CN106471346A - 灯具和温度控制的方法 - Google Patents

Abstract

灯具包括至少一个作为光源装置的发光二极管(LED)。该LED对于所发射的光辐射具有有限的光发射角度。在光发射角度之外，将用于测定光源的温度的红外传感器与该光源装置相关联。

Description

灯具和温度控制的方法

本发明涉及具有至少一个LED(发光二极管)作为光源的灯具。这种LED发射的光辐射具有有限的光线角度。

LED的这种相应角度，例如，是在15°到220°，其中这样的角度通常由LED的小镜片结构固定。关于这样的光源，必须考虑的是，LED的效率实际上是相对较高的，由此，例如，最多仅20％的所应用的能量事实上转化为可见光。这些LED的另外的特性是，通过这种转换产生的可用光谱非常窄并且将没有位于红外区域内的辐射部分。剩余的所应用的能量被转化为热量。为避免由这样产生的热量对LED造成任何损坏，此热量将通过冷却本体、主动冷却、液体冷却等耗散。否则，这种LED的寿命及其光生成将会由于高热冲击而受到不利影响或减少。通常来说，在120℃或以上的温度下，LED的相应半导体晶体将损坏，并导致对LED的寿命、光颜色、光产生的永久缺陷，以及LED的其他缺陷。这种辐射角是指由光源发射的，能够用于有效照明并且也称为有效光通量的光锥的角度。

本发明的目的是能够以非接触的方式实现LED的温度控制以避免相应的损坏。特别有利的是，根据所选的且光谱依赖(dependant)方法，将相应的传感器设置在LED的有效光通量中。

这个目的分别通过权利要求1的特征以及权利要求10的特征来实现。

根据本发明，灯具包括位于灯具的光发射角度或有效光通量内的红外传感器，在该灯具中，将该传感器分配给光源以用于其温度的非接触式测定。

根据该方法，此红外传感器设置在光源的有效光通量内，通过此红外传感器测量光源的热辐射，以及对红外传感器信号进行评估以用于光源的温度测定。

由于将红外传感器布置在相应的有效光通量内，就可能在相应的辐射区域内直接检测由光源发出的关于可见光的热辐射。

必须考虑的是，通过对主体加热产生了所谓的黑体辐射，该黑体辐射具有仅取决于相应本体的温度的非常有特性的光谱。在600℃以下，黑体辐射处在光谱的红外区且是不可见的。此外，此黑体辐射在大于相应的光发射角度的宽广区域中发射。从理论上讲，此黑体辐射在相应的被加热体周围的全部空间内进行发射。

通常，冷却本体等设置在光源的与光发射方向相对的一侧，使得红外传感器可以设置在光发射方向的另一侧上。这样的方式下，确保在没有冷却本体影响的情况下检测光源的热辐射。

因此，相应的灯具不仅包括一个LED，而是包括若干个这样的光源。这意味着，根据本发明的相应的光源可以是LED点光源、LED点、LED条、LED发光排等。在这一点上，如果LED中的仅一个LED通过红外传感器监测可能就足够了。也可行的是，两个或多个红外传感器分布在例如，包括多个LED的光源周围。

如果允许直接评估灯具内部或者至少接近灯具的热辐射，则相应的红外传感器可与评估/控制装置相连，用于测定光源温度和控制光源。这意味着，此评价/控制装置可以由相应的红外信号来测定温度，可能能够显示温度或将其传输到远程位置。此外，此评估/控制装置也可用于控制光源。如果评价/控制装置具有作为切断值的最大温度限制，则这种控制是有利的。如果在温度测定过程中所测定的温度高于该最大温度限制，则发送相应的信息，这，例如，导致了通过合适的致动器关闭光源或者整个灯具。在本上下文中，还应注意到，在没有操作的情况下，光源的温度也会升高，例如，如果灯具和尤其是光源暴露于诸如太阳辐射的外部辐射。例如，在夏季，据对于相应的外部光所检测到的，仅太阳辐射就会导致温度超过70℃。此外，通过测量这些温度，光源或整个灯具的强制冷却或者功率耗散的降低可以，例如，通过评估/控制装置来启动。

结合太阳辐射，可以证明红外传感器不仅检测光源的热，还检测环境热是一个缺点。为了避免这种影响，可以使红外传感器屏蔽环境热辐射。

由于红外传感器直接置于光源的光发射区域中，应该避免可见光对红外传感器的加热。这可以通过二向色镜或者滤波器形式的恰当屏蔽来进行。这些也被称为冷光滤波器或者反射镜，因为它们反射可见光但是允许红外辐射通过。

二向色镜或滤波器可设置为双色玻璃或石英并还设置为相应的二向色层。

用于考虑这种环境热辐射的其他装置可以是将第二红外传感器分配该红外传感器以用于检测和补偿此环境热辐射。这意味着第二红外传感器，特别地朝向环境并尤其是检测例如，通过太阳辐射到达灯具或光源的环境热辐射。

这种辐射将通过另一红外传感器检测并用于对光源的温度测量进行补偿。

在本上下文中，进一步可能的是，对由分配给光源的红外传感器和分配给环境的红外传感器检测的热辐射测量进行加权，该加权将考虑到例如太阳光依赖的或以其它方式变化的环境温度。

对于该方法，进一步说来，对应于上面提出的评论，在测量温度值高于预定的最大温度阈值时，尤其是可通过评估/控制装置执行光源的关闭。可替换地，可对功率进行调节，直至检测到容许的热辐射值。如果例如发光光谱在特定环境温度下与红外光谱相比处于一发散率中，则可以识别出LED的错误功能。

此外，红外传感器对环境热辐射的相应屏蔽可以通过例如冷却等来实现。在某些情况下，仅设置相应的薄片可能就足够了。

如果所使用的红外传感器中的至少一个以可调节的方式设置这也可能是有利的。这意味着如果这是由灯具内的温度分布、由不同源的热生成或者还由外部热辐射的导致的，则可以将该红外传感器，例如分配给另一光源或者可以改变其相对于光源的朝向。

当然这对于所有使用的红外传感器也是可能的。

在以下的本发明的有利实例中，将参照附图对其进行进一步描述。

图1是示出对于光辐射和温度辐射，波长的强度和依赖性的图，和

图2是根据本发明的具有红外传感器的灯具的原理图。

在图1中，示出了对于参见附图标记14的光辐射和参见附图标记15的热辐射，的波长的依赖性中的强度。对于LED的光辐射主要在可见光的区域中，这意味着光辐射的波长在大约480nm到680nm的范围中。取决于所采用的LED的类型及其光颜色，相应的光谱分布尤其是覆盖了可见光的光谱分布的不同区域。同样参见上文所述，相应的热辐射处在红外区域中，并且例如在297℃的本体温度下在5μm波长处具有强度最大值。在任意情况下，对于根据本发明考虑的温度，相应波长处在红外区域中。

所采用的红外传感器在相应的红外区域中可具有最高的最大灵敏度，其中所谓冷光滤波器或反射镜的相应二向色滤波器或反射镜可以用于屏蔽由光源发射的光线，红外传感器在相对光源的方向上位于所述二向色滤波器或反射镜之前。二向色滤波器或反射镜的尺寸相对小，与红外传感器类似，使得由红外传感器的设置和由这些二向色滤波器/反射镜的使用所导致的相应灯具的光输出没有削弱或者可忽略的削弱。可替换地，红外传感器可以以是2-射线或者比例高温计，其能够测量红外分布的移动并且能够因而以一种更准确的方式测定加热。

在图2中示出了根据本发明的具有光源的温度测定的灯具1的部分截面。所示的灯具1具有灯具灯壳9和设置于其中的光源3。例如，灯具或灯壳的相应的光出射口没有示出，然而，这可以以常规的方式设置在由光源3发出的光线的方向上。此外，在图1中，只有一个光源以发光二极管(LED)2的形式表示。当然，多个这样的LED可以以条或带的形式设置。

LED 2通常包括具有相应的半导体的印刷电路板12，和用于散射或聚集发射光的镜片装置11。通过该LED 2，相应的光线5将会在由所示的辐射角度4限定的特定的空间区域中发射。这个角度取决于LED和相应的镜片装置11，例如在15°和120°之间。通过此相应的辐射角度4，确定中间发射方向7，该中间发射方向7从光源3基本上垂直延伸。

通过使用光源以及来自外部源的光源的辐射(例如，太阳辐射)，LED的温度将会上升。在这一点上，必须考虑，例如，LED的光通量强烈依赖于势垒层温度。随着温度升高，光通量和工作寿命将会降低并且会导致光颜色的改变。为了相应的冷却，将冷却装置13分配给LED，冷却装置13可选地可以通过肋状冷却本体、具有冷却液体的主动冷却***等实现。在LED被加热时，LED对应于一黑体，其除了实际光辐射以外还发出由该加热导致的相应的黑体辐射。。此黑体辐射具有仅取决于相应本体的温度的非常有特性的光谱，参见图1。

根据本发明，将红外传感器6分配给光源2，该红外传感器6检测处在红外范围内的此黑体辐射。

通过设置冷却装置13，与光源2的温度相对应的该相应黑体辐射仅在冷却装置13上方的上半部分空间中发射，此处参见附图标记14，该附图标记14指示黑体辐射的发射角。

在这个发射角的区域内，设置相应的红外传感器6，使得通过这个传感器可以检测到光源2的温度。

红外传感器6以这样的一种方式来设置：将红外传感器6设置在黑体辐射，即热辐射的发射区域内，以及设置在光辐射的区域内，参见相应的发射角4。有利的是，红外传感器6的相应设置将是在发射角4的边界处。

红外传感器6连接到评估/控制装置8。通过该装置，相应的红外传感器信号被接收并转换成温度值。特别是将对应的温度值与最大温度阈值相比较。如果检测到的光源2的温度高于这个最大温度阈值，可以通过评估/控制装置关闭灯具特别是源。

已经描述过，此光源2也可被来自于外部的辐射，例如太阳辐射，被动地加热。这种加热可能对光源造成影响，从而危及其工作。此外在这种情况下，温度可以经由红外传感器6检测并且如果必要的话，可通过评价/控制装置来启动光源的主动冷却。

对应于环境温度辐射的外部热辐射在光源的温度测量时必须被屏蔽或考虑。在抑制这种环境热辐射的尝试中，例如，可能能够使用覆盖物或薄片、冷却本体等屏蔽红外传感器6。这将保证环境温度辐射将不直接到达红外传感器6。为了屏蔽来自光源2，3的光辐射，将二向色滤波器或二向色镜17设置在光源与红外传感器6之间。此滤波器或镜反射可见光并且允许红外辐射传输到红外传感器6。

也可能的是，此环境热辐射将被第二红外传感器10检测到。特别是，这是针对环境热辐射及其检测。然后红外传感器6和10的测量值都能够在光源的温度测定中用于环境热辐射的补偿。两个红外传感器将相应的传感器值传输到评价/控制装置8。

还必须考虑的是，在图1中基本上分别仅表示出一个光源以及仅一个红外传感器6或红外传感器10。当然，也可能将若干个光源与仅一个红外传感器6一起使用或者也可与若干个这样的红外传感器6结合使用。这对于第二红外传感器10也是有效的，从而也可能使用若干个其他的传感器，以检测来自于不同区域的环境热辐射。

根据本发明，对相应的光源进行可靠的温度测定，用以避免，例如，任何的过热。这意味着，将保护光发射、工作寿命以及光颜色不受光源过热所引起的负面影响。这样的温度测量在危险地区具有特定的优势，从而防止了由于该过热光源而着火。

Claims (20)

1.具有至少一个发光二极管(LED)(2)作为光源(3)的灯具(1)，所述LED(2)对于所发射的光线具有有限的光发射角度(4)，其中在所述光发射角度(4)内，将用于测定光源(3)的温度的红外传感器分配给所述光源。

2.根据权利要求1所述的灯具，其中在光锥或者有效光通量的***区域中的所述红外传感器(6)指向光源(3)。

3.根据权利要求1或2所述的灯具，其中所述光源(3)是LED点光源、LED点、LED条、LED照明带等。

4.根据前面权利要求之一所述的灯具，其中所述红外传感器(6)连接到用于测定所述光源的温度和控制所述光源的评估/控制装置(8)。

5.根据前面权利要求之一所述的灯具，其中所述红外传感器(6)设置在灯具灯壳(9)中。

6.根据前面权利要求之一所述的灯具，其中所述评估/控制装置(8)包括作为预设的关闭值的最大温度阈值。

7.根据前面权利要求之一所述的灯具，其中在测量预设温度之后，降低所述灯具的功率来作为降低所述温度的方式。

8.根据前面权利要求之一所述的灯具，其中采用屏蔽装置使所述红外传感器(6)对环境热辐射和/或所述光源的光辐射屏蔽。

9.根据前面权利要求之一所述的灯具，其中所述屏蔽装置具有若干个部件，包括反射器和/或二向色镜或滤波器。

10.根据前面权利要求之一所述的灯具，其中将第二红外传感器(10)分配给所述红外传感器(6)以用于检测和补偿所述环境热辐射。

11.根据前面权利要求之一所述的灯具，其中所述红外传感器(6，10)以可调节的方式设置。

12.根据前面权利要求之一所述的灯具，其中所述红外传感器(6)是比例或2-射线高温计。

13.用于作为灯具(1)的光源(3)的LED(2)的温度控制的方法，包括以下步骤：

i)将红外传感器(6)设置在所述光源(3)的光发射角度(4)内；

ii)通过所述红外传感器(6)测量所述光源(3)的热辐射，和

iii)评估红外信号，用于所述光源(3)的温度测定。

14.根据权利要求13所述的方法，其特征在于还包括步骤：

在所测量的温度值高于预设最大温度阈值的情况下，关掉所述光源(3)。

15.根据权利要求13或14所述的方法，其特征在于包括步骤：

-使所述红外传感器(6)对于环境热辐射和/或所述光源(3)的光辐射屏蔽。

16.根据权利要求13-15所述的方法，其特征在于进一步包括步骤：

通过第二红外传感器(10)测量所述环境热辐射以用于补偿环境温度。

17.根据权利要求13-16所述的方法，其特征在于进一步包括步骤：

将所述红外传感器(6，10)分配给作为光源(3)的LED点光源、LED点、LED条、LED带等。

18.根据权利要求13-16所述的方法，其特征在于进一步包括步骤：

当测量的温度值超出了预设的最大温度阈值时，降低所述光源的功率使用量，特别地直至达到预设的冷却温度值。

19.根据权利要求13-14所述的方法，其特征在于还包括步骤：iii)通过测定发射光谱与特定环境温度下的红外光谱的关系中的偏差来实现红外温度测定。

20.根据权利要求13-19所述的方法，其特征在于对红外分布的偏差进行测量以用于温度测定。