Het is uiteindelijk een bevalling geweest van 7 maanden, van februari tot en met augustus 2008, maar nu is ze er dan toch: BigMama! En zij zorgt voor het nauwkeurig positioneren van de lampen die doorgemeten worden. Tezamen met een aantal belangrijke omgevingsapparatuur is zo een volledig geautomatiseerd meettool gecreëerd dat vele interessante lampparameters bepaald. Met nog speciale dank aan Vincent Sijben anders was dit tool er niet gekomen.

De positionering van de lamp

De te meten lamp wordt op de ronde schijf gemonteerd. Deze ronde schijf kan draaien en daarmee kan de lamp gedraaid worden om de eigen as. Dit wordt de draaihoek genoemd en deze kan een waarde hebben van de 0 tot bijna 360 graden.

De schijf zit op een frame dat de ronde schijf kan kantelen. De kantelhoek loopt van 0 tot 90 graden, met 0 de schijf in verticale stand en 90 graden in horizontale stand.

Met een lineaire motor wordt de kantelhoek ingesteld. Op een specifieke plek is een positiesensor geplaatst, die de stand meet van de kantelhoek.

Hoekstand positiesensor (in het groen) en de lineaire motor (in het wit).

Met een kleine DC motor wordt de draaihoek ingesteld. Er wordt gebruik gemaakt van een set tandwielen en een ketting om de draaibeweging van de DC motor over te brengen op de draaischijf.

Ook hierbij wordt gebruik gemaakt van een positiesensor, die in het verlengde van de draai-as geplaatst is.

Draaistand positiesensor en de DC-servomotor (beiden in het groen).

Vast draaipunt

Verschillende kantelstanden en het stabiele draaipunt (klik op het plaatje).

Zoals op de bijgaande tekeningenset te zien is, is er een specifiek punt dat steeds op dezelfde plek blijft. Het is de bedoeling dat het lichtpunt van de lamp in dit punt komt te liggen. De reden is dat de lichtmeetsensor vast opgesteld wordt en naar dit specifieke punt kijkt. Dan geldt dus dat bij draaien en kantelen van de lamp, het lichtpunt op dezelfde plek blijft staan en dus de lichtmeetsensor steeds hetzelfde lichtpunt van de lamp ziet. Wel steeds onder een andere draaihoek en kantelhoek.

Samenvattend: de lamp wordt gemonteerd op de draaischijf, zodanig dat het lichtpunt precies valt in het stabiele draaipunt van de positioneeropstelling. Op dat moment kan de lamp over 360 graden gedraaid worden en over 90 graden gekanteld. Een op te stellen lichtmeetsensor kijkt naar het stabiele draaipunt en kan zo de intensiteit meten van het licht, onder deze verschillende draai- en kantelhoeken.

Monteren van de te meten lamp

Van belang is dat de lamp goed te monteren is op de draaischijf, en dat het lichtpunt van de lamp goed te leggen is op het stabiele draaipunt. Hiertoe is op de draaischijf een plaat gemonteerd met in de hoeken een M8 gat. Daar doorheen kunnen M8 bouten of M8 draadeind. Deze plaat is vast gemonteerd op de draaischijf en de M8 bouten of -draadeind wordt vastgezet op deze plaat. De draadeinden steken naar buiten, van de draaischijf af.

Een plaat van dezelfde afmetingen en M8.5 gaten in de hoeken wordt gebruikt om de lamp op te monteren. Deze plaat wordt gepositioneerd over de draadeinden en met moeren is zo heel precies de hoogte van deze plaat t.o.v. de plaat op de draaischijf in te stellen.

Een gemonteerde lamp op de BigMama.

Door nu een plaat te reserveren voor ieder type fitting, is zo snel te wisselen tussen lampen met een eigen type fitting.

TL-buizen en led-TL lampen worden ook gemakkelijk gemonteerd; hiertoe is er een gewone plank en de TL-buishouder wordt gemonteerd op deze plank, waarna deze plank weer wordt gemonteerd op de 4 M8 draadeinden (en door moeren op de juiste hoogte wordt gebracht, zodanig dat het lichtpunt van de te meten lamp op het stabiele draaipunt komt te liggen).

Een gemonteerde TL-buis op de BigMama.

Schakelen en regelen van de lampspanning

Bij de opstartmeting, waarbij een koude lamp aangezet wordt en meteen en continue een aantal parameters worden gemeten gedurende een opwarmtijd, moet de lamp aangeschakeld worden. Hiertoe is een apparaat beschikbaar die middels een klein stuursignaal de lampspanning kan aan- en uitschakelen.

De schakeleenheid voor het aan- en uitschakelen van de lamp middels een stuursignaal.

De lampspanning wordt geregeld met een setje van componenten. Een variac wordt gebruikt die de 230 V netspanning kan regelen naar 0-260 V. Een stappenmotor stuurt deze variac aan. Een powermeter is aangesloten op de uitgang van de variac, en meet de spanning. De lamp krijgt verder deze spanning aangeboden.

Nu wordt automatisch de spanning opgevraagd aan de powermeter. Het verschil tussen de gemeten spanning en de gewenste, wordt gebruikt om de stappenmotor een aantal stappen te laten uitvoeren in de juiste richting, zodanig dat weer uitgekomen wordt op de gewenste spanning.

Boven de  variac met daaronder de stappenmotor en helemaal onderaan de powermeter.

Deze cyclus van lampspanning opvragen en corrigeren wordt 1x in de 3 seconden uitgevoerd. Hiermee worden de langzame spanningsvariaties van het net gecorrigeerd.

Netspanningsvariaties, en het effect van de correctie erop.

Zoals is te zien, zijn het de langzame variaties in de netspanning die effectief worden weggeregeld. De lichtmeettijd die gebruikelijk is bij de lampmetingen is in de range van 10 – 60 seconden. Dan is 1x regelen per 3 seconden wel voldoende.

Bij het meten aan 12 V gevoedde lampen, wordt een 12 V trafo gebruikt, na de variac. En de powermeter meet de spanning na de 12 V trafo.  Aan de powermeter wordt gevraagd welke spanning na de 12 V trafo komt. Bij een afwijking wordt de stappenmotor aangestuurd en daarmee de ingangsspanning van de 12 V trafo. Deze correctie van de ingangsspanning zorgt voor een correctie van de uitgangsspanning. De lamp wordt verder aangesloten aan de uitgangsspanning van de 12 V trafo.

Meten van V, I, P, PF

Aangegeven is dat de powermeter het voltage meet wat aan de lamp wordt aangeboden. Tevens meet deze powermeter de opgenomen stroom, het opgenomen vermogen en het opgenomen vermogen.

De powermeter, vlnr het lampvoltage U, de lampstroom I en het opgenomen vermogen P.

De powerfactor kan makkelijk worden berekend, PF = P / (U x I).

Meten van lichtparameters

Middels een kleurspectrometer worden verschillende lichtparameters van de lamp gemeten. Deze zijn:

–          Kleurtemperatuur [Kelvin]

–          Color Rendering Index oftewel Kleurweergaveindex [-]

–          Verlichtingssterkte [lux]

–          Vermogensspectrum [W/nm/m^2 of W/m^3], over het gebied van golflengtes van 380 – 780 nm wordt voor iedere set van golflengtes over 5 nm, het vermogen gemeten

Deze kleurspectrometer is gepositioneerd op een stevige driepoot, en wordt uitgelijnd met het stabiele draaipunt van de positioneeropstelling.

Rechts de kleurspectrometer op de driepoot, gericht naar de lamp met het licht in het stabiele draaipunt.

Maatregelen tegen strooilicht

Van belang is dat licht dat niet direct en rechtlijnig afkomstig is van de lamp, de meting niet verstoort. Dus het licht van de lamp, dat regen de muren kaatst en op de lichtsensor komt, is taboe. Het licht dat van buiten komt gedurende de dag, of het licht dat van de kamerverlichting komt, mag ook niet op de sensor komen.

Hiervoor is een toeter gemaakt die vooraan de sensorkop is gemonteerd. Deze toeter is voorzien van schotten intern, die al het licht dat schuin invalt (dus weerkaatst licht of licht van andere bronnen), tegenhouden zodat het de sensorkop niet bereikt.

Toeter gemonteerd voor de meetsensor, met daarin schotten, om strooi- en weerkaatst licht te blokkeren.

Het positioneertoestel en de planken zijn allen matzwart geschilderd, zodat reflecties afkomstig van buiten, andere lichtbronnen of van de lichtbron zelf zo min mogelijk worden gereflecteerd.

Achter het positioneertoestel is een zwart doek gehangen zodanig dat de meetsensor buiten de lamp alleen maar zwart geschilderde objecten in beeld heeft, die navenant geen licht reflecteren.

De toeter op de meetsensor en het zwarte doek achter een zwarte positioneeropstelling.

Temperatuurmeting

Er zijn twee temperatuursensoren op basis van de LM335. Het volgende schema is gebruikt om deze goed in te stellen.

Het schema rondom de LM335 temperatuursensor.

Met deze temperatuursensoren wordt op dit moment de omgevingstemperatuur gemeten. Maar ook de lampbehuizing kan gemeten worden (alleen dan niet onder beweging van de positioneerunit).

De automatisering

Alle onderdelen worden vanuit de computer aangestuurd.

Een data acquisitiekaart wordt gebruikt om te interfacen met de drie motoren (kantel, draai en lampspanning), met de twee positiesensors, met de spanning aan- en uitschakelunit en met de temperatuursensoren.

Met de powermeter en de kleurspectrometer is een aparte USB verbinding gelegd.

Het programma kan scripts inlezen, die opdrachten bevat die na elkaar uitgevoerd worden. De opdrachten hebben al dan niet extra parameters. Hiermee wordt alles aangestuurd, tevens wordt de logging geregeld en de analyse van de resultaten.

Het is mogelijk om extra commando’s te creëren in het programma, waarna het script weer uitgebreid kan worden en waardoor er extra functionaliteit aanwezig is.

Conclusie

OliNo heeft nu met BigMama een meettool waarmee veel en nauwkeurige metingen gedaan kunnen worden aan vele soorten lampen.

Tevens is het tool uitbreidbaar door de flexibele opzet.