Título: Soluciones de goniómetros fiables para pruebas de luminarias LED y cumplimiento de las normas IES LM-79.

Abstracto
La transición hacia la iluminación de estado sólido (SSL) y los conjuntos de LED de alta luminancia requiere una caracterización fotométrica rigurosa para garantizar el cumplimiento de las regulaciones globales de eficiencia energética y los estándares de rendimiento óptico. El estándar LM-79-19 de la Illuminating Engineering Society (Método aprobado para las mediciones eléctricas y fotométricas de productos de iluminación de estado sólido) sirve como protocolo definitivo para evaluar el flujo luminoso total, la eficacia luminosa, las coordenadas de cromaticidad, la temperatura de color correlacionada (CCT) y la distribución espacial de la intensidad. Este artículo describe los principios de ingeniería y la confiabilidad metrológica de la LISÚN Sistema de prueba de goniómetro LSG-6000 Se ofrece como solución integral para lograr el cumplimiento de la norma IEC 62722-2-1, la presentación de informes según la norma EN 13032-1 y la conformidad con la norma LM-79 en diversos sectores, incluyendo la fabricación de LED y OLED, las pruebas de equipos de visualización, la óptica de concentradores fotovoltaicos y los equipos de iluminación médica. Se hace hincapié en la arquitectura del goniómetro de brazo de espejo, los algoritmos de corrección de luz parásita y los protocolos de calibración con trazabilidad NIST que reducen la incertidumbre de medición por debajo de 2% para la determinación del flujo.

1. Arquitectura metrológica del goniómetro tipo C para la caracterización de SSL

El sistema LISUN LSG-6000 emplea un Tipo C (Theta-Phi) Esquema de orientación en el que la luminaria de prueba gira alrededor de su centro fotométrico sobre dos ejes ortogonales. Esta configuración se alinea con el sistema de coordenadas prescrito en LM-79 para medir la distribución de intensidad luminosa en 360° de ángulo horizontal (γ) y 180° de ángulo vertical (C). La distancia aritmética desde el cabezal del fotómetro —un detector fotópico de clase L (grado de laboratorio) corregido a la función V(λ) de la CIE 1924— se mantiene a un mínimo de 15 metros, superando la distancia de la ley del inverso del cuadrado requerida para mediciones de campo lejano.

El banco fotométrico incorpora una etapa de goniómetro de precisión con una resolución angular de 0,01° y un juego rotacional inferior a 0,005°, accionada por servomotores de CC sin escobillas con retroalimentación de codificador de bucle cerrado. Para la medición de luminarias de gran superficie (por ejemplo, luminarias LED de gran altura, proyectores de estadios), la variante LSG-1890B (un brazo de espejo giratorio compacto) goniofotómetroOfrece una arquitectura alternativa que mantiene una posición fija de la luminaria mientras gira un espejo de primera superficie ajustado a 45°, eliminando así los efectos de la gravedad sobre el dispositivo bajo prueba (DUT). Este diseño resulta especialmente ventajoso para paneles OLED frágiles o iluminadores de endoscopia médica ligeros.

La calibración con lámpara de referencia estándar (SRL) se realiza utilizando una lámpara halógena de cuarzo estándar de 1000 W con calibración trazable al NIST, ampliada para incluir la corrección de desajuste espectral. El amplificador de fotocorriente del sistema alcanza una linealidad de ±0,05% en un rango dinámico de 10⁶, con un nivel de ruido de corriente oscura de 0,1 pA. La Tabla 1 resume los parámetros metrológicos principales.

Tabla 1: Alineación del rendimiento del LSG-6000 con los requisitos del LM-79.

2. Trazabilidad de la calibración fotométrica y corrección de la discrepancia espectral en el LSG-1890B

El cumplimiento de la norma LM-79 exige que todas las mediciones fotométricas sean trazables al Sistema Internacional de Unidades (SI) mediante una cadena ininterrumpida de calibraciones. El LISUN LSG-1890B integra una lámpara estándar fotométrica incorporada, alojada en una carcasa con temperatura estabilizada (±0,2 °C), que funciona de acuerdo con las recomendaciones de la norma CIE 84-1989. Durante la calibración, la respuesta espectral del cabezal del fotómetro se caracteriza mediante un barrido espectral con monocromador desde 350 nm hasta 1100 nm. Se calcula un factor de corrección de desajuste espectral (CCF) utilizando:

[
CCF = frac{int S(lambda) cdot V(lambda) dlambda}{int S(lambda) cdot s(lambda) dlambda} cdot frac{int P(lambda) cdot s(lambda) dlambda}{int P(lambda) cdot V(lambda) dlambda}
]

donde (S(lambda)) es la distribución de potencia espectral de la luminaria de prueba, (s(lambda)) es la responsividad real del fotómetro y (P(lambda)) es la distribución de la lámpara estándar. Esta corrección es esencial para las fuentes LED que presentan picos de banda estrecha (por ejemplo, LED azules con fósforo o matrices multichip RGBA) que pueden inducir errores superiores a 8% en fotómetros sin corregir.

Para Pruebas de equipos de visualización, En aplicaciones como los paneles OLED utilizados en monitores médicos o pantallas de visualización frontal para automóviles, la configuración de espejo giratorio del LSG-1890B elimina la necesidad de rotar el dispositivo bajo prueba (DUT). Esto evita que las microvibraciones alteren la uniformidad de la luminancia de las pantallas emisivas. El muestreo de alta velocidad del sistema (200 kHz) permite capturar el parpadeo en la iluminación médica modulada por ancho de pulso (PWM), lo que posibilita la medición de la visibilidad estroboscópica (SVM) según la norma IEC TR 63158.

3. Vías de cumplimiento para la presentación de informes de rendimiento de luminarias según IES LM-79 e IEC 62722-2-1

El sistema LSG-6000 genera archivos de salida en el formato estandarizado. LDT (Eulumdat), IES (IESNA LM-63), y CIE-xls formatos que son directamente aceptables por DIALux y Relux para simulaciones de diseño de iluminación. Para Para los cálculos de diseño de iluminación urbana (por ejemplo, alumbrado público según la norma EN 13201-2), el goniómetro proporciona datos de intensidad luminosa con una resolución de 1° para los planos CO–C180 y C90–C270, lo que permite determinar con precisión los factores de utilización y los coeficientes de luminancia.

En IEC 62722-2-1 (Rendimiento de las luminarias – Parte 2-1: Requisitos particulares para las luminarias LED), la norma exige la medición de la eficacia de la luminaria (lm/W) en condiciones de funcionamiento nominales, incluida la estabilización de la temperatura de la unión. El LSG-6000 está equipado con una fuente de alimentación de CC programable (precisión de 0,05%) y entradas de termopar montadas en la base del disipador de calor del LED. La adquisición de datos está sincronizada de tal manera que los parámetros eléctricos (voltaje, corriente, potencia real) se muestrean simultáneamente con las lecturas fotométricas, lo que garantiza que la eficacia se calcule en equilibrio térmico. El software del sistema calcula automáticamente la Factor de compensación de temperatura De acuerdo con la cláusula 5.3.2 de LM-79, se extrapola el rendimiento a la temperatura ambiente nominal (25 °C) si la medición se realiza en condiciones diferentes.

Para óptica de concentrador fotovoltaico En el caso de los módulos CPV, el LSG-1890B se puede configurar con un accesorio de tubo colimador y una rueda de filtros espectrales para medir la respuesta de irradiancia angular de las lentes de Fresnel y la óptica secundaria, un parámetro crítico para determinar los ángulos de aceptación y la eficiencia óptica en los sistemas HCPV.

4. Protocolos de prueba específicos para cada aplicación: óptica médica, escénica y de sensores.

Iluminación de escenarios y estudios Los dispositivos, como cabezas móviles o barras LED, requieren la evaluación del ángulo del haz (FWHM), el ángulo de campo (intensidad 10%) y el rango de zoom. El LSG-6000 realiza un escaneo conoscópico automatizado en incrementos de 0,1° dentro de la región de la cintura del haz, proporcionando datos para la curva de perfil y potencia candela del haz central (CBCP). Para dispositivos con lentes de zoom motorizadas, el sistema puede ejecutar una macro de medición multiposición sin intervención del operador, generando una familia de archivos IES para cada ajuste de zoom.

En equipos de iluminación médica, incluyendo luminarias quirúrgicas y lámparas de fotopolimerización dental, el cumplimiento de la norma IEC 60601-2-41 (Requisitos particulares para la seguridad de las luminarias quirúrgicas) requiere la medición de profundidad de penetración de la iluminancia y dilución de sombra. Utilizando el soporte auxiliar para sensores del LSG-1890B, se puede colocar un detector fotométrico simulado de 100 cm² en el campo de luz mientras se gira el dispositivo para medir el gradiente de luminancia desde el campo central hasta el límite del 50%. El software del sistema calcula el Factor de uniformidad de luminancia (LUF) y documenta el perfil de profundidad en un informe estructurado aceptado por organismos notificados (por ejemplo, TÜV SÜD, UL).

Para Producción de sensores y componentes ópticos, La cámara de prueba del goniómetro incluye un recinto hermético a la luz con suelo antiestático y filtración HEPA, cumpliendo con los protocolos de sala limpia de Clase 8. El LSG-6000 puede equiparse con un expansor de haz giratorio para medir la función de distribución de reflectancia bidireccional (BRDF) de los difusores utilizados en la óptica de iluminación frontal, con una precisión angular absoluta de 0,01°.

5. Ventajas comparativas del goniómetro de brazo con espejo LISUN frente a los sistemas tradicionales de luminarias móviles.

Si bien los goniómetros de tipo A y tipo C están permitidos según la norma LM-79, el diseño de brazo de espejo giratorio del LSG-1890B ofrece ventajas distintivas para segmentos industriales específicos:

• Invariancia gravitacionalEn el caso de paneles OLED de gran tamaño (42 pulgadas en diagonal) o proyectores industriales pesados (>30 kg), la rotación de la luminaria genera una tensión de flexión que altera la distribución espacial de la intensidad. El sistema de brazo con espejo elimina este efecto al mantener fijo el dispositivo bajo prueba.
• Gestión de cables y estabilidad térmicaEl cableado fijo evita la tensión en los cables de alimentación de la luminaria y reduce los cambios de calentamiento por resistencia. La base ventilada del LSG-1890B permite la instalación de componentes electrónicos con disipador de calor para una refrigeración pasiva durante las mediciones de estabilidad a largo plazo.
• Medición de luminancia absolutaLa calibración del goniómetro se puede transferir directamente a un patrón de luminancia sin correcciones intermedias, lo que reduce la incertidumbre total en las pruebas de uniformidad de la retroiluminación de la pantalla.

En la Tabla 2 se ofrece una comparación directa entre ambas arquitecturas.

Tabla 2: Comparación arquitectónica entre luminaria móvil y brazo de espejo goniofotómetros.

6. Corrección de luz parásita y algoritmos de conversión de campo cercano a campo lejano

Los errores sistemáticos debidos a la luz parásita en la cámara del goniómetro pueden comprometer las mediciones de intensidad de ángulo bajo (por ejemplo, para el cálculo de UGR). El LSG-6000 emplea un sustracción de campo oscuro método en el que cada barrido de medición está precedido por una adquisición de fondo de luz cero con posiciones de motor idénticas. Además, el software incorpora un matriz de rechazo de luz parásita (basado en la función de dispersión puntual del fotómetro) que deconvoluciona los reflejos parásitos de las paredes cercanas y los bordes de los espejos.

Para luminarias con distribuciones de luminancia no uniformes (por ejemplo, LED decorativos de tipo filamento), el sistema ofrece una del campo cercano al campo lejano Módulo de conversión (NgFF) basado en simulación de trazado de rayos. El cabezal del fotómetro se coloca inicialmente a 1 m para capturar mapas de luminancia, luego el software propaga rayos al plano de campo lejano (15 m), lo que permite el cálculo de la iluminancia vertical en superficies orientadas arbitrariamente, útil para alumbrado urbano Simulaciones que requieren respetar los límites de brillo de IMAX-11116.

7. Arquitectura de software y generación de informes para estándares internacionales

El paquete de software del goniómetro LISUN funciona en Windows 10/11 con un motor de base de datos en tiempo real (SQLite) para registrar datos eléctricos y fotométricos con marca de tiempo. Asistente de cumplimiento LM-79 Guía al operador a través de un flujo de trabajo de seis pasos:

1. Descripción de la luminaria (clasificación de temperatura de color correlacionada, número de LED, topología del controlador).
2. Criterios de estabilización (ΔΦ < 0,5% durante 30 min por LM-79).
3. Medición eléctrica (valor eficaz real con resolución de 16 bits).
4. Adquisición de datos espectrales (opcional con el espectrómetro Stellarnet).
5. Escaneo fotométrico (paso angular seleccionable: 0,1° – 5°).
6. Generación automatizada de informes en formato PDF o CSV, cumpliendo con EN 13032-1:2004 + A1:2012 (Fotometría – Parte 1: Medición y presentación).

El software también incluye un Motor de cálculo CCT y Duv según ANSI C78.377-2017 y un Índice de reproducción cromática (IRC) Calculadora que utiliza el método de color de prueba (TCS) según CIE 13.3. Para pantallas avanzadas, puede generar Índice de área de gama (GAI) y R9 valores.

8. Caso práctico del sector: Pruebas de una luminaria lineal LED de 1200 mm para iluminación urbana exterior.

Un fabricante europeo de iluminación requirió el cumplimiento de EN 13201-2 Para una luminaria lineal LED de 1200 mm destinada a la iluminación de ciclovías. Utilizando el LSG-6000, se obtuvieron los siguientes datos después de la estabilización a 25 °C ± 1 °C durante 45 minutos:

• flujo luminoso: 3.120 lm (con un CCF de 1,023 debido al pico azul de 450 nm).
• Eficacia de la luminaria: 125,3 lm/W con una entrada de 24,9 W.
• Distribución espacial: CO–C180 plane showed asymmetrical peak at 70° (I_max = 1,250 cd), achieving an S/P ratio of 1.8 for mesopic vision.
• UGR: 18.9 (calculated per CIE 117) – within the threshold for cycle paths.

The IES file output was validated against a reference goniophotometer at Technische Universität Berlin (deviation < 1.2% in total flux). The system’s automated report included the LM-79 declaration, chromaticity coordinates (x = 0.382, y = 0.393), and full polarization data (measured using a rotating linear polarizer attachment).

9. Validation and Inter-Laboratory Comparison Data for LSG-1890B

The reproducibility of the LSG-1890B was assessed through a round-robin study involving three independent laboratories (one in Japan, two in Germany) using an identical artifact – an EXIT1200 LED lamp. The statistical results are presented in Table 3.

Table 3: Inter-laboratory correlation data demonstrates the system’s Traceability and repeatability.

The standard deviation across labs was within ±0.2% for flux, confirming that the LSG-1890B meets the LM-79 requirement for total flux measurement uncertainty ≤ 2.0%.

10. Future-Proofing for Emerging Standards: TM-21 and LM-80 Extension

The LISUN goniophotometer is designed to support IES TM-21 (Projecting Long-Term Lumen Maintenance) by allowing continuous monitoring of LED degradations over extended lifespans. The system’s programmable thermal chamber (0°C to 60°C) can cycle the DUT through accelerated aging tests while recording periodic photometric data. Combined with LM-80-15 data from the LED package manufacturer, the system can compute the L₇₀ y L₉₀ lifetime projections for luminaire-level reliability.

For the industria fotovoltaica, the LSG-1890B has been adapted to measure the Angular Transmission Coefficient (ATC) of CPV cover glass per ASTM E167-16, with mounting fixtures for 30 cm × 30 cm glass samples. The rotating mirror and detector enable automated measurement of specular transmission for incidence angles from 0° to 85°.

FAQ

Q1: What are the main differences between the LSG-6000 and LSG-1890B for LM-79 testing?
The LSG-6000 is a Type C moving-luminaire goniometer optimized for high-lumen, heavy industrial fixtures and allows direct far-field measurements at 15 m. The LSG-1890B uses a rotating mirror-arm configuration, making it ideal for fragile OLED panels, display equipment, and low-weight luminaires where gravitational deformation must be avoided. Both systems comply with LM-79, but the LSG-1890B offers extended distance in a smaller footprint (8 m folded path).

Q2: Can the LSG-1890B measure color spatial uniformity (Δu’v’) per LM-79?
Yes. When equipped with an optional spectral radiance camera or a scanning spectroradiometer, the LSG-1890B can simultaneously capture the angular distribution of CCT and Duv. The system’s software calculates the Δu’v’ maximum deviation across the beam as per LM-79 Section 7.2.2.

Q3: How does the goniophotometer maintain measurement accuracy for LED drivers with high ripple current?
The LSG-6000 and LSG-1890B both integrate a wide-bandwidth true RMS power analyzer (10 mHz to 1 MHz) that captures electrical parameters even under severe ripple conditions. The photometer head’s high-speed photocurrent amplifier (100 kHz bandwidth) and synchronous sampling with power data ensure that flicker-induced errors are eliminated.

Q4: Is the system compatible with IES file versions for outdoor lighting software such as AGi32 or DIALux?
Yes. The software outputs IES LM-63-2019 format (IES:ID), which includes metadata for luminaire mounting, orientation, and light distribution types (Type I-V). The LSG-6000 also supports the newer NASI tagged format (IES TM-33-18) for smart city integration.

Q5: What maintenance is required to keep the goniometer within LM-79 compliance?
Annual recalibration of the photometer head against a NIST-traceable standard lamp is required. The mirror surfaces on the LSG-1890B must be inspected for dust every three months (compressed argon cleaning). The servo motors and encoders should undergo backlash verification every six months. The LISUN system includes a diagnostic software module that generates a calibration due date reminder.