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研究生:吳振淵
研究生(外文):Cuen-Yuan Wu
論文名稱:LED燈具照度量測機台之研製
論文名稱(外文):Manufacturing of measuration illuminance platform for LED lamps
指導教授:王金樹王金樹引用關係
口試委員:林水泉李石頓
口試日期:2012-07-03
學位類別:碩士
校院名稱:國立臺北科技大學
系所名稱:製造科技研究所
學門:工程學門
學類:機械工程學類
論文種類:學術論文
論文出版年:2012
畢業學年度:100
語文別:中文
論文頁數:144
中文關鍵詞:LEDLabVIEW照度量測溫度感測
外文關鍵詞:LEDLabviewThe measurement of illuminanceThe simulation of LED chip temperature
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吾人利用美商國家儀器(National Instrument)所發展之圖控式程式語言Labview 8.5編寫此自製機台的控制架構與人機介面程式;藉由三菱可程式邏輯控制器、研華溫度感測器、五鈴光學的照度計(±2%精度)等三台儀器與上銀科技線性滑軌、導螺桿和泰映科技的步進馬達、減速機構且依循CNS規範(CNS 5119 C4165照度計、CNS 5065 C3069 照度測定法、CNS 12112 Z1044 室內工作場所照明、CNS15249 C3222發光二極體元件之光學與電性量測方法、CNS 15437 C4510 輕鋼架天花板崁入型發光二極體燈具、CNS15233 C4504 發光二極體道路照明燈具)開發出具有自動/手動模式的LED自動量測機台,其人機介面具有照度量測(照度最大/最小值、平均照度、照度均勻度、照度平面/空間分佈)、光強度計算、LED晶片溫度模擬的量測功能;機台系統精度在X軸為0.263mm的誤差、Y軸則有0.194mm的誤差。

LED燈具在使用上因有80%的輸入能源會轉為熱量,故此機台也包含溫度的即時監控,吾人透過微熱流實驗室研發出[17、23]的溫度模擬識別系統,整合至Labview程式中配合LED燈鋁基板所擷取之溫度(Tb),模擬出燈具晶片的中心點溫度,以了解燈具點亮時經時溫昇的情況,此溫度感測功能為機台的另一特色。

隨著白光發光二極體(LED)的發現,伴隨著各式應用有所突破,此固體照明開始融入日常生活中,舉凡交通號誌、液晶面板、通訊產品,廣泛用於建築、醫療、景觀設施照明應用上,因而衍生出各式燈具,而CNS 12112 Z1044規範根據不同的應用場合的需要所制定出的照度值(lux)能給消費者選購燈具的參考;吾人利用此機台所建立的照度量測功能來測試共27種燈具,包含一般市面選購而得的燈具以及LED燈,並相互比較測試結果,與提出節能的範例參考。

此機台為目前國際上唯一之全自動照度量測/溫度模擬機台,其仍然受量測高度限制,未來可再增加量測高度和測試更多型燈具,且配合終端客戶提出更多的光學量測解決方案為其未來發展方向。


We use the graphic program-Labview,which developed by National Instrument to progress this homemade platform control system and human machine interface design.;with three hardware-the programmable logic controller that made by Mitsubishi,the temperature sensor that made by Advantech,the Illuminance sensor (with±2% Accuracy)that made by Konica Minolta and the linear guideway and ballscrew that made by HIWIN technology,the stepping motor and reducer mechanism that made by Troy Enterprise Company,and follow CNS standard(include CNS 5119 C4165 Illuminance Meters、CNS 5065 C3069 Methods of Illumination Measurements、CNS 12112 Z1044 Lighting of indoor work places、CNS15249 C3222 Methods of measurement on light emitting diode components for optical and electrical characteristics、CNS 15437 C4510 Recessed LED luminaires for T-bar ceiling systems、CNS15233 C4504 Fixtures of roadway lighting with light emitting diode lamps) to build the LED automatic measuration platform which have Auto/Manual mode,the human machine interface possess the measuration of illuminance (the maximum/minimum value、the average illuminance value、the uniform illuminance value、the illuminance plat/space distribuction),the calculate of light intensity,the simulation of LED chip temperature feature.The machine system accurate at X-axis have 0.263mm deviation,on the orther hand,at Y-axis have 0.194mm deviation.

Because of the 80% input power of LED will transfer to thermal,that the platform also include on-time temperature monitor system. Through temperature simulate identify system [17、23] that developed by micro thermal-fluid labatory,we use this model integrat to Labview program and with the temperature on lamp board(Tb),to simulate the chip central temperature(Tj).With Tj,we can find out that temperature raise status when lamp turn on.The simulation of LED chip temperture is the platform others feature.

Due to the Light-emitting Diode rapid developed in recent years,that its apply in various application,the solid lighting became into our daily life, such as traffic light, light crystal panel,the product of communicate,that into building, medical, and the lighting of landscape. Because of the various extend application, the CNS 12112 Z1044 standard base on different occasion to establish the necessary illuminance value(lux),that provide a reference to cosumer. We use this homemade machine which have the measurement of illuminance function to test a total of 27 various lamp,include the lamp at market that can purchase and the LED lamp,we can campare the testing result and give recommend about energy-saving issue.

This machine is the only Automatic illuminance measuration/temperature simulate platform nowadays in the world.But the measure height still have restriction,therefore,it can increase the measuration height and test more species lamp,and can assort with the terminal consumer to provide more optics mesuration soluction is the platform prospect for the future.


摘 要 i
ABSTRACT iii
誌 謝 v
目 錄 vi
表 目 錄 ix
圖 目 錄 xii
第一章 緒 論 1
1.1研究背景與動機 1
1.2研究方法 3
1.3文獻回顧與LED相關知識 4
1.3.1 LED相關文獻回顧 4
1.3.2發光二極體發光原理 5
1.3.3製作白光LED方式 6
1.3.4白光LED可靠性論述 8
1.3.5 CNS標準要點介紹 9
1.3.5.1各標準規範出的量測內容 10
1.3.6 光度學量測要項介紹 11
1.3.7 LED特色論述 18
1.4重複精度 19
1.5論文架構 19
第二章 機台建構 21
2.1 設計概念 21
2.1.1遮蔽布料之要求與選購 21
2.1.1.1驗證布料樣本的實驗方式與結果 22
2.1.2機台尺寸的設立 24
2.2使用設備與系統架構 25
2.2.1可程式邏輯控制器型式與通訊概述 25
2.2.2照度計規格與應用 29
2.2.3溫度感測器規格與應用 33
2.2.4導螺桿/線性滑軌的規格與應用 35
2.2.5步進馬達的選用與特性介紹 36
2.3 機台實體設計與組態 37
2.3.1 機台組建流程 40
第三章 軟體/硬體連結介紹與應用 43
3.1 Labview圖控軟體介紹 43
3.1.1程式開發環境 43
3.1.2人機介面組態 45
3.1.3選單與除錯功能 45
3.2 RS-232串流通訊阜介紹 46
3.2.1 PLC-Labview透過RS232溝通與簡例 49
3.2.2 照度計-Labview透過RS232溝通與簡例 54
3.2.3 溫度感測器-Labview透過RS232溝通與簡例 56
3.3 PLC編譯軟體—GPPW介紹 58
3.4自動控制機台人機介面程式設計 59
3.4.1程式邏輯概念 59
3.4.2設計人機互動區塊 64
3.4.3人機面板區塊功能說明(照度量測) 66
3.4.4操作流程與測試結果(照度量測) 69
3.5燈具晶片溫度(Tj)之模擬量測 71
3.5.1人機面板區塊功能說明(溫度識別系統) 72
3.5.2操作流程與測試結果(溫度識別系統) 74
第四章 燈具模組介紹與實際量測 75
4.1各型燈具型式介紹 75
4.1.1對於不同燈型所設計之固定製具 78
4.1.2待測燈具型式 81
4.2燈具型錄介紹 82
4.3 LED燈熱傳型式探討 86
第五章 結果與討論 88
5.1儀控平台位移控制 88
5.1.1自動控制 88
5.1.2手動控制 88
5.1.3 Z軸位移 89
5.1.4機台重複精度的校驗 89
5.2燈具測試結果 92
5.2.1省電燈泡量測結果 93
5.2.2 LED燈具量測結果 96
5.2.3日光燈(螢光燈)(FL)量測結果 108
5.2.4冷陰極管(CCFL)量測結果 113
5.2.5鹵素燈型量測結果 115
5.2.6 鎢絲燈量測結果 118
5.2.7高壓鈉燈(HID)量測結果 119
5.2.8綜合各燈型評測與討論 120
5.2.9 LED燈型適用場合推薦 124
5.3 LED晶片中心點溫度(Tj)結果與討論 129
5.3.1 量測方式與樣品介紹 131
5.3.2設定取樣時間/環境溫度的結果與討論 131
第六章 結論與未來展望 133
6.1 LED照度量測機台之規格 133
6.2 LED燈型與各種燈型量測結果 133
6.3套用LED取代一般光源的效益評估 137
6.4機台研究貢獻 138
6.5未來展望 141
參考文獻 142





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QRCODE
 
 
 
 
 
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                               
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