Forum: Analoge Elektronik und Schaltungstechnik Berechnung Lichtstrom aus Leuchtdichte


von LukiLeu (Gast)


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Guten Tag
Ich bin dabei LED's auf einem Print auszumessen und versuche 
herauszufinden ob die gemessenen Werte plausibel sind. Alle LED's 
durchfliesst der gleiche Strom (und sollten daher gleich hell sein). 
Insgesamt sind es 21 Stück im gleichem Abstand zueinander.
Ich habe die LED in einer lichtundurchlässigen Kiste in einem Abstand 
von 24cm zum Sensor des Messgerätes montiert (resp. 17cm bis zum Aufsatz 
auf dem Messgerät).
Anschliessend habe ich die erhaltene Leuchtdichte versucht in den 
Lichtstrom umzurechnen. Dazu habe ich den Raumwinkel berechnet (aus dem 
120° Winkel der LED) --> 3.14 Steradiant. Dann habe ich den Messwert mit 
der Fläche des Messsensores und dem Raumwinkel multipliziert. Allerdings 
stimmen die so berechneten Werte nicht mit den Werten aus dem Datenblatt 
überein:

Beispiel:
- Strom durch LED: 54mA
- Berechneter Lichtstrom aus Datenblatt 1 LED: 26.28lm
- Lichtstrom 21 LED's: 551lm
- Gemessene Leuchtdichte: 32000cd/m2
- Berechneter Lichtstrom aus Messdaten: 316lm

Nun meine Frage, mache ich hier etwas grundsätzliches falsch oder was 
stimmt hier nicht? Hat jemand eine Idee?

Messgerät: http://www.gossen-photo.de/english/licht_p_mavolux.php
LED (SPMWHT541MD5WAW-SC-S4): 
http://www.samsung.com/global/business/business-images/led/file/product/lighting/201402/Data_Sheet_LM561B_High_CRI_Rev.001.pdf

Freundliche Grüsse
LukiLeu

von bekannt (Gast)


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Stehe ich jetzt auf dem Schlauch? Das ist doch eh ein Luxmeter?

Sonst müsste der Raumwinkel der sein, den dein Messgerät abdeckt

von Stefan S. (mexakin)


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Luxmeter misst das sichtbare Licht, nicht wahr, ist sicherlich irgendwo 
spezifiziert, deine LEDs strahlen nicht wie eine Sonne, oder Glühlampe 
oder Halogenlampe sondern in schmalen Banden ab, also kannst du Werte so 
schonmal zumindest nicht vergleichbar messen.

Die Leds kannst du natürlich so zumindest relativ zueinander vermessen, 
was willst du denn genau messen und wie?

Die LEd Datenblätter sind allesammt und generell stark beschönt das geht 
mit Sicherheit mit den High Power los und bei den kleinen wirds dann 
nicht anders sein, also in realen Messungen wird da sicher ein Faktor 3 
zu den Datenblättern drin sein, so pi mal Dauemn.

von LukiLeu (Gast)


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Ja dies ist ein Luxmeter kann aber mit einem Zusatz auch die 
Leuchtdichte messen. (siehe unter Zubehör). Müsste ich den Raumwinkel in 
diesem Falle mit den 15° berechen (ergibt 0.05375) was dann allerdings 
zu einer noch grösseren Abweichung führt als oben berechnet.

von LukiLeu (Gast)


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stefan schmitt schrieb:
> Die Leds kannst du natürlich so zumindest relativ zueinander vermessen,
> was willst du denn genau messen und wie?

Ich mache verschiedene Messungen der LED's bei verschiedenen 
Eingangsspannungen mit resultierenden verschiedenen Strömen. Dabei habe 
ich die Leuchtdichte gemessen und wollte nun verifizieren, ob die 
einigermassen stimmt.

von Stefan S. (mexakin)


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Also entweder dich interessiert wirklich die Leds udn du kennst dich aus 
und du willst genau das messen, verschiedene Eingangsspannungen.

Falls nicht :)

Leds betreibt mit einem Strom, die Spannung ergibt sich dann einfach aus 
dem Strom den du durchschiebst.


Falls erster Fall für dich zutrifft, dann mach weiter, falls du dich in 
Fall 2 wiederkennst :) überleg dir nochmal was du verändern willst und 
was messen, sonst kannst du auch gleich Fahrkarten messen.

von LukiLeu (Gast)


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stefan schmitt schrieb:
> Falls erster Fall für dich zutrifft, dann mach weiter, falls du dich in
> Fall 2 wiederkennst :)

Ich weiss schon was ich messen will und auch gemessen habe. Ich habe 
drei Stränge mit diesen LED's (jeweils 7 LED's in Serie). Diese Stränge 
werden über einen Konstantstromregler auf einen bestimmten Strom 
geregelt. Leider natürlich alles nicht ideal. Deshalb messe ich bei 
verschiedenen Spannungen den Strom und die Leuchtdichte, weil ich wissen 
will, wie stark sich das Ganze verändert bei zum Beispiel einer zu hohen 
oder tiefen Spannung. Da ich mir aber nicht sicher bin, ob die gemessene 
Leuchtstärke sein kann, wollte ich das anhand des Datenblattes 
verifizieren.

von Pet_Par (Gast)


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Hallo LukiLeu,

Deine LED strahlen Ihren Lichtstrom nicht nur in 120°, sondern eben noch 
weiter. Du nimmst aber an, die LED würden ausschließlich in diesen 
Raumwinkel strahlen!

Gruß

Pet_Par

von Stefan S. (mexakin)


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LukiLeu schrieb:
> Diese Stränge
> werden über einen Konstantstromregler auf einen bestimmten Strom
> geregelt. Leider natürlich alles nicht ideal. Deshalb messe ich bei
> verschiedenen Spannungen den Strom und die Leuchtdichte,


An einer Spannungsquelle in Strombegrenzung? oder an einer KSQ als IC 
zum Beispiel LM3404?

Weil das erstere, da hast du ja keinerlei Einfluss nur auf die 
Eingangsspannung, und bei Zweiterem eben schon.

Strom zu messen macht auf jedenfall Sinn, Leuchtdichte, kenne ich mich 
trotz Lichttechniker, nicht so richtig aus, aber spektrale Informationen 
bekommt man ja da nicht, also wie gesagt in deiner Kiste und relativ 
zueinander überhaupt kein Ding kannst du vergleichen, aber du kannst auf 
garkeinen Fall deine Werte mit Leds oder Lichtquellen ausserhalb deiner 
Kiste vergleichen, weil eben spektrale Informationen fehlen.

Also das ist meine Meinung, da wir ja soviele Menschen sind denke ich es 
gibt sicher auch andere :)

von LukiLeu (Gast)


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Pet_Par schrieb:
> Deine LED strahlen Ihren Lichtstrom nicht nur in 120°, sondern eben noch
> weiter. Du nimmst aber an, die LED würden ausschließlich in diesen
> Raumwinkel strahlen!

Ja, das habe ich mir schon gedacht. Ich habe auch schon versucht den 
Winkel bei meiner maximalen Leuchtdichte zu berechnen und dann diesen 
für die anderen Messungen zu verwenden. Dies ergab dann einen Winkel von 
etwa 170°. Allerdings erschien mir dieses Vorgehen irgendwie falsch.

stefan schmitt schrieb:
> An einer Spannungsquelle in Strombegrenzung? oder an einer KSQ als IC
> zum Beispiel LM3404?

Die ganze Schaltung ist an einem Netzgerät angehängt. Die 
Strombegrenzung liegt bei 3A,sollte also ausreichen. Die 
Konstantstromquelle wurde mit Transistoren realisiert (nicht ideal aber 
billig).

stefan schmitt schrieb:
> Leuchtdichte, kenne ich mich
> trotz Lichttechniker, nicht so richtig aus, aber spektrale Informationen
> bekommt man ja da nicht, also wie gesagt in deiner Kiste und relativ
> zueinander überhaupt kein Ding kannst du vergleichen, aber du kannst auf
> garkeinen Fall deine Werte mit Leds oder Lichtquellen ausserhalb deiner
> Kiste vergleichen, weil eben spektrale Informationen fehlen.

Ja da bin ich mir auch nicht sicher, ob dies überhaupt geht. Aber 
vielleicht ist hier ja jemand, welcher sich besser damit auskennt.

von Axel S. (a-za-z0-9)


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LukiLeu schrieb:
> Nun meine Frage, mache ich hier etwas grundsätzliches falsch

Ja. Du nimmst an, die Helligkeit der LED wäre über den gesamten 
Öffnungswinkel konstant. Das ist sie nicht. Üblicherweise ist sie in 
Richtung der optischen Achse maximal und fällt zu den Rändern hin ab. 
Gute Datenblätter haben dazu ein Diagramm.

Wenn du z.B. in Richtung der optischen Achse mißt und dieses Ergebnis 
auf den vollen Öffnungswinkel extrapolierst, dann bekommst du zu große 
Werte. Wenn du weit abseits der Achse mißt und extrapolierst, dann 
bekommst du zu kleine Werte.

Entweder mußt du die geometrische Leuchtdichteverteilung der LED 
berücksichtigen oder (IMHO besser) du mußt die Leuchtdichte über den 
gesamten Austrittswinkel integrieren. Siehe dazu

https://de.wikipedia.org/wiki/Ulbricht-Kugel

von Stefan S. (mexakin)


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LukiLeu schrieb:
> Die ganze Schaltung ist an einem Netzgerät angehängt. Die
> Strombegrenzung liegt bei 3A,sollte also ausreichen. Die
> Konstantstromquelle wurde mit Transistoren realisiert (nicht ideal aber
> billig).


Also die Strombegrenzung ist ja vollkommen egal, wenn hintennach eure 
Stromquelle kommt, ist das mit Transistor und OPAmp so ne 
standartschaltung, naja is auch egal weil die mit sicherheit ein wenig 
abweicht in Abhängigkeit der Eingangsspannung das stimmt schon.

Richtig messen, mit eigenen Si Photodiode, Diffusor vornedran hintendran 
Impedanzwandler, dann bekommst du eine Spannung raus, das ganze müsste 
dann noch kalibriert werden, dann wirds eben kompliziert, aber du weisst 
sicher was rauskommt.

Photodiode eben über sichtbaren Bereich empfindlich.

Naja also am Einfachsten ist sicher deine Vorgehensweise, man muss eben 
immer zwischen MEssfehler und Komplexität abwägen, das musst aber du 
entscheiden.

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