Dondoo
Makala hii inapendekeza mbinu ya fidia ya joto kwa mchanganyiko wa taa za RGBW LED kulingana na algoriti ya kurithi ya upangaji usio-dominishwa wa haraka (NSGA-II). Mbinu iliyopendekezwa inaweza kufikia fidia kwa mabadiliko yanayosababishwa na joto katika halijoto ya rangi inayohusiana (CCT), usahihi wa rangi (Rf) na index ya gamut ya rangi (Rg) kwa kutabiri usambazaji wa nguvu ya wigo (SPD) kwenye halijoto tofauti.
Matokeo Muhimu: The experimental results show that the fit of the established temperature-spectral model is R²>0.98, and the deviation of the compensated mixing results from the initial state of the light source is less than 10K in CCT; the deviation value of Rf is less than 4% in the range of 2000K-7000K, and less than 2.15% in the range of 3000K-7000K; and the deviation value of Rg in the range of 2000K-7000K is less than 4.46%.
Vipimo Muhimu vya Utendaji
Visanii Vilivyoboreshwa
Urekebishaji wa Joto Unaotegemea NSGA-II
Mbinu hiyo hutumia haraka isiyo-tawala algorithm ya kurithi (NSGA-II) kurekebisha mabadiliko ya rangi ya LED yanayosababishwa na joto, na kufikia uwiano wa juu wa pato katika mabadiliko ya joto.
Uundeshaji Kamili wa Wigo
Inaanzisha muundo wa joto-SPD wa chanakaa cha taa ya LED ya RGBW kwa kupima usambazaji wa nguvu ya wigo kwenye halijoto tofauti, huku maadili ya R² yakiwa zaidi ya 0.98 kwa miundo yote iliyoboreshwa.
Uboreshaji Lengo Mbalimbali
Inaboresha wakati huo huo upungufu wa CCT, usahihi wa rangi (Rf), na faharasa ya gamut (Rg) ikipa kipaombele fidia ya CCT, ikifuatiwa na Rf na Rg.
Fidia Bora Katika Anuwai ya Joto
Mbinu inaendeleza utendakazi thabiti katika anuwai kubwa ya joto (20°C hadi 90°C) na anuwai ya CCT (2000K hadi 7000K), ikipunguza kwa kiasi kikubwa mikengeuko inayosababishwa na mabadiliko ya joto.
Utimilifzi wa Vitendo
Inatumia udhibiti wa mzunguko wa wajibu wa PWM kwa utekelezaji wa vitendo, na mchakato wa fidia umegawanyika katika hatua za fidia ya nguvu ya rangi na fidia ya mwangaza.
Taa ya Mwanga Nyekundu ya LED Inayoathiriwa Zaidi na Joto
Matokeo ya utafiti yanaonyesha taa ya mwanga nyekundu ya LED inaathiriwa zaidi na joto, na thamani ya kilele kwenye 90°C inapungua zaidi ya 60% ikilinganishwa na 20°C, huku taa za mwanga bluu na kijani zikionyesha kupungua kwa 20% na 22% mtawalia.
Muhtasari wa Yaliyomo
Yaliyomo ya Waraka
1. Utangulizi
Teknolojia ya taa inavyozidi kuendelea, watu hawajaridhishwi tena na kutumia taa za LED zenye rangi moja tu kwa ajili ya taa. Zaidi ya watu sasa hupendelea kutumia vyanzo vya mwanga vya LED vinavyoweza kubadilishwa. Chagua tofauti za taa zinaweza kuunda mazingira ya kazi na maisha magumu zaidi. Taa inayofaa inaweza kuongeza tija ya watu na kusababisha kupumzika bora.
Ikilinganishwa na vyanzo vya mwanga vya kitamaduni, vyanzo vya mwanga vya LED vina faida kama vile saizi ndogo, utumiaji wa nishati mdogo na maisha marefu. Hata hivyo, joto ni jambo muhimu linaloathiri ubora wa vyanzo vya mwanga. Moto wa ndani na hali mbaya za nje zinaweza kusababisha mabadiliko katika joto la uendeshaji la LED, na kusababisha mikengeuko ya vigezo na kuathiri utulivu na utendaji wa vyanzo vya mwanga.
Ujiojaji wa vyanzo vya mwanga vya LED zenye halijoto ya rangi inayohusiana (CCT) inayoweza kubadilika unatoa ufumbuzi unaowezekana kwa tatizo la kupungua kwa ubora wa pato la mwanga kutokana na athari za joto. Hivi sasa, utafiti kuhusu vyanzo vya mwanga vya LED zenye CCT inayoweza kubadilika kwa ujumla umegawanyika katika njia tatu:
- Kutumia LED nyeupe mbili zenye CCT tofauti
- Kutumia LED nyingi za rangi moja
- Kutumia mchanganyiko wa LED za rangi moja na LED nyeupe
Makala hii inalenga kuchunguza utendaji bora wa taa za LED za RGBW kwa lengo la kupunguza au hata kuondoa tofauti katika taa za LED zinazosababishwa na joto la LED zenyewe au athari za joto la nje.
Maelezo ya Kijaribio
Kanuni ya Mchanganyiko wa Mwanga wa Rangi Nyingi na Tathmini ya Chanzo cha Mwanga
Rangi ya chanzo cha mwanga na uwezo wake wa kuonyesha kwa usahihi rangi za vitu vilivyoangaziwa hutegemea usambazaji wa nguvu ya wigo wa chanzo cha mwanga. Usambazaji wa nguvu ya wigo wa mchanganyiko wa vyanzo vya mwanga vya rangi nyingi ni jumla ya mstari wa usambazaji wao binafsi wa nguvu ya wigo:
SRGBW = Kr * Sr + Kg * Sg + Kb * Sb + Kw * Sw
Mwanga wa LED mweupe kwa kawaida huelezewa kwa kutumia joto la rangi. Joto la rangi linafafanuliwa kama halijoto ambayo mwili mweusi hutoa mwanga unaofanana na rangi ya chanzo cha mwanga.
Uwezo wa chanzo cha mwanga kuonyesha kwa usahihi rangi za vitu vilivyoangaziwa kwa kawaida hupimwa kwa kutumia kipimo cha kawaida kinachoitwa CIE Color Rendering Index (CRI). Hata hivyo, kadri utafiti kuhusu vyanzo vya mwanga unavyoendelea, CRI imegundulika kuwa na mapungufu katika kutathmini baadhi ya rangi. Kwa hivyo, utafiti huu unatumia Illuminating Engineering Society (IES) Color Fidelity Index (Rf) na Gamut Index (Rg) kama vigezo vya tathmini ya utendaji wa mwanga wa vyanzo vya mwanga.
Fahirisi ya Usahihi wa Rangi na Fahirisi ya Eneo la Rangi hutumia sampuli za rangi 99, ambayo ni pana zaidi kuliko CRI ya kawaida, ambayo kwa kawaida hutumia sampuli za rangi 15, na inaruhusu tathmini kamili zaidi ya utendaji wa rangi wa chanzo cha mwanga.
Uhesabuji wa Rf unatokana na umbali wa Euclidean katika nafasi ya rangi ya J'a'b' kama fomula ya kawaida ya tofauti za rangi katika CAM02-UCS:
ΔElab,i = √((ft,i - fr,i)2 + (at,i - ar,i)2 + (bt,i - br,i)2)
Rg is a measure of chroma which is the ratio of the area of the polygon formed by the average coordinate in each hue angle box to the area of the polygon formed by the reference illuminant:
Rg = 100 * At / Ar
Ili kutoa tathmini ya uwazi zaidi ya matokeo ya mwanga mchanganyiko, mfumo wa kupima kutumika kuweka kiwango matokeo:
S = 100 - cct/10 - 2 * (100 - Rf) - |100 - Rg|
2.2 Uundaji wa Mfumo wa Joto wa Usambazaji wa Nguvu ya Spectral ya LED
Kutokana na sifa asilia za LED, usambazaji wao wa nguvu ya spectral (SPD) hubadilika na joto. Kwa ujumla, kwa LED za RGB, urefu wa wimbi la kilele hupata mabadiliko ya nyekundu, na thamani za kilele hupungua kadiri joto linavyoongezeka.
Utafiti ulipima usambazaji wa nguvu ya spectral ya LED nyekundu, kijani, bluu na nyeupe kwa vipindi vya nyuzi 10°C kutoka 20°C hadi 90°C. LED nyekundu ndiyo iliyoathiriwa zaidi na joto, thamani yake ya kilele kwenye 90°C ikipungua zaidi ya 60% ikilinganishwa na thamani ya kilele kwenye 20°C, na inaonyesha dhahiri mabadiliko ya wimbi kuelekea nyekundu. LED za bluu na kijani zinaathiriwa kwa kiwango kidogo ikilinganishwa na LED nyekundu, lakini thamani zao za kilele pia hupungua kwa 20% na 22% mtawalia.
Ili kuunda muundo wa kihisabati wa SPD kwa kila LED, muundo wa Gaussian hutumika kwa LED za rangi moja, na vigezo vinavyohitaji kubainika: thamani ya kilele, urefu wa wimo la kilele, na upana kamili wa nusu ya kilele (FWHM). LED nyeupe kwa kawaida huwa na vilele viwili, kwa hivyo muundo wa Gaussian maradufu hutumika kuzielezea.
Baada ya kuanzisha muundo, SPD ya vyanzo vya mwanga vya LED inaweza kuwakilishwa na vigezo vitatu: thamani ya kilele, urefu wa wimo la kilele, na upana kamili wa nusu ya kilele (FWHM). Kwa kufanya mlinganyo wa mstari wa vigezo hivi kwenye joto tofauti, uhusiano kati ya SPD na joto hupatikana.
Uthibitishaji wa mfano unaonyesha kuwa matokeo yaliyohesabiwa kwa kutumia mfano yanafanana sana na usambazaji halisi wa nguvu za wigo, huku R² ikiwa kubwa kuliko 0.98.
3. Results and Discussion
3.1 Effect of Temperature on Light Mixing Results
Lengo la fidia ya joto ya LED ni kuweka pato la mwanga iwe thabiti iwezekanavyo ndani ya anuwai ya joto lengwa. Kwanza, matokeo ya kuchanganya mwanga ya chanzo cha mwanga cha RGBW LED kwenye 20°C hupatikana kama hali ya awali.
Kadiri joto linavyoongezeka, kutumia wakati wa kuwasha LED moja kwa moja kwa kuchanganya mwanga bila fidia ya joto kunaweza kusababisha mabadiliko makubwa. Tatizo kuu linalosababishwa na ongezeko la joto ni kuongezeka kwa halijoto ya rangi ya chanzo cha mwanga, na utendaji wa Rg na Rf ni wa chini kidogo kwenye halijoto nyingi za rangi.
Matokeo ya Mchanganyiko wa LED ya RGBW kwenye Joto la 20°C
| CCT (K) | Rf | Rg | Red | Kijani | Bluu | Nyeupe |
|---|---|---|---|---|---|---|
| 2000 | 34.36 | 170.06 | 0.3809 | 0.0129 | 0 | 0.6061 |
| 3000 | 74.55 | 107.11 | 0.1458 | 0.0745 | 0 | 0.7796 |
| Elfu nne | Themanini na saba sifuri tano | Mia moja na tano sita saba | 0.0907 | 0.1412 | 0.0358 | 0.7320 |
| 5000 | Tisini na moja nukta tisa sita | Mia moja na tano nukta moja nne | 0.0476 | 0.1466 | 0.0839 | 0.7218 |
| 6000 | 92.59 | 102.26 | 0.0512 | 0.2541 | 0.0834 | 0.6112 |
| 7000 | 90.49 | 100.00 | 0.0787 | 0.3309 | 0.0975 | 0.4927 |
Ikilinganisho na 20°C, kwenye 55°C mkengeuko upeo wa CCT = 2000K, thamani ya mkengeuko ni 333K, mkengeuko upeo wa Rf = 15.95, mkengeuko upeo wa Rg = 34.5. Ikilinganisho na 20°C, kwenye 85°C mkengeuko upeo wa CCT = 6500K, mkengeuko upeo wa Rf = 31.94, na mkengeuko upeo wa Rg = 53.7.
3.2 Temperature Compensation of the LED Light Source
Mchakato wa fidia umegawanyika hatua kuu mbili: fidia ya nguvu ya rangi na fidia ya mwangaza. Kwanza, ili kudumisha uthabiti wa rangi ya toa mwanga iwezekanavyo, matokeo ya fidia ya joto yanapaswa kuwa karibu iwezekanavyo na hali ya awali ya matokeo ya kuchanganya mwanga.
Non-dominated Sorted Genetic Algorithm (NSGA-II) inatumiwa kwa uboreshaji wa malengo mengi. Lengo ni kuboresha upungufu, Rf na Rg kati ya joto la rangi iliyochanganywa na joto lengwa la rangi kwa kudhibiti kila LED ya rangi kwa kubadilisha mzunguko wa wajibu wa PWM.
Vigezo vya algorithm vimewekwa kama: ukubwa wa awali wa idadi ya watu M=30, mwisho wa vizazi vya mageuzi G=300, uwezekano wa kuvuka Pc=0.8, uwezekano wa mabadiliko Pm=0.1.
Kipaumbele cha lengo la ukamilifu kimewekwa kama: fidia ya upungufu wa CCT kwanza, ikifuatiwa na fidia ya Rf na mwishowe fidia ya Rg. Chini ya lengo hili, upungufu wa joto la rangi ya chanzo cha mwanga kutoka kwa joto la rangi lengwa kawaida huwa ndani ya 10K.
Rf pia inaweza kuwa karibu sana na utendaji, na maadili ya upungufu yote yakiwa chini ya 3. Katika 55°C, upungufu wa Rf katika kiwango cha 2000K-7000K ni chini ya 4%, na upungufu wa Rf katika kiwango cha 3000K-7000K ni chini ya 2.15%. Katika 85°C, upungufu wa Rf ni chini ya 6% katika kiwango cha 2000K-7000K na chini ya 2.21% katika kiwango cha 3000K-7000K.
Rg ina kipaumbele kidogo cha fidia na ina mkengeuko mdogo zaidi ukilinganisha na CCT na Rf, lakini maadili ya mkengeuko kwa kawaida pia ni chini ya 5. Mkengeuko wa Rg ni chini ya 4% kwenye 55°C na chini ya 4.46% kwenye 85°C.
Baada ya fidia ya rangi kukamilika, fidia ya mwangaza hufanywa ili kufanya ukubwa wa mwanga wa chanzo uendane na ule kabla ya fidia ya rangi.
4. Conclusion
Taa za LED zenye rangi nyingi zilizochanganywa zinawakilisha mwelekeo wa baadaye katika tasnia ya taa. Kulingana na athari za kuangazia, ugumu wa udhibiti na masuala ya gharama, suluhisho za kawaida za taa za LED zenye rangi nyingi zilizochanganywa katika soko ni halijoto ya rangi mbili pamoja na RGBW.
Kwa sababu ya sifa za LED yenyewe, usambazaji wa nguvu za mwanga wa LED wa rangi tofauti utazalisha mabadiliko ya kiwango tofauti wakati joto linapoinuka. Utafiti huu unatengeneza mfano wa uhusiano wa usambazaji wa nguvu za mwanga wa LED na joto, na unatumia algoriti ya NSGA-II kulipa fidia halijoto ya wigo wa LED za RGBW kulingana na nadharia ya mwingiliano wa wigo, kwa lengo la kufanya athari za mwanga wa LED katika halijoto tofauti ziendane.
Kipa cha kulipa kwa kila kigezo cha mwanga wa toa mwanga ni joto la rangi kwanza, Rf pili, na Rg mwisho. Matokeo yanaonyesha kuwa katika kundi lililochaguliwa la vyanzo vya mwanga, upungufu wa CCT ni chini ya 10K; thamani ya upungufu wa Rf katika safu ya 2000K-7000K ni chini ya 4%, safu ya 3000K-7000K ni chini ya 2.15%; thamani ya upungufu wa Rg katika safu ya 2000K-7000K ni chini ya 4.46%.
Kwa matumizi tofauti tofauti, vipa tofauti vya malipo vinaweza kudhibitiwa ili kufikia athari ya taa inayotakiwa.
Marejeo
Orodha kamili ya marejeo inapatikana kwenye hati ya PDF. Marejeo muhimu yanajumuisha kazi juu ya athari za joto za LED, vipimo vya uonyeshaji rangi, mchanganyiko wa LED zenye rangi nyingi, na matumizi ya algorithimu ya jenetiki katika matatizo ya uboreshaji.
Kumbuka: Hapo juu ni muhtasari wa maudhui ya karatasi ya utafiti. Waraka kamili una data nyingi za majaribio, miundo ya kihisabati, taswira, na uchambuzi wa kina. Tunapendekeza upakue PDF kamili kwa usomaji wa kina.