JJF 2171-2024 小功率LED光强计校准规范

中华人民共和国国家计量技术规范
JJF2171—2024
小功率LED 光强计校准规范
CalibrationSpecificationforLowPowerLED
AverageLuminousIntensityMeters
2024-10-19发布2025-04-19实施
国家市场监督管理总局 发布
小功率LED 光强计
校准规范
CalibrationSpecificationforLowPower
LEDAverageLuminousIntensityMeters
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JJF2171—2024
归口单位:全国光学计量技术委员会
主要起草单位:厦门市计量检定测试院
参加起草单位:中国计量科学研究院
中国测试技术研究院
本规范委托全国光学计量技术委员会负责解释
JJF2171—2024
本规范主要起草人:
康品春(厦门市计量检定测试院)
蒋淑恋(厦门市计量检定测试院)
阮育娇(厦门市计量检定测试院)
参加起草人:
赵伟强(中国计量科学研究院)
闫劲云(中国计量科学研究院)
曾丽梅(中国测试技术研究院)
穆亚勇(中国测试技术研究院)
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目 录
引言……………………………………………………………………………………… (Ⅱ)
1 范围…………………………………………………………………………………… (1)
2 引用文件……………………………………………………………………………… (1)
3 概述…………………………………………………………………………………… (1)
4 计量特性……………………………………………………………………………… (1)
4.1 LED平均发光强度示值相对误差……………………………………………… (1)
4.2 波长示值误差……………………………………………………………………… (1)
4.3 色品坐标示值误差………………………………………………………………… (2)
5 校准条件……………………………………………………………………………… (2)
5.1 环境条件…………………………………………………………………………… (2)
5.2 测量标准及其他设备……………………………………………………………… (2)
6 校准项目和校准方法………………………………………………………………… (2)
6.1 校准前的检查……………………………………………………………………… (2)
6.2 校准项目…………………………………………………………………………… (2)
6.3 校准方法…………………………………………………………………………… (2)
7 校准结果表达………………………………………………………………………… (4)
8 复校时间间隔………………………………………………………………………… (4)
附录A 小功率LED光强计校准证书内页推荐格式……………………………… (5)
附录B 小功率LED光强计校准原始记录推荐格式………………………………… (6)
附录C 测量结果的不确定度评定示例……………………………………………… (9)
附录D LED平均发光强度测量的光谱失配修正…………………………………… (14)
Ⅰ
JJF2171—2024
引 言
JJF1001—2011《通用计量术语及定义》、JJF1032—2005 《光学辐射计量名词术语
及定义》、JJF1059.1—2012 《测量不确定度评定与表示》和JJF1071—2010《国家计量
校准规范编写规则》共同构成支撑本规范制定的基础性系列规范。
本规范为首次发布。
Ⅱ
JJF2171—2024
小功率LED 光强计校准规范
1 范围
本规范适用于测量单颗小功率发光二极管的光强计(以下简称LED光强计)的校
准,测量范围为(0.1~100)cd,其他测量范围的LED光强计可参照本规范执行。
2 引用文件
本规范引用下列文件:
JJF1501—2015 小功率LED单管校准规范
CIE127:2007 LED测量(MeasurementofLEDs)
凡是注日期的引用文件,仅注日期的版本适用于本规范;凡是不注日期的引用文
件,其最新版本(包括所有的修改单)适用于本规范。
3 概述
LED光强计是用于测量LED光度特性的仪器,可在CIE127:2007规定的标准条
件下测量LED平均发光强度。LED光强计一般由LED供电夹持装置、光度探头组成,
光度探头有效接收面积为100mm2。LED前端面与光度探头接收面的距离d 为316mm
时,测得的发光强度为CIE标准条件A (远场)下的LED平均发光强度值;距离d 为
100mm 时为CIE标准条件B (近场)下的LED平均发光强度值,如图1所示。光度探
头也可采用光谱辐射计代替,用于LED测量的光谱辐射计输出带宽一般不大于2.5nm,
扫描间隔不大于5nm。
图1 LED平均发光强度测量示意图
4 计量特性
4.1 LED平均发光强度示值相对误差
LED光强计的平均发光强度示值相对误差不超过±8%。
4.2 波长示值误差
采用光谱辐射计时,LED光强计的波长示值误差不超过±0.3nm。
1
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4.3 色品坐标示值误差
采用光谱辐射计时,LED光强计的色品坐标示值误差不超过±0.02。
注:以上指标不适用于合格性判定,仅供参考。
5 校准条件
5.1 环境条件
5.1.1 环境温度:(23±3)℃,相对湿度:≤70%。
5.1.2 环境应清洁,无腐蚀性气体,周围无影响测量结果的粉尘、震动、电磁场及杂
散光干扰。
5.2 测量标准及其他设备
5.2.1 LED标准管
用于保持和传递LED管平均发光强度单位cd量值的标准计量器具,包括白、红、
绿、蓝4种颜色,每种颜色至少3支,发光性能稳定,组成标准管组,LED标准管性
能应满足JJF1501中计量特性的相关要求。
5.2.2 直流稳流电源
用于LED标准管的供电,采用直流稳流电源,电源最大输出电压和输出电流均应
分别不小于LED标准管工作电压和工作电流的1.2倍,10min内输出电流变化应小
于0.02%。
5.2.3 波长标准灯
低压汞灯或汞氩灯等谱线灯。
6 校准项目和校准方法
6.1 校准前的检查
6.1.1 LED光强计的外形结构应完好,接通电源,观察仪器是否正常运行。
6.1.2 取放、安装和使用LED标准管时,应戴防尘手套,不得用手直接接触管壳。若
管壳上有污迹,应及时清除。
6.2 校准项目
LED平均发光强度示值相对误差。LED光强计采用光谱辐射计时,校准项目增加
波长示值误差及色品坐标示值误差。
6.3 校准方法
6.3.1 LED平均发光强度示值相对误差
6.3.1.1 LED标准管采用恒流方式供电,测量时控制管电流为额定值,同时监测管电
压。单管点亮后预热不少于3min,发光稳定后,即10s间隔测量读数相对偏差不超过
0.5%后,方可进行测量。
6.3.1.2 按被校LED 光强计的特性,参照CIE127:2007标准条件A 和标准条件B
要求的几何条件,使用被校LED光强计分别测量白、红、绿、蓝等4色LED标准管的
LED平均发光强度值,每支单管测3次,取3次平均值作为测量结果。
6.3.1.3 将各标准管测量结果与其标准值做比较,按式(1)计算LED平均发光强度
2
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示值相对误差。
ΔIi=Ii-Ii0
Ii0 ×100% (1)
式中:
ΔIi———LED平均发光强度示值相对误差;
Ii ———LED平均发光强度测量值,cd;
Ii0 ———LED平均发光强度标准值,cd;
i ———LED标准管的测量序数。
6.3.1.4 按式(2)计算LED光强计的LED平均发光强度修正因子。
ki=Ii0
Ii (2)
式中:
ki———对应单管的LED平均发光强度修正因子。
6.3.1.5 测量时至少使用3支同色标准管,单只管的光强常数相对偏差ηi ≤1.5%,
按式(3)计算,否则该标准管应予重测,重测后仍超出规定,则剔出该标准管,另换
一只标准管进行测量,并重新计算ηi。
ηi = Ii
Ii0
-13
Σ3
i=1
Ii
Ii0 ×100% (3)
式中:
ηi———光强常数相对偏差。
6.3.1.6 LED光强计校准用的LED标准管和测量的LED管存在不同的相对光谱功率
分布时,按附录D进行光谱失配修正。
6.3.2 波长示值误差
使用被校LED 光强计分别测量波长标准灯的各特征波长,每个特征波长测3次,
取3次平均值作为测量结果,将各测量结果与其标准值做比较,按式(4)计算出各特
征波长点的示值误差。
Δλi=λi-λi0 (4)
式中:
Δλi———波长示值误差,nm;
λi ———各特征波长测量值,nm;
λi0 ———相应特征波长的标准值,nm。
测量时至少选择3个特征波长,所选波长尽量与LED波长接近。
6.3.3 色品坐标示值误差
6.3.3.1 使用被校LED光强计分别测量白、红、绿、蓝等4色LED标准管的色品坐
标值,每支单管测3次,取3次平均值作为测量结果。
6.3.3.2 将各测量结果与其标准值做比较,按式(5)、式(6)计算出各标准灯的色品
坐标示值误差。
Δxi=xi-xi0 (5)
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式中:
Δxi———LED色品坐标x 示值误差;
xi ———LED色品坐标x 测量值;
xi0 ———LED色品坐标x 标准值。
Δyi=yi-yi0 (6)
式中:
Δyi———LED色品坐标y 示值误差;
yi ———LED色品坐标y 测量值;
yi0 ———LED色品坐标y 标准值。
7 校准结果表达
校准结果应在校准证书上反映。校准证书内页推荐格式见附录A。校准证书应至少
包含以下内容:
a)标题:“校准证书”;
b)实验室名称和地址;
c)进行校准的地点(如果与实验室地址不同);
d)证书的唯一性标识(如编号),每页及总页数标识;
e)客户的名称和地址;
f)被校对象的描述和明确标识;
g)进行校准的日期,如果与校准结果的有效性和应用有关时,应说明被校对象的
接收日期;
h)如果与校准结果的有效性或应用有关时,应对被校样品的抽样程序进行说明;
i)校准所依据的技术规范的标识,包括名称及代号;
j)本次校准所用测量标准的溯源性及有效性说明;
k)校准环境的描述;
l)校准结果及其测量不确定度的说明;
m)对校准规范的偏离的说明;
n)校准证书签发人的签名、职务或等效标识;
o)校准结果仅对被校对象有效的声明;
p)未经实验室书面批准,不得部分复制证书的声明。
8 复校时间间隔
LED光强计的复校时间建议为1年。如果发现测量结果异常时,应随时进行校准。
使用者可根据实际使用情况自主决定复校时间间隔。
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附录A
小功率LED 光强计校准证书内页推荐格式
校准结果:
LED 平均发光强度
CIE标准条件A
(d=316mm)
LED
类型
标准值
cd
测量值
cd
示值相对
误差
%
修正因子
k
示值相对误差
扩展不确定度
U (k=2)
白光
红光
绿光
蓝光
CIE标准条件B
(d=100mm)
白光
红光
绿光
蓝光
波长与LED 色品坐标
波长
标准值
nm
测量值
nm
示值误差
nm
示值误差扩
展不确定度
U (k=2)
色品
坐标
LED
类型
标准值测量值示值误差
x y x y x y
示值误差扩展
不确定度
U (k=2)
白光
红光
绿光
蓝光
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附录B
小功率LED 光强计校准原始记录推荐格式
客户名称客户地址
样品
名称型号规格
制造厂出厂编号
标准
器
名称型号/编号技术特征溯源机构证书编号证书有效至
技术依据
温度: ℃
相对湿度: %
校准地点证书编号
校准员核验员接收日期
校准日期核验日期发布日期
校准结果:
1.LED平均发光强度
CIE标准
条件A
(d=316mm)
LED
标准管
标准值
cd
测量值
cd
测量
平均值
cd
示值
相对误差
%
修正因子
k
示值相对
误差扩展
不确定度
U (k=2)
白光
红光
绿光
蓝光
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(续)
CIE标准
条件B
(d=100mm)
LED
标准管
标准值
cd
测量值
cd
测量
平均值
cd
示值
相对误差
%
修正因子
k
示值相对
误差扩展
不确定度
U (k=2)
白光
红光
绿光
蓝光
光强常
数相对
偏差
ηi
LED标准管
标准值
cd
测量值
cd 光强常数相对偏差
白光
红光
绿光
蓝光
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2. 波长与LED色品坐标(测量条件: )
波长
标准值
nm
测量值
nm
测量平均值
nm
示值误差
nm
示值误差扩
展不确定度
U (k=2)
色品
坐标
LED
类型
标准值测量值测量平均值示值误差
x y x y x y x y
示值误差扩
展不确定度
U (k=2)
白光
红光
绿光
蓝光
备注:
8
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附录C
测量结果的不确定度评定示例
C.1 LED平均发光强度示值相对误差测量结果的不确定度评定示例
C.1.1 校准方法
按照本规范的要求和步骤,采用标准LED 单管对LED 光强计进行校准,取LED
平均发光强度示值相对误差值作为测量结果。
C.1.2 测量模型
建立测量模型:
ΔI=I-I0
I0 ×100% (C.1)
式中:
ΔI ———LED平均发光强度示值相对误差;
I ———LED平均发光强度测量值;
I0 ———LED平均发光强度标准值。
对式(C.1)求偏导数,则灵敏系数:
c1=1 I0 ,c2=-I
I02
C.1.3 不确定度分量评定
C.1.3.1 测量重复性引入的标准不确定度评定
用被校LED光强计对标准LED单管进行10次独立重复测量,以白光LED单管为
例,测量数据如表C.1所示。根据贝塞尔公式计算单次测得值的实验标准偏差。
s(I)= 1 n -1Σn
i=1(Ii -I)2 (C.2)
u1(I)=s(I)=0.0016cd (C.3)
表C.1 重复性测量数据
单位:cd
校准点测量值平均值标准偏差
1.409 1.406 1.409 1.405 1.406 1.406 1.4064 0.0016
1.408 1.404 1.408 1.407 1.405
C.1.3.2 标准LED单管上级溯源引入的标准不确定度评定
上级溯源标准LED 单管平均发光强度值的引入的相对扩展不确定度为3.0%,
k=2,则标准LED单管上级溯源引入的标准不确定度估计为:
u2(I0)=1.409cd×3.0%
2 ≈0.0212cd (C.4)
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C.1.3.3 电测系统引入的标准不确定度评定
电测系统供给LED管的电流与真实值有一定差异,估计最大差异可达0.1%,认
为服从均匀分布,u(A)=0.1%
3 ≈0.0577%,根据经验,电流变化1%导致光度的变化
为6%,则电测系统引入的标准不确定度估计为:
u3(I0)=6×u(A)=1.409cd×6×0.0577%≈0.0049cd (C.5)
C.1.4 合成标准不确定度
标准不确定度分量列表如表C.2所示。
表C.2 标准不确定度分量列表
不确定度来源
输入量的标准
不确定度/cd
灵敏
系数
标准不确
定度分量/%
u1(I) 测量重复性引入的标准不确定度0.0016 c1 0.12
u2(I0) 标准器溯源引入的标准不确定度0.0212 c2 -1.51
u3(I0) 电测系统引入的标准不确定度0.0049 c2 -0.35
由于各标准不确定度分量不相关,故合成标准不确定度为:
uc(ΔI)= u12(I)+u22(I0)+u33(I0)≈1.6% (C.6)
C.1.5 扩展不确定度
取k=2,故扩展不确定度为:
U(ΔI)=k·uc(ΔI)=3.2% (C.7)
C.2 波长示值误差测量结果的不确定度评定示例
C.2.1 测量方法
按照本规范的要求和步骤,用谱线灯对LED光强计进行校准,取波长示值误差值
作为测量结果。
C.2.2 测量模型
建立测量模型:
Δλ=λ-λ0 (C.8)
式中:
Δλ ———波长示值误差;
λ ———波长测量值;
λ0 ———波长标准值。
对式(C.8)求偏导数,则灵敏系数:
c1=1,c2=-1
C.2.3 不确定度分量评定
C.2.3.1 测量重复性引入的标准不确定度评定
用被校LED光强计对谱线灯进行10次独立重复测量,以校准点404.66为例,测
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量数据如表C.3所示。根据贝塞尔公式计算单次测得值的实验标准偏差。
s(λ)= 1 n -1Σn
i=1(λi -λ)2 (C.9)
u1(λ)=s(λ)≈0.058nm (C.10)
表C.3 重复性测量数据
单位:nm
校准点测量值平均值标准偏差
404.66 404.62 404.51 404.62 404.62 404.51
404.51 404.62 404.51 404.62 404.51 404.565 0.058
常见光谱辐射计在波长校准模式下分辨力为0.01nm。
C.2.3.2 波长标准灯上级溯源引入的标准不确定度评定
上级溯源波长标准灯引入的扩展不确定度为0.02nm,k=2,则波长标准灯上级溯
源引入的标准不确定度估计为:
u2(λ0)=0.02nm
2 =0.01nm (C.11)
C.2.3.3 谱线灯谱线强度相对漂移量ΔI引入的标准不确定度评定
谱线灯谱线强度相对漂移量会影响到峰值波长的判读,假定测量速度较慢,引入的
标准不确定度估计为:
u3(λ0)=0.002nm (C.12)
C.2.3.4 空气折射率变动引入的标准不确定度评定
谱线灯用于量传时大气温度、湿度和压力会有所差异(大气温度、湿度、压力和空
气折射率的关系可参见Edlén公式),其引入的标准不确定度估计为:
u4(λ0)=0.002nm (C.13)
C.2.4 合成标准不确定度
标准不确定度分量列表如表C.4所示。
表C.4 标准不确定度分量列表
不确定度来源
输入量的标准
不确定度/nm
灵敏
系数
标准不确定
度分量/nm
u1(λ) 测量重复性引入的标准不确定度0.058 c1 0.058
u2(λ0) 标准灯上级溯源引入的标准不确定度0.010 c2 -0.010
u3(λ0) 谱线强度相对漂移引入的标准不确定度0.002 c2 -0.002
u4(λ0) 空气折射率变动引入的标准不确定度0.002 c2 -0.002
由于各标准不确定度分量不相关,故合成标准不确定度为:
uc(Δλ)= u12(λ)+u22(λ0)+u32(λ0)+u42(λ0)≈0.06nm (C.14)
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C.2.5 扩展不确定度
取k=2,故扩展不确定度为:
U(Δλ)=k·uc(Δλ)=0.12nm (C.15)
C.3 色品坐标示值误差测量结果的不确定度评定示例
C.3.1 测量方法
按照本校准规范的要求和步骤,用标准LED单管对LED光强计进行校准,取色品
坐标示值误差值作为测量结果。
C.3.2 测量模型
建立测量模型:
Δx=x-x0 (C.16)
式中:
Δx ———色品坐标示值误差;
x ———色品坐标测量值;
x0 ———色品坐标标准值。
对公式(C.16)求偏导数,则灵敏系数:
c1=1,c2=-1
C.3.3 不确定度分量评定
C.3.3.1 测量重复性引入的标准不确定度评定
用被校LED光强计对标准LED单管进行10次独立重复测量,以白光LED单管为
例,测量数据如表C.5所示。根据贝塞尔公式计算单次测得值的实验标准偏差。
s(x)= 1 n -1Σn
i=1(xi -x)2 (C.17)
u1(x)=s(x)≈0.0002 (C.18)
表C.5 重复性测量数据
单位:1
校准点测量值平均值标准偏差
0.3062 0.3060 0.3063 0.3062 0.3061 0.3058
0.3062 0.3062 0.3065 0.3062 0.3061 0.30616 0.0002
C.3.3.2 标准LED单管上级溯源引入的标准不确定度评定
标准LED单管色品坐标值的扩展不确定度为0.0030,k=2,则标准LED单管上
级溯源引入的标准不确定度估计为:
u2(x0)=0.0030
2 =0.0015 (C.19)
C.3.4 合成标准不确定度
标准不确定度分量列表如表C.6所示。
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表C.6 标准不确定度分量列表
不确定度来源
输入量的标
准不确定度
灵敏
系数
标准不确
定度分量
u1(x) 测量重复性引入的标准不确定度0.0002 c1 0.0002
u2(x0) 上级溯源引入的标准不确定度0.0015 c2 -0.0015
由于各标准不确定度分量不相关,故合成标准不确定度为:
uc(Δx)= u21(x)+u22(x0)≈0.0016 (C.20)
C.3.5 扩展不确定度
取k=2,故扩展不确定度为:
U(Δx)=k·uc(Δx)=0.0032 (C.21)
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附录D
LED 平均发光强度测量的光谱失配修正
校准LED光强计时,选择与其所测量的LED管同色的LED标准管。若LED光强
计采用光谱辐射计进行LED平均发光强度测量,可不进行光谱失配修正。
若校准用的LED标准管和被测量的LED 管存在不同的相对光谱功率分布,可按
式(D.1)进行光谱失配修正。
IiF=Ii×F (D.1)
式中:
IiF———LED平均发光强度修正后的测量值,cd;
Ii ———光度计测量显示值,cd;
F ———光谱失配修正因子。
LED光强计光度探头的相对光谱响应与其测量的LED的相对光谱功率分布需提前
获得。
F =∫St(λ)V(λ)dλ
∫Sr(λ)V(λ)dλ
×∫Sr(λ)srel(λ)dλ
∫St(λ)srel(λ)dλ (D.2)
式中:
St(λ)———被测LED管相对光谱功率分布;
Sr(λ)———标准LED管相对光谱功率分布;
srel(λ)———光度探头的相对光谱响应度;
V(λ) ———CIE明视觉光谱光视效率。
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