IV Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2012

Светодиодные светильники имеют симметричную диаграмму направленности светового потока с максимумом силы света на оптической оси светильника, поэтому по мере удаления от оси освещенность поверхности уменьшается по двум причинам: пропорционально квадрату расстояния от светильника до поверхности и за счет уменьшения силы света, в соответствии с диаграммой направленности светильника. Это создает дискомфорт при перемещении или работе в помещении и увеличивает время адаптации к освещению.

Решение задачи заключается в достижении равномерного освещения рабочей поверхности путем изменения конструкции корпуса светильника. Поскольку для обеспечения равномерной освещенности необходимо в идеале, чтобы сила света в направлении любого участка рабочей поверхности была пропорциональна квадрату расстояния до этой поверхности, поэтому формирование необходимой диаграммы направленности производят следующим образом. Оптические оси светодиодов, установленных на образующих, находятся в плоскостях, повернутых относительно друг друга на 120º, что позволяет при использовании светодиодов с диаграммой направленности типа «Ламбертиан» и углом излучения на уровне 0,5·I_max, 2θ=120º получить концентрические поверхности равной силы света, где I_max - максимальное значение силы света.  Положение этих поверхностей в пространстве определяет величина телесного угла пространственного конуса.Устройство светильника представлено на рис.1.

Светильник состоит из корпуса 1 выполненного в виде усеченного конуса, основания 2,3 которого соединяют три образующие 4 прямоугольного сечения. На внешнюю обработанную поверхность образующих 4 устанавливают платы 5 с светодиодами 6, оптические оси которых перпендикулярны плоскости соответствующей платы. На каждую образующую 4 над платами 5 устанавливают противоударное стекло 7, выполненное, например, из оптического поликарбоната в форме полуцилиндра, усеченного вдоль, которое защищает от воздействия внешней среды светодиоды 6. На внутренней поверхности корпуса 1 установлены  платы преобразователей, а на наружную поверхность меньшего основания 3 установлена плата с датчиками 8, закрытая противоударным стеклом 9.

Основания конуса 2 и 3 выполнены в виде колец разного диаметра. На большем основании 2 на наружной поверхности выполнено оребрение для увеличения поверхности корпуса, который одновременно является охладителем для светодиодов. Корпус 1 может быть изготовлен методом точного литья из алюминия.

Формирование диаграммы направленности излучения светильника происходит следующим образом. Светодиоды 6, установленные на платах 5, образуют суммарный световой поток. Поскольку платы 5 установлены на наружные поверхности образующих 4, то и суммарные диаграммы направленности светодиодов, установленных на них, соответственно будут ориентированы в пространстве под углом  120º. Причем пересечение диаграмм происходит по уровню близкому к 0,5·I_max.

Результирующая диаграмма направленности излучения светильника примет форму, изображенную на рис.2, по оси абсцисс которой откладываем расстояние R от оптической оси светильника до освещаемой точки при высоте подвеса светильника 4м, а по оси ординат откладываем в относительных единицах значение силы света I/I_max и величину освещенности Е/E_max. Освещенность Е, в соответствии с диаграммой, имеет равномерный участок в пределах рабочей поверхности с радиусом R≈5м. При этом телесный угол, опирающийся на эту поверхность, составляет  около 100º. Изменяя высоту подвеса светильника, телесный угол светового потока не меняется, а изменяются соответственно величина Е освещенности рабочей поверхности  и освещаемая площадь, а именно, при увеличении высоты освещенность снизится, а освещаемая площадь - увеличится.