LED的峰值光电流，k为光通量与光电流变化关系曲线的斜率。
2.按照权利要求1所述的PWM驱动技术下LED瞬时光通量的测试方法，其特征是所述的待测LED设置于积分球的球心位置；所述采集系统信号采集部分的光/电传感器正对待测LED设置，用于接收待测LED所发出的直射光。
3.按照权利要求2所述的PWM驱动技术下LED瞬时光通量的测试方法，其特征是所述的待测LED斜向设置于积分球的球心位置。
4.按照权利要求3所述的PWM驱动技术下LED瞬时光通量的测试方法，其特征是所述的待测LED斜向向上或向下设置于积分球的球心位置。
5.按照权利要求1所述的PWM驱动技术下LED瞬时光通量的测试方法，其特征是所述PWM脉冲驱动下待测LED的瞬时光通量Φp，为PWM脉冲驱动下待测LED在最大脉冲峰值电流时输出的光通量，其等于光通量与光电流变化关系曲线的斜率k与PWM脉冲驱动下待测LED的峰值光电流ILp的乘积。
6.按照权利要求1所述的PWM驱动技术下LED瞬时光通量的测试方法，其特征是所述PWM脉冲驱动下待测LED的平均光通量Φavg，等于PWM脉冲驱动下待测LED的瞬时光通量Φp与PWM脉冲信号的占空比Q的乘积；或者，等于光通量与光电流变化关系曲线的斜率k、PWM脉冲峰值电流时采集系统光电探测器与之对应的峰值光电流ILp以及PWM脉冲信号的占空比Q的乘积。
7.按照权利要求1所述的PWM驱动技术下LED瞬时光通量的测试方法，其特征是在所述的采集系统中，其信号采集部分完成光信号向电信号的转换；其信号转换部分将模拟信号经A/D采样变换后变成可供计算机处理的数字信号并完成数据发送任务；其数据处理部分实现相应的运算及显示功能，并提供一个人机交互的友好操作界面。
8.按照权利要求1所述的PWM驱动技术下LED瞬时光通量的测试方法，其特征是所述采集系统的PWM脉冲驱动信号响应频率范围为50Hz～200Hz；所述采集系统信号采集部分的光/电传感器的响应速度为ns级。
9.按照权利要求1所述的PWM驱动技术下LED瞬时光通量的测试方法，其特征是所述的驱动电流点等间隔或不等间隔地分布在待测LED的线性工作范围内。
10.按照权利要求9所述的PWM驱动技术下LED瞬时光通量的测试方法，其特征是所述的驱动电流点为7～11个，所述的各驱动电流点等间隔地分布在待测LED的线性工作范围内。
11.一种PWM驱动技术下LED瞬时光通量的测试装置，包括由积分球、光谱分析系统控制器及PC机构成的常规光谱分析装置、待测LED和其驱动电源，其特征是：
在积分球的球心位置设置待测LED；
待测LED的两端与PWM驱动电源的输出端连接；
在常规光谱分析装置的基础上，再设置一套至少由一个信号采集单元、一个信号转换单元和一个数据处理单元依次连接而构成的采集系统；
所述的信号采集单元完成光信号向电信号的转换；
所述的信号转换单元将模拟信号经A/D采样变换后变成可供计算机处理的数字信号并完成数据发送任务；
所述的数据处理单元实现相应的运算及显示功能，并提供一个人/机交互的友好操作界面。
12.按照权利要求11所述的PWM驱动技术下LED瞬时光通量的测试装置，其特征是所述的待测LED斜向向上或向下放置于积分球的球心位置。
13.按照权利要求11所述的PWM驱动技术下LED瞬时光通量的测试装置，其特征是所述采集系统信号采集单元的光/电传感器正对待测LED设置。
14.按照权利要求11所述的PWM驱动技术下LED瞬时光通量的测试装置，其特征是所述的信号采集单元为光/电信号转换电路。
15.按照权利要求14所述的PWM驱动技术下LED瞬时光通量的测试装置，其特征是所述的信号采集单元至少包括光/电传感器、第一电阻、第二电阻、第一电容和第二电容，其中，
光/电传感器的正极分别与第一电阻、第一电容、第二电容的一端以及接地端连接；
光/电传感器的负极与第一电阻、第一电容的另一端以及电源端连接，同时经过第二电阻与第二电容的另一端连接；
第二电容的两端，构成信号采集单元的信号输出端。
16.按照权利要求11所述的PWM驱动技术下LED瞬时光通量的测试装置，其特征是所述的信号转换单元至少包括依次连接的信号放大电路、A/D转换电路和RS232电平转换接口电路。
17.按照权利要求16所述的PWM驱动技术下LED瞬时光通量的测试装置，其特征是所述的信号放大电路至少包括第三至第八电阻、第三至第五电容和第一、第二运放电路，其中，
第三、第四电阻分别串接在信号放大电路的信号输入端和第一运放电路的正、负输入端之间；
第五电阻和第三电容并联在第一运放电路的负输入端和输出端之间；
第六电阻串接在第一运放电路的输出端和第二运放电路的负输入端之间；
第七电阻和第四电容并联在第二运放电路的负输入端和输出端之间；
第八电阻串接在第二运放电路的输出端和信号放大电路的信号输出端之间；
第五电容并联在第二运放电路的输出端和接地端之间。
18.按照权利要求16所述的PWM驱动技术下LED瞬时光通量的测试装置，其特征是所述的RS232电平转换接口电路至少包括单片机、第六至第十一电容和RS232端口连接插头，其中，
第六、第七电容的两端，依次与单片机的C1+、C1-、C2+、C2-管脚分别对应连接；
单片机的T1IN、R1OUT、T2IN和R2OUT管脚，依次与A/D转换电路的TX、RX、RTS和CTS功能端子分别对应连接；
单片机的T1OUT、R2IN、R2IN和T2OUT管脚，依次与A/D转换电路的XRX、XRTX、XTS和XCTS功能端子分别对应连接，同时依次与RS232端口连接插头的2、7、3和8管脚分别对应连接；
第八和第十一电容，并接在电源端和接地端之间；
第九和第十电容，依次分别在单片机的V+、V-管脚与接地端之间对应连接。
19.按照权利要求11所述的PWM驱动技术下LED瞬时光通量的测试装置，其特征是所述的数据处理单元为PC机。

一种PWM驱动技术下LED瞬时光通量的测试方法及装置\n技术领域\n[0001] 本发明属于测量领域，尤其涉及一种用于光源发光强度的测试方法及其装置。\n背景技术\n[0002] LED(Light Emitting Diode，发光二极管)作为一种新兴的光源器件，近年来，其芯片结构、封装形式、驱动方式以及应用领域都发生了翻天覆地的变化，各大制造厂商、公司和研究机构，对LED的研究方兴未艾，其研究重点多放在改善LED光源的发光强度、发光频率(色度)、发光纯度(频谱)以及发光效率等方面，\n[0003] 上述指标(特别是光学性能方面的指标)的提高或改善，除了与发光器件自身的结构、材质(或组份)等有很大关系外，与LED的发光能量提供源——驱动电路(亦称驱动方式)亦有着极其密切的关系。\n[0004] 通常，LED的驱动方式主要有恒压驱动、恒流驱动及脉冲驱动(主要指PWM驱动)三种。\n[0005] 上述驱动方之中，前两种是稳态驱动，LED两端的电压或流过LED的电流不随时间改变；第三种是瞬态驱动，LED的驱动电压或电流都会随时间变化而改变，由此，它的发光特性也会与稳态驱动有所区别。\n[0006] LED所发出的光的色度会随着通过其发光器件的电流变化而变化，但是，在许多应用场合或用途(如液晶面板背光源、汽车仪表盘背光源等)，都不能允许LED发生任何颜色的漂移。\n[0007] 由于PWM(Pulse Width Modulation，脉宽调制)驱动技术能在满电流驱动下通过调节驱动脉冲占空比(接通时间的总量)控制LED亮度，实现调光不调色的特殊要求，故有极广阔的应用前景。\n[0008] 既然PWM驱动技术具有巨大的应用价值，就需要对该驱动方式进行必要的相关研究。\n[0009] 测量发光器件的光通量，是对LED发光器件或驱动电路性能指标进行评价的一个重要手段之一。\n[0010] 发光体单位时间内发出的光能量总和称为光通量ΦV，它标度可见光对人眼的视觉刺激程度，是描述光源特性的重要参数和评定光源性能的重要指标。\n[0011] 测量一般传统光源的总光通量Φ，通常采用相对测量法和分布光度法(或称绝对测量法)。其具体方法可参见行业标准号为SJ2355.6-1983的《半导体发光器件测试方法光通量的测试方法》，其具体内容在此不再叙述。\n[0012] 公告日为2008年2月6日，授权公告号为CN201016843Y的中国实用新型专利中公开了一种“采用窄光束标准光源的LED光通量的测试装置”，其包括积分球、光源、窄通光孔径的光纤、微型光谱仪器和光源，电源与光源连接并点亮光源，窄光束标准光源(光通量标准及光谱标准光源)放置于积分球内表面，球内无任何遮挡，通过窄通光孔径的光纤将被测光引到微型多通道光谱仪器，进行光谱能量分布测试并进而计算光通量，实现对光通量的精密测试。\n[0013] 公开日为2008年2月6日，公开号为CN101118178A中国发明专利申请中公开了“一种LED光通量测试方法”，其用夹具将LED固定在反光杯的底端，LED发光方向指向反光杯大开口，将光通量计紧密固定在反光杯的大开口上以接受光信号。用恒流电源驱动LED，LED发出的总光通量由反光杯聚集后被光通量计收集、测量并最终给出总光通量值的读数。\n[0014] 值得注意的是，上述行业标准或专利及专利申请文件，均是针对恒压驱动或恒流驱动方式的，尚未见到有适用于PWM驱动方式下LED瞬时光通量的测试方法及装置的报道。\n[0015] 国际上，IEC(International Electro Technical Commission，国际电工委员会)仅规定，“对闪光LED的测量(闪光频率在113-512Hz)，光传感器的上升时间应该足够小，而且应该能读取脉冲的峰值”，却未提及如何准确测量的问题。\n[0016] 此外，目前行业内普遍采用的闪光灯具光强测量的Blondel-Rey法，可用于单个持续时间为1ms～3s的闪光脉冲光强测量。其有效光强Ie的计算公式为：\n[0017] (式1-1)\n[0018] 其中a＝0.2s。在我国行业标准中，t1和t2选择为1/3最大光强处，即光脉冲持续时间采用1/3峰值之间的宽度。\n[0019] 而在实际应用中人们发现，当有脉冲光序列时，这一方法的计算结果不合理，故有修正公式：\n[0020] (式1-2)\n[0021] 式中a与t1、t2的选择同式1-1。\n[0022] 上述两种方法都需要测量精准的脉冲波形，对硬件电路性能要求较高，又要求解积分方程，需借助计算机，故处理速度慢，不容易实现；且当脉冲持续时间非常短时，测量结果也不准确。尤其是单次闪光脉冲的测量，在LED器件处于非热平衡条件下进行，这与LED实际应用的条件相去甚远，其测量结果也难以为连续工作情况提供有效的参考。\n[0023] 由此可见，通过测量闪光脉冲的光强再经计算转换成光通量的方法并不适合于PWM脉冲驱动LED的峰值光通量测量。\n[0024] 综上，现有的规范或规定，无法满足PWM驱动方式下LED瞬时光通量的测量需求，相关测试方法及测试工具的缺失，给研究工作带来极大不便。\n发明内容\n[0025] 本发明所要解决的技术问题是提供一种PWM驱动技术下LED瞬时光通量的测试方法及装置，其以现有测试设备为基础，不引起新的近场吸收，与传统测试方法不背离，且能响应脉冲驱动的瞬时峰值信号，测量在热平衡条件下LED的瞬时光通量，并能实现脉冲驱动功率变化时的动态测量。\n[0026] 本发明的技术方案是：提供一种PWM驱动技术下LED瞬时光通量的测试方法，包括采用积分球法对待测LED的光通量进行测量，其特征是：在常规光谱分析系统装置的基础上，再设置一套由信号采集部分、信号转换部分和数据处理部分组成的采集系统，然后按照下述步骤对待测LED的光通量进行测量：\n[0027] (A)测量准备阶段：\n[0028] (a1)采用常规方法对积分球光通量进行定标；\n[0029] (a2)在待测LED的线性工作范围内，选取至少5个驱动电流点，采用恒流源方式驱动待测LED发光，采集到一组对应的光通量数值[Φ0]；\n[0030] (a3)将采集系统信号采集部分的探头及附件放入积分球；\n[0031] (a4)采用与步骤(a2)相同的驱动电流点，采用恒流源方式驱动待测LED发光，通过采集系统得到一组对应的光电流值[I]；\n[0032] (a5)以光电流值[I]为横坐标，与其相对应的光通量数值[Φ0]为纵坐标，在直角坐标系中画出光通量与光电流的变化关系曲线；\n[0033] (a6)采用最小二乘法拟合得到上述变化关系曲线的斜率k；\n[0034] (B)实际测量阶段：\n[0035] (b1)确定PWM脉冲驱动源脉冲的占空比Q；\n[0036] (b2)在该占空比运行参数下，采用PWM脉冲驱动待测LED，通过采集系统对PWM脉冲峰值电流时对应的峰值光电流值ILp进行测量；\n[0037] (b3)按照下列公式，确定PWM脉冲驱动下待测LED的瞬时光通量Φp：\n[0038] φp＝k×ILp\n[0039] 其中，Φp为PWM脉冲驱动下待测LED的瞬时光通量，k为光通量与光电流变化关系曲线的斜率，ILp为PWM脉冲驱动下待测LED的峰值光电流；\n[0040] (b4)按照下列公式进行计算，即可得到待测LED的平均光通量：\n[0041] φavg＝φp×Q＝k×ILp×Q\n[0042] 其中，Φavg为PWM脉冲驱动下待测LED的平均光通量，Φp为PWM脉冲驱动下待测LED的瞬时光通量，Q为PWM脉冲信号的占空比，ILp为PWM脉冲驱动下待测LED的峰值光电流，k为光通量与光电流变化关系曲线的斜率。\n[0043] 进一步地，所述的待测LED设置于积分球的球心位置；所述采集系统信号采集部分的光/电传感器正对待测LED设置，用于接收待测LED所发出的直射光。\n[0044] 所述的待测LED斜向设置于积分球的球心位置。\n[0045] 更进一步地，所述的待测LED斜向向上或向下设置于积分球的球心位置。\n[0046] 具体地，所述PWM脉冲驱动下待测LED的瞬时光通量Φp，为PWM脉冲驱动下待测LED在最大脉冲峰值电流时输出的光通量，其等于光通量与光电流变化关系曲线的斜率k与PWM脉冲驱动下待测LED的峰值光电流ILp的乘积\n[0047] 所述PWM脉冲驱动下待测LED的平均光通量Φavg，等于PWM脉冲驱动下待测LED的瞬时光通量Φp与PWM脉冲信号的占空比Q的乘积。\n[0048] 或者，PWM脉冲驱动下待测LED的平均光通量Φavg，等于光通量与光电流变化关系曲线的斜率k、PWM脉冲峰值电流时采集系统光电探测器与之对应的峰值光电流ILp以及PWM脉冲信号的占空比Q的乘积。\n[0049] 在所述的采集系统中，其信号采集部分完成光信号向电信号的转换；其信号转换部分将模拟信号经A/D采样变换后变成可供计算机处理的数字信号并完成数据发送任务；\n其数据处理部分实现相应的运算及显示功能，并提供一个人机交互的友好操作界面。\n[0050] 所述采集系统的PWM脉冲驱动信号响应频率范围为50Hz～200Hz；所述采集系统信号采集部分的光/电传感器的响应速度为ns级。\n[0051] 所述采集系统的PWM脉冲驱动信号响应频率范围为50Hz～200Hz；所述采集系统信号采集部分的光/电传感器的响应速度为ns级。\n[0052] 所述的驱动电流点等间隔或不等间隔地分布在待测LED的线性工作范围内。\n[0053] 进一步地，所述的驱动电流点为7～11个，所述的各驱动电流点等间隔地分布在待测LED的线性工作范围内。\n[0054] 本发明还提供了一种PWM驱动技术下LED瞬时光通量的测试装置，包括由积分球、光谱分析系统控制器及PC机构成的常规光谱分析装置、待测LED和其驱动电源，其特征是：\n在积分球的球心位置设置待测LED；待测LED的两端与PWM驱动电源的输出端连接；在常规光谱分析装置的基础上，再设置一套至少由一个信号采集单元、一个信号转换单元和一个数据处理单元依次连接而构成的采集系统；所述的信号采集单元完成光信号向电信号的转换；所述的信号转换单元将模拟信号经A/D采样变换后变成可供计算机处理的数字信号并完成数据发送任务；所述的数据处理单元实现相应的运算及显示功能，并提供一个人/机交互的友好操作界面。\n[0055] 进一步的，所述的待测LED斜向向上或向下放置于积分球的球心位置。\n[0056] 所述采集系统信号采集单元的光/电传感器正对待测LED设置。\n[0057] 具体的，所述的信号采集单元为光/电信号转换电路，其至少包括光/电传感器、第一电阻、第二电阻、第一电容和第二电容，其中，光/电传感器的正极分别与第一电阻、第一电容、第二电容的一端以及接地端连接；光/电传感器的负极与第一电阻、第一电容的另一端以及电源端连接，同时经过第二电阻与第二电容的另一端连接；第二电容的两端，构成信号采集单元的信号输出端。\n[0058] 所述的信号转换单元至少包括依次连接的信号放大电路、A/D转换电路和RS232电平转换接口电路。\n[0059] 所述的信号放大电路至少包括第三至第八电阻、第三至第五电容和第一、第二运放电路，其中，第三、第四电阻分别串接在信号放大电路的信号输入端和第一运放电路的正、负输入端之间；第五电阻和第三电容并联在第一运放电路的负输入端和输出端之间；\n第六电阻串接在第一运放电路的输出端和第二运放电路的负输入端之间；第七电阻和第四电容并联在第二运放电路的负输入端和输出端之间；第八电阻串接在第二运放电路的输出端和信号放大电路的信号输出端之间；第五电容并联在第二运放电路的输出端和接地端之间。\n[0060] 所述的RS232电平转换接口电路至少包括单片机、第六至第十一电容和RS232端口连接插头，其中，第六、第七电容的两端，依次与单片机的C1+、C1-、C2+、C2-管脚分别对应连接；单片机的T1IN、R1OUT、T2IN和R2OUT管脚，依次与A/D转换电路的TX、RX、RTS和CTS功能端子分别对应连接；单片机的T1OUT、R2IN、R2IN和T2OUT管脚，依次与A/D转换电路的XRX、XRTX、XTS和XCTS功能端子分别对应连接，同时依次与RS232端口连接插头的2、\n7、3和8管脚分别对应连接；第八和第十一电容，并接在电源端和接地端之间；第九和第十电容，依次分别在单片机的V+、V-管脚与接地端之间对应连接。\n[0061] 所述的数据处理单元为PC机。\n[0062] 与现有技术比较，本发明的优点是：\n[0063] 1.以现有测试方法和设备为基础，不引起新的近场吸收，与传统测试方法不相背；\n[0064] 2.能响应脉冲驱动的瞬时峰值信号，可测量在热平衡条件下LED的瞬时光通量，并能实现脉冲驱动功率变化时的动态测量。\n[0065] 附图说明\n[0066] 图1是本发明的测试方法流程图；\n[0067] 图2是本发明硬件系统构成示意图；\n[0068] 图3是采集系统电气方框图；\n[0069] 图4是信号采集单元实施例电路图；\n[0070] 图5是信号转换单元信号放大电路实施例电路图；\n[0071] 图6是信号转换单元RS232电平转换接口电路实施例电路图；\n[0072] 图7是数据处理单元的工作流程图；\n[0073] 图8是恒流驱动LED探测器光电流与光通量对应关系曲线图；\n[0074] 图9是PWM脉冲驱动LED平均光通量与占空比的关系图。\n[0075] 图中1为积分球，2为光谱分析系统控制器，3为PC机，4为光谱分析装置的光通量探头，5为待测LED，6为挡屏，7为采集系统的光/电传感器，8为PWM驱动电源，9为采集系统，A为信号采集单元，B为信号转换单元，C为数据处理单元。\n[0076] 具体实施方式\n[0077] 下面结合附图和实施例对本发明做进一步说明。\n[0078] 图1中，给出了本测试方法的测试流程。\n[0079] 从本申请前述的背景技术中可知，由于LED的脉冲驱动方式与稳态驱动方式相比，存在着频率差异和单位时间内漏采现象等方面的问题，所以现有的两种测量方法都不能直接用于脉冲驱动LED的光电参数测量。\n[0080] 但是对于稳态驱动LED测量方法在PWM脉冲驱动LED测量的局限性，若能提高光/电传感器的响应速度，即dt间隔足够小，再适当调整相关测量参数的定义，辅以一定的测量及数据处理方法，亦能满足脉冲驱动LED瞬时光通量测试的需要。\n[0081] 脉冲驱动LED在驱动电流峰值不变的情况下，若改变占空比，输入的电功率将发生变化，而此时得到的“瞬时峰值光通量”仅与驱动电流峰值有关，反映不出占空比的变化。\n所以用“PWM脉冲驱动下的平均光通量”一方面能体现峰值不变情况下信号占空比的区别，另一方面也可便于与传统的“光通量”作比较。\n[0082] 由于脉冲电流的脉冲宽度一般由所要输出的平均亮度来决定。对于矩形波而言，最大峰值电流与占空比的乘积即为LED的平均电流；在最大峰值电流时输出的亮度与占空比的乘积就是其平均输出亮度。类似的，我们可得到以下概念：\n[0083] PWM脉冲驱动下LED在最大峰值电流时输出的光通量称为PWM脉冲驱动下LED的瞬时光通量；它与脉冲信号占空比的乘积为LED在PWM脉冲驱动下的平均光通量；\n[0084] 根据上述概念和分析，即可得到本申请所提出的测量方法，其至少包括下列步骤：\n[0085] 1)在常规光谱分析系统装置的基础上，再设置一套由信号采集部分、信号转换部分和数据处理部分组成的采集系统；\n[0086] 2)采用常规方法对积分球光通量进行定标；\n[0087] 3)在待测LED的线性工作范围内，选取至少5个驱动电流点，采用恒流源方式驱动待测LED发光，采集到一组对应的光通量数值[Φ0]；\n[0088] 4)将采集系统信号采集部分的探头及附件放入积分球；\n[0089] 5)采用与步骤3)相同的驱动电流点，采用恒流源方式驱动待测LED发光，通过采集系统得到一组对应的光电流值[I]；\n[0090] 6)以光电流值[I]为横坐标，与其相对应的光通量数值[Φ0]为纵坐标，在直角坐标系中画出光通量与光电流的变化关系曲线；\n[0091] 7)采用最小二乘法拟合得到上述变化关系曲线的斜率k；\n[0092] 8)确定PWM脉冲驱动源脉冲的占空比Q；\n[0093] 9)在该占空比运行参数下，采用PWM脉冲驱动待测LED，通过采集系统对PWM脉冲峰值电流时对应的峰值光电流值ILp进行测量；\n[0094] 10)将光通量与光电流变化关系曲线的斜率k与PWM脉冲驱动下待测LED的峰值光电流ILp相乘，得到PWM脉冲驱动下待测LED的瞬时光通量Φp；\n[0095] 11)将PWM脉冲驱动下待测LED的瞬时光通量Φp与PWM脉冲信号的占空比Q相乘，得到PWM脉冲驱动下待测LED的平均光通量Φavg。\n[0096] 具体地，PWM脉冲驱动下待测LED的瞬时光通量Φp，为PWM脉冲驱动下待测LED在最大脉冲峰值电流时输出的光通量，等于光通量与光电流变化关系曲线的斜率k与PWM脉冲驱动下待测LED的峰值光电流ILp的乘积。\n[0097] PWM脉冲驱动下待测LED的平均光通量Φavg，等于PWM脉冲驱动下待测LED的瞬时光通量Φp与PWM脉冲信号的占空比Q的乘积。\n[0098] 或者，PWM脉冲驱动下待测LED的平均光通量Φavg，等于光通量与光电流变化关系曲线的斜率k、PWM脉冲峰值电流时采集系统光电探测器与之对应的峰值光电流ILp以及PWM脉冲信号的占空比Q的乘积。\n[0099] 实际测量式，待测LED斜向向上或向下设置于积分球的球心位置，采集系统信号采集部分的光/电传感器正对待测LED设置，用于接收待测LED所发出的直射光。\n[0100] 用积分球测量LED时，待测LED器件斜向上或斜向下放置能使LED达到最佳混光效果，亦即最小的测试误差；故本技术方案中采用斜向向上45°的设置方案。\n[0101] 在采集系统中，信号采集部分完成光信号向电信号的转换；信号转换部分将模拟信号经A/D采样变换后变成可供计算机处理的数字信号并完成数据发送任务；数据处理部分实现相应的运算及显示功能，并提供一个人机交互的友好操作界面。\n[0102] 采集系统的PWM脉冲驱动信号响应频率范围为50Hz～200Hz，采集系统信号采集部分的光/电传感器的响应速度为ns级。\n[0103] 驱动电流点至少选取5个以上，根据申请人的实验，以为7～11个为宜，且各驱动电流点等间隔地分布在待测LED的线性工作范围内。\n[0104] 采用上述方法，即可得到的PWM脉冲驱动下LED的瞬时光通量Φp和PWM脉冲驱动下LED的平均光通量Φavg。\n[0105] 积分球内摆放的物体或多或少会给测量准确度带来一定影响，如球内LED用的插座，会吸收一部分光通量，造成进场吸收误差。它不能完全避免，只能尽量减小。所以，若在积分球中放入光/电传感器及其导线和支架后，亦会带来近场吸收。\n[0106] 然而由测量方法的流程可知，在恒流驱动下，步骤3)得到一组“LED驱动电流<—>LED光通量”的对应关系，步骤5)得到一组“采集系统光电流<—>LED驱动电流”的对应关系，两者结合可得“采集系统光电流<—>LED光通量”的对应关系，此处光通量系由传统测试方法所得，而采集系统光电流由LED直射光能量产生，对应关系中未引入近场吸收效应，故球内增加的测试系统不会给原有的光通量测试系统带来额外的测试误差。\n[0107] 图2中，本测试装置包括常规光谱分析装置、待测LED5和其驱动电源8，在积分球的球心位置设置待测LED，待测LED的两端与PWM驱动电源的输出端连接；在积分球1的壁上设置有光谱分析装置的光通量探头4，在待测LED与光通量探头之间，设置有挡屏6。\n[0108] 常规光谱分析装置由积分球1、光谱分析系统控制器2及PC机3构成，该系统的信号最小采样间隔为0.1s，可用于测量稳态驱动下LED的光通量。\n[0109] 在常规光谱分析装置的基础上，再设置一套至少由一个信号采集单元、一个信号转换单元和一个数据处理单元依次连接而构成的采集系统9，采集系统信号采集单元的光/电传感器7正对待测LED设置。\n[0110] 采集系统的电方框图见图3所示。\n[0111] 采集系统中的信号采集单元完成光信号向电信号的转换；信号转换单元将模拟信号经A/D采样变换后变成可供计算机处理的数字信号并完成数据发送任务；数据处理单元实现相应的运算及显示功能，并提供一个人/机交互的友好操作界面。\n[0112] 信号采集单元为光/电信号转换电路。\n[0113] 采集系统的PWM脉冲驱动信号响应频率范围为50Hz～200Hz，采集系统信号采集部分的光/电传感器的响应速度为ns级。\n[0114] 为满足采集频率的需要，采集处理系统的采样间隔为0.0001s(采样频率10KHz)，首先在硬件上保证能采集峰值脉冲信号，采用图1提出的数据处理方法，即可从原理上有效根除数据漏采情况。\n[0115] 测量时，被测LED光源置于积分球球心，其中LED斜向上45°放置，可最大程度减小因LED发光不均匀带来的测量误差，采集系统光/电传感器正对LED放置，用于接收LED直射光。\n[0116] 假设脉冲驱动LED在峰值电流驱动时的光通量为Φ，积分球内壁光反射率为ρ，积分球半径为R，仪器光通量探头照度为E，采集系统光/电传感器与光源的距离为r，传感器上直射照度为E′，产生的光电流为I。\n[0117] 先分析光/电传感器一端：由于传感器与LED光源的距离r很小，并选用光敏面积小、接收角度窄的光/电传感器，这样能最大程度抑制杂散光干扰，在计算分析时可近似认为光/电传感器上的光照度为光源的直射光部分，积分球漫反射部分的光能量可忽略。再\n2\n者，由于LED光源的特殊性，即使出光面做到理论上最大，也只有半个球面(2π·r)受直射光照，假设直射光能量均匀分布在半球面上，有：\n[0118] (式2)\n[0119] 在光/电传感器的线性区域，光电流与光照度成正比，于是有：\n[0120] E′∝I， (式3)\n[0121] 将式3代入式2，得\n[0122] φ＝2πr2·E∝I， (式4)\n[0123] 再考虑仪器光通量探头一端，结合积分球测量原理，有：\n[0124] (式5)\n[0125] 由上述计算过程可以看到，在选取近似条件忽略一些复杂影响因素的前提下，若测试过程中保持r不变，则在脉冲驱动LED的峰值电流部分，LED的峰值光通量与峰值光电流成正比(距离r在测试前可根据光源特点调整，开始测试后不可调，否则上述理论分析的线性关系不再成立)。由此可见，若能得到脉冲驱动信号占空比，再通过前文给出的平均光通量与峰值光通量的转换关系，即能通过测量峰值光电流的值得到平均光通量。\n[0126] 换句话说，PWM脉冲驱动下LED在最大峰值电流时输出的光通量称为PWM脉冲驱动下LED的瞬时光通量；它与脉冲信号占空比的乘积为LED在PWM脉冲驱动下的平均光通量。\n[0127] 这组对应关系以相对测量为前提。测量过程中要始终保证光源与各探测器的相对位置不变。由式5可见，比例系数与r和R都有关，任何一个值的变化都会使比例系数改变，即对应关系的改变。\n[0128] 图3中，采集系统至少由一个信号采集单元A、一个信号转换单元B和一个数据处理单元C依次连接而构成.\n[0129] 采集系统中的信号采集单元完成光信号向电信号的转换；信号转换单元将模拟信号经A/D采样变换后变成可供计算机处理的数字信号并完成数据发送任务；数据处理单元实现相应的运算及显示功能，并提供一个人/机交互的友好操作界面。\n[0130] 所述的信号采集单元为光/电信号转换电路，所述的信号转换单元至少包括依次连接的信号放大电路、A/D转换电路和RS232电平转换接口电路，所述的数据处理单元为PC机。\n[0131] 图4中，信号采集单元至少包括光/电传感器D2、第一电阻R1、第二电阻R2、第一电容C1和第二电容C2，其中，光/电传感器的正极分别与第一电阻、第一电容、第二电容的一端以及接地端连接；光/电传感器的负极与第一电阻、第一电容的另一端以及电源端VCC连接，同时经过第二电阻与第二电容的另一端连接；第二电容的两端，构成信号采集单元的信号输出端。\n[0132] 整个电路的作用是将电流信号转电压信号，并经滤波后输出。\n[0133] 图5中，信号放大电路至少包括第三至第八电阻R3～R8、第三至第五电容C3～C5和第一、第二运放电路AR1、AR2，其中，第三、第四电阻分别串接在信号放大电路的信号输入端Vref、Vin和第一运放电路的正、负输入端之间；第五电阻和第三电容并联在第一运放电路的负输入端和输出端之间；第六电阻串接在第一运放电路的输出端和第二运放电路的负输入端之间；第七电阻和第四电容并联在第二运放电路的负输入端和输出端之间；第八电阻串接在第二运放电路的输出端和信号放大电路的信号输出端Vout之间；第五电容并联在第二运放电路的输出端和接地端之间。\n[0134] 设置信号放大电路目的是增加单片机A/D的驱动能力。\n[0135] 图6中，RS232电平转换接口电路至少包括单片机U1、第六至第十一电容C6～C11和RS232端口连接插头DB9，其中，第六、第七电容的两端，依次与单片机的C1+、C1—、C2+、C2—管脚分别对应连接；单片机的T1IN、R1OUT、T2IN和R2OUT管脚，依次与A/D转换电路的TX、RX、RTS和CTS功能端子分别对应连接；单片机的T1OUT、R2IN、R2IN和T2OUT管脚，依次与A/D转换电路的XRX、XRTX、XTS和XCTS功能端子分别对应连接，同时依次与RS232端口连接插头的2、7、3和8管脚分别对应连接；第八和第十一电容，并接在电源端和接地端之间；第九和第十电容，依次分别在单片机的V+、V—管脚与接地端之间对应连接。\n[0136] RS232电平转换接口电路将TTL电平与计算机232串口电平进行转换。\n[0137] 单片机U1可选用Sipex或IMI公司的SP3223、MAX3223系列RS-232收发器集成电路芯片，其余元件无特殊要求。\n[0138] 实际工作时，信号转换单元按照下列顺序进行：\n[0139] 1)响应PC开始采集数据的请求；\n[0140] 2)启动A/D，采集信号源的脉冲信号并进行模数转换；\n[0141] 3)将一次采集数据包通过RS232串口发送给PC机。\n[0142] 图7中，给出了采集系统中数据处理单元的工作流程，其任务是：\n[0143] 1)控制单片机的启动与停止；\n[0144] 2)将单片机发送的数据包去除通信中增加的握手字节，进行去噪处理，计算脉冲信号的脉冲电平幅度及占空比；\n[0145] 3)利用图形用户界面显示LED的原始光脉冲信号、经处理的脉冲信号、采集时间段内瞬时光通量的值及采集时间段内光脉冲的平均占空比；\n[0146] 4)存储所有采集数据以供查阅。\n[0147] 由此，决定了采集系统中数据处理单元的工作流程如图7所示：\n[0148] 首先，PC机的程序创建串口设备对象；进行串口初始化，并配置串口对象的属性；\n[0149] 然后，对串口物理设备是否连接进行一逻辑判断，如串口物理设备已经连接，则发送通讯握手信号，等待串口事件的发生，一旦满足条件，则调用instroallback()回调函数，接收串口通信数据；\n[0150] 最后，进行数据的实时处理、文件存储以及图形的显示等项任务。\n[0151] 上述图3～7中未详细叙述的A/D转换电路、PC机的RS232接口以及采用计算机程序实现图7所示的工作流程等均为现有技术，本领域的技术人员在了解和领会了本发明的技术方案和发明意图后，无需经过创造性的劳动，即可实现本技术方案，达到相应的技术效果，故其具体工作原理和线路连接关系在此不再叙述。\n[0152] 实施例：\n[0153] 采用杭州远方光电信息有限公司PMS-50(增强型)紫外-可见-近红外光谱分析系统+0.3m积分球，按照行业标准SJ2355.6-1983《积分球测量光通量定标方法》进行测试，其具体过程如下：\n[0154] 准备阶段，按图1、图2所述方法和装置连接关系进行设置，实验中选用一大功率白光LED芯片，通以恒定电流。电流从20mA增大到400mA，得到光/电传感器光电流与光通量的变化关系曲线，如图8所示。\n[0155] 从图中可以看到，在光/电传感器线性范围内，光/电传感器的光电流输出与光通量成正比，与前面的理论分析结果一致。\n[0156] 实测阶段，对该芯片通以峰值电流幅值为40mA的脉冲方波信号，占空比从\n10％-95％变化。先利用采集系统得到峰值光电流，再按图8的变化曲线查得峰值光通量，并由前述式4得到最终的PWM脉冲驱动下LED的平均光通量值，测量结果如图9所示。图中对比了由传统的PMS-50测试系统得到的光通量(以符号◆表示)与利用采集系统再换算得到的平均光通量值(以符号■表示)。\n[0157] 实际测量数值结果如下：\n[0158] 两种测试方法光通量值比较\n[0159] 信号占空 PMS-50测得的光 光电流转换计算得到的 光通量差值[0160] 比％ 通量lm 光通量lm lm[0161] 95 7.4362 7.6346 0.1984[0162] 80 6.3418 6.5972 0.2554[0163] 50 4.0889 4.4361 0.3472[0164] 30 2.3583 2.7380 0.3797[0165] 9 0.7839 1.2325 0.4486[0166] 从图中可以看到，采用传统测量方法得到的光通量比采用本文建立的专门针对PWM脉冲驱动测试方法得到的光通量小，其主要原因在于传统的测试仪器没有能够响应峰值参数的光/电传感器，存在前述的“漏采”现象；再者，随着驱动信号占空比变大，两者的光通量差值明显减小；该现象表明，在测量原理上，两种测量方法不存在相悖的情况，随被测信号向恒定值变化而趋于一致。\n[0167] 经实验证明，该测试方法合理可行，对PWM脉冲驱动LED的光电参数测量有很好的指导意义。\n[0168] 以上的实施例仅仅是用来解释和说明本发明的，而不是对本发明权利要求之发明范围的限定。\n[0169] 特别地，申请人认为，对该技术领域的普通技术人员来说，根据以上技术方案和实施例，可以很容易地联想到其他的等同替换和/或变形。因此，本发明并不局限于上述具体实施例，其仅仅作为例子对本发明的技术方案进行详细的和/或示范性的说明。\n[0170] 在不背离本发明宗旨的范围内，本领域的普通技术人员，可以根据上述技术方案和/或具体实施例，通过各种等同替换，得到具有相同或相近似技术功能的技术方案，但是这些技术方案均应该包含在本发明的权利要求的范围及其等同的范围之内。\n[0171] 本发明可广泛用于各种LED发光器件和/或PWM脉冲驱动装置的性能测试、标定领域。