Поверхностную плотность светового потока, подающего на освещаемую плоскость – освещенность, измеряют с помощью люксметров типа Ю116 или Ю117. Они представляют собой миллиамперметр и фотоэлемент (рис. 3.3.1). Фотоэлемент состоит из стальной пластины, на которую нанесен светочувствительный слой селена. На поверхность селена напылен тончайший (5 нм) полупрозрачный слой золота или платины. Между этими двумя слоями образуется так называемый «запирающий слой» с односторонней проводимостью. Стальная пластина и полупрозрачный слой являются двумя электродами.
Рис. 3.3.1 Люксметр Ю-116
При освещении фотоэлемента между этими электродами возникает фототок, пропорциональный падающему световому потоку. Величину фототока регистрирует миллиамперметр, проградуированный в люксах (лк).
Принципиальная схема объективного люксметра показана на рис. 3.3.2.
Рис. 3.3.2 Принципиальная схема люксметра с селеновым фотоэлементом
Используемый в лабораторной работе люксметр имеет две шкалы с максимальными значениями 30 и 100 лк. Для увеличения пределов измерения люксметр снабжен светофильтрами с коэффициентами 10, 100 и 1000.
Приборы, используемые для измерений, должны проходить либо государственную поверку, либо метрологическую аттестацию.
Измерения показателя освещения в производственном помещении должно проводиться на рабочих местах в соответствии с характерным разрезом помещения и по условной рабочей поверхности. При наличии нескольких рабочих поверхностей показатели освещения измеряются на каждой из них. При наличии протяженных рабочих поверхностей, на каждой из них должно быть выбрано несколько контрольных точек, позволяющих оценить различные условия освещения. Измерение в каждой точке следует проводить не менее двух раз, полученные результаты необходимо усреднять.
Измерения естественной освещенности могут проводиться только при сплошной равномерной облачности (просветы отсутствуют). Для определения КЕО производится одновременное измерение освещенности внутри помещения и наружной освещенности на горизонтальной площадке под полностью открытым небосводом (например, на крыше здания или на другом возвышенном месте). Измерения проводятся двумя наблюдателями, оснащенными люксметрами и хронометрами.
При работе с люксметром необходимо соблюдать следующие условия:
приемную пластину фотоэлемента размещать на рабочей поверхности в плоскости ее расположения (горизонтальной, вертикальной, наклонной);
при измерении исключать попадание случайных теней от человека и оборудования, если рабочее место затеняется в процессе работы самим рабочим или выступающими частями оборудования, то освещенность следует измерять в этих реальных условиях;
не допускать установки измерителя на металлические поверхности.
3.4.1 Измерить освещенность для выбранных контрольных точек рабочей поверхности помещения. Одновременно измерить наружную освещенность
Внимание! Во избежание вывода из строя прибора первоначальное измерение освещенности производить со светофильтром. Переключатель пределов измерения установить в положение «100 лк».
Измеренная освещенность определяется как произведение показания люксметра на коэффициент светофильтра.
3.4.2 Результаты измерений занести в бланк отчета.
3.4.3 Определить фактические значения КЕО по формуле
,
где
–
освещенность внутри помещения в точке
заданной плоскости, лк;
–освещенность
снаружи помещения, лк.
3.4.4 Результаты расчетов занести в бланк отчета.
3.4.5 По данным расчета построить график изменения КЕО в контрольных точках.
3.4.6 Определить нормированное значение КЕО для помещения лаборатории по формуле
,
%,
где N – номер группы административных районов по обеспеченности естественным светом (принимается по таблице 3.4.1);
–
табличное значение КЕО (принимается по
таблице 3.2.1 в зависимости от разряда
зрительной работы и вида естественного
освещения: боковое, верхнее или
комбинированное);
–
коэффициент светового климата (принимается
по таблице 3.4.2 в зависимости от номера
группы административных районов,
расположения и ориентации световых
проемов по сторонам горизонта).
3.4.7 Результаты расчета занести в бланк отчета и нанести на график изменения КЕО в контрольных точках.
3.4.8 Провести анализ результатов определения КЕО:
Освещенность следует измерять не реже 1 раза в месяц, причем в Системах комбинированного освещения следует измерять освещенность раздельно: от всей системы в целом и от светильников одного общего и местного освещения.
Для проверки уровня фактической освещенности лицо, отвечающее за эксплуатацию осветительной установки, должно располагать люксметром Ю-16 (рис. 24) с селеновым фотоэлементом. Составными частями люксметра являются стрелочный измеритель 1 (обычный гальванометр с переключателем пределов измерений), выносной светоприемник - селеновый фотоэлемент 2, подключаемый к измерителю гибким проводом 3, и поглотитель-пластинка из молочно-нейтрального органического стекла, которой закрывают светоприемник при высоких освещенностях (свыше 500 лк).
Падающий на плоскость фотоэлемента световой поток вызывает фототок, пропорциональный величине светового потока. По отклонению стрелки гальванометра, отградуированного в люксах, можно судить о величине освещенности. Люксметр следует хранить в сухом помещении, фотоэлемент в неработающем состоянии закрывают светонепроницаемым футляром. Два раза в год следует проверять градуировку люксметра.
Рис. 24. Люксметр:
1 - стрелочный измеритель (обычный гальванометр с переключателем пределов измерений); 2 - выносной светоприемник - селеновый фотоэлемент; 3 - гибкий провод
При пользовании люксметром Ю-16 следует знать, что селеновый элемент не снабжен исправляющим (корригирующим) фильтром, поэтому по рекомендации завода-изготовителя при измерении освещенности от люминесцентных ламп ЛД необходимо вводить поправочный коэффициент 0,9, а при измерении освещенности от ламп ЛБ - поправочный коэффициент 1,1. Кроме того, при пользовании люксметром отсчитывать показания надо только после того, как стрелка гальванометра установится неподвижно. Объясняется это тем, что селеновый фотоэлемент обладает инерцией и при изменении освещенности ток в его цепи устанавливается не сразу; чтобы не повредить гальванометр, при пользовании люксметром необходимо его переключатель сначала устанавливать в положение для измерения максимального светового потока (500 лк), а затем переходить ниже (100 и 25 лк). Измеряют освещенность выборочно на рабочих местах, расположенных на различных участках цеха, как под светильниками, так и в интервалах между ними. При выборе мест для измерения освещенности необходимо учитывать расположение светильников общего освещения. Располагать фотоэлемент люксметра следует непосредственно в месте нахождения рабочей поверхности обрабатываемого изделия, поверхности прибора, шкал или поверхности стола, на котором выполняется та или иная производственная операция. Места для измерения освещенности рекомендуется выбирать в соответствии с номенклатурой рабочих мест (характером работ), перечисленных в отраслевых нормах освещенности и санитарных нормах, что обеспечит простоту сопоставления фактической, замеренной освещенности с нормированной.
Результаты измерений освещенности записывают в специальный журнал эксплуатации осветительной установки.
ВОПРОСЫ ДЛЯ САМОПРОВЕРКИ
1. Какие системы освещения существуют? Дайте их оценку.
2. Опишите устройство естественного освещения.
3. Опишите устройство искусственного освещения.
4. От чего зависит площадь остекления окон и фонарей и минимальная искусственная освещенность?
5. Как правильно эксплуатировать осветительные установки и какие приборы используют для измерения освещенности?
Статья посвящена разработанным ООО «НТП «ТКА» приборам для измерения основных световых и энергетических параметров и характеристик источников оптического излучения, в том числе и светодиодов.
Необходимость оперативного и достоверного измерения основных световых и энергетических параметров и характеристик источников излучения в видимой области спектра, таких как координаты цветности, коррелированная цветовая температура, коэффициент пульсации, яркость, освещенность и облученность, очевидна. Она продиктована стремительным развитием альтернативных источников оптического излучения (светодиодов), появлением различных вариантов дисплеев и световых табло, а также технологическими процессами, использующими источники оптического излучения.
Измерение освещенности и яркости является простой фотометрической процедурой. Вместе с тем при проектировании и производстве люксметров и яркомеров приходится сталкиваться с достаточно серьезными проблемами по обеспечению соответствия выпускаемых приборов требованиям нормативных документов.
Так, например, фотоприемные устройства (ФПУ), являясь основной частью прибора для измерения оптического излучения, должны отвечать ряду электрических и фотометрических требований, зависящих от области применения и назначения. При разработке и производстве приборов для измерения параметров излучения необходимо знание этих требований, их особенностей, трудностей создания и путей их преодоления.
Устройство для формирования пространственной характеристики (входное устройство) формирует угол зрения, величина которого определена назначением разрабатываемого прибора. Так, например, входное устройство люксметра или пульсметра рассчитывается исходя из следующих соображений.
Освещенность поверхности, создаваемая точечным источником излучения, произвольно расположенным под углом. к ее нормали (рис. 1), определяется выражением:
Е = Е 0 ×сosβ, (1)
где Е 0 - освещенность, создаваемая точечным источником, расположенным нормально относительно поверхности; β - угол между нормалью и направлением на источник.
Рис. 1. Произвольно расположенный источник
Очевидно, измерения прибора, измеряющего освещенность, должен подчиняться такому же закону. Практически реализовать это условие без принятия определенных мер невозможно из-за зависимости коэффициента отражения поверхности оптических элементов приемной системы от угла падения излучения, описываемой формулой Френеля (2). Для выполнения этого условия приходится включать в оптическую схему фотоприемного устройства так называемую косинусную насадку, формирующую необходимый угол зрения и компенсирующую погрешность, вносимую поверхностным отражением оптических элементов.
Наиболее оптимальная косинусная насадка для рабочих средств (рис. 2) измерения оптического излучения представляет собой выполненный из молочного стекла элемент, равномерно рассеивающий падающее излучение по всем направлениям, обеспечивая тем самым выполнение закона Ламберта, согласно которому яркости светорассеивающей поверхности во всех направлениях одинаковы.
Рис. 2. Цилиндрическая косинусная насадка
для рабочих средств
Поверхность материалов, используемых во входных устройствах, отражает падающее излучение по закону Френеля:
где φ 1 - угол между падающим на поверхность лучом света и нормалью; φ 2 - угол между преломленным лучом и нормалью. Графически эта зависимость представлена на рис. 3.
Рис. 3. Зависимость коэффициента отражения
поверхности материала от угла падения
Это означает, что фотоприемное устройство регистрирует излучение, не отвечающее соотношению (1) при углах более 60°, т. е. отличное от реального излучения.
Для компенсации потерь отраженного излучения используют боковую грань диска из молочного стекла. Величина потока излучения, прошедшего внутрь стекла через боковые грани, пропорциональна величине цилиндрической освещенности. Под средней цилиндрической освещенностью понимают среднюю освещенность боковой поверхности вертикально расположенного цилиндра. Она определяется выражением:
где β - угол падения света от точечного источника на боковую поверхность вертикально расположенного цилиндра.
Световой поток Ф, попадающий на используемый в ФПУ светочувствительный элемент, является функцией отражения (ρ) и пропускания (τ) используемого материала, освещенности плоской поверхности (Е п) и цилиндрической освещенности боковой грани (Е ц):
Аналитически описать эту связь достаточно сложно из-за разброса параметров используемых материалов и геометрических размеров составляющих ФПУ элементов. При разработке и изготовлении ФПУ эмпирически находится оптимальное сочетание характеристик (марки молочного стекла, его толщины и высоты боковой поверхности, выступающей над корпусом), обеспечивающее заданную погрешность (1–2%), определяемую отличием полученной пространственной характеристики от теоретической.
Кроме того, при создании приборов для измерения оптического излучения необходимо решить задачу приведения спектральной характеристики чувствительности кремниевого фотодиода к относительной световой спектральной эффективности V(λ), табулированные значения которой регламентированы решениями комиссии МКО и ГОСТ 8.332.
Спектральная коррекция чувствительности фотоприемника Sф(λ) к заданному виду S(λ) осуществляется, как правило, цветными фильтрами. При этом коэффициент пропускания Т(λ) определяется соотношением:
Существует два основных способа расположения корригирующих светофильтров перед фоточувствительным элементом (рис. 4).
Рис. 4. Способы расположения корригирующих светофильтров:
а) субтрактивный; б) субтрактивно-аддитивный (схема Дреслера)
В первом случае цветные фильтры с подходящими спектральными характеристиками располагаются последовательно друг за другом. При таком расположении (рис. 4а) излучение, прежде чем попасть на фотоприемник, последовательно фильтруется в каждом фильтре.
Другой способ расположения фильтров с требуемыми спектральными характеристиками показан на рис. 4б. При этом расположении, называемом схемой Дреслера, некоторые фильтры размещаются рядом один с другим. Различные части светового потока по-разному пропускаются фильтрами, прежде чем поток достигает приемной площадки фотоприемника. Результирующая кривая спектрального пропускания комбинации может эффективно регулироваться путем изменения относительного размера отдельных компонентов. Выполненные по такому принципу корректирующие фильтры могут с высокой степенью точности приблизить относительную спектральную чувствительность фотоприемника к идеальным значениям V(λ) при относительно высоком пропускании в максимумах кривых. Обычно на практике в частности и в расчете рассматриваемых приборов используется первый способ расположения светофильтров ввиду его технологичности и простоты расчетов.
Рассмотрим пример приведения спектральной характеристики кремниевого фотодиода Sф(λ) к относительной световой спектральной эффективности V(λ) (рис. 5).
Рис. 5. Вид кривых спектральной чувствительности кремниевого фотодиода S(.) и заданной меры V(.)
Характеристика S(λ) приводится к заданной кривой с помощью исправляющего фильтра, который может быть составлен из цветных стекол (рис. 6).
Рис. 6. Коррекция спектральной чувствительности фотоприемника с помощью цветных фильтров
Общий коэффициент пропускания исправляющего светофильтра рассчитывается по формуле:
где i - номера цветных стекол, составляющих светофильтр, к i (λ) - показатель поглощения цветных стекол с индексом, соответствующим номеру цветного стекла, t i - толщина соответствующих цветных стекол.
Тип стекол и их количество выбирались полуэмпирическим способом, исходя из наличия производимых и доступных для использования марок. Так, например, для видимой области спектра пригодными для коррекции оказались следующие цветные стекла: СЗС-21, СЗС-22, СЗС-23, ЖС-20, ЖЗС-5, ЖЗС-6, ОС-5. Из группы сине-зеленых стекол (СЗС) было выбрано СЗС-21, так как оно хорошо подавляет излучение в ближней ИК-области спектра (760–1200 нм), где наблюдается максимальная чувствительность кремниевых фотодиодов (λ max = 800–900 нм), выбранных для коррекции. Оранжевое стекло ОС-5 взаимозаменяемо со стеклом ЖС-20, а желто-зеленое стекло ЖЗС-6 взаимозаменяемо со стеклом ЖЗС-5.
Выбор марки стекол и их толщины и расчет спектрального коэффициента пропускания исправляющего светофильтра осуществляется таким образом, чтобы на каждой длине волны выполнялось условие: τ(λ)= V(λ)/Sф(λ).
Строгое выполнение этого условия на всех длинах волн для серийных цветных стекол и фотоприемников практически невозможно. Всегда будет иметь место отступление реально выполненной кривой S(λ) = Sa(λ)..(λ) от заданной, которое необходимо оценить в зависимости от назначения и способа градуировки фотометра, где применяется исправляющий светофильтр.
Оценка погрешности коррекции фотоприемника производится по методике, разработанной МКО (публикация № 53). Расчет погрешности коррекции фотометрической головки f 1 (Z) основан на отличии реакции на излучение идеального фотоприемника, табулированное значение спектральной чувствительности которого известно, и реального фотоприемника, относительное спектральное распределение которого отличается от того, при котором была произведена градуировка.
где S(λ) - относительная спектральная чувствительность исследуемого фотоприемника; SV(λ) - относительная спектральная чувствительность эталонного фотоприемника; Фa(λ) - относительное спектральное распределение источника «А», при котором производится градуировка; Ф i (λ) - относительная спектральная характеристика табулированных источников.
Люксметры нового поколения «ТКА-Люкс» (рис. 7) и «ТКА-ПКМ-31» являются в настоящее время самыми востребованными и имеют метрологические характеристики на уровне приборов лучших мировых производителей рабочих средств измерения. Диапазон измерения освещенности в диапазоне 10–200000 лк с погрешностью 6–8%.
Рис. 7. Внешний вид люксметра «ТКА-Люкс»
«ТКА-Люкс/Эталон» является первым российским люксметром, метрологические характеристики которого отвечают требованиям, предъявляемым к рабочим эталонам. Он предназначен для измерения освещенности в видимой области спектра 380–760 нм, создаваемой стандартными источниками оптического излучения, расположенными нормально относительно приемника. Люксметр предназначен для практической реализации Государственной поверочной схемы средств из мерений световых величин в соответствии с ГОСТ 8.023-2000. Этот прибор по точности воспроизведения и передачи размеров единиц силы света и освещенности обеспечивает метрику прецизионных и рабочих средств измерений и отличается временной стабильностью и достоверностью. Допускаемая прибором основная относительная погрешность измерения освещенности не превышает 6,0%.
Разработанный комбинированный прибор люксметр+яркомер «ТКА-ПКМ» (02) служит для измерения освещенности (в диапазоне 10–200000 лк с погрешностью 8%) и яркости накладным способом (в диапазоне 10–200 000 кд/м 2 с погрешностью 10%) самосветящихся протяженных объектов (рис. 8).
Рис. 8. Внешний вид прибора «ТКА-ПКМ» мод.0,2
Прибор отличается от традиционных яркомеров отсутствием в схеме оптических элементов (линзы, объектива), что значительно упрощает конструкцию и удешевляет стоимость прибора при сохранении его точностных характеристик.
Для дистанционного определения яркости протяженных источников разработан недорогой, отвечающий современным метрологическим и техническим требованиям прибор для измерения яркости киноэкранов яркомер «ТКАЯР» (рис. 9), представляющий собой портативный малогабаритный прибор с автономным питанием, снабженный функцией запоминания результата измерения (Hold). Наводка на измеряемый объект осуществляется с помощью лазерного прицела.
Рис. 9. Внешний вид яркомера «ТКА-ЯР»
Для упрощения конструкции прибора в оптической схеме был применен нефокусируемый объектив. Нерегулируемая фокусировка на некоторое постоянное расстояние повышает оперативность работы с прибором, так как исключается одна из рабочих операций. При этом не требуется вводить никаких поправок к градуировке, поскольку показания прибора пропорциональны яркости объекта независимо от расстояния. Прибор имеет следующие технические характеристики:
Излучение источников света при питании от сети переменного тока (как правило, с частотой 50 Гц) является пульсирующим. Частота пульсации при этом равна удвоенной частоте питающего напряжения 100 Гц. В качестве критерия оценки относительной глубины колебаний освещенности в результате изменения во времени светового потока источников излучения при питании их переменным током введен коэффициент пульсации освещенности (Кп), выражаемый формулой:
где Еmax - максимальное значение амплитуды переменой составляющей освещенности, Еmin - ее минимальное значение, Еср - среднее значение освещенности (рис. 10).
Рис. 10. Временная характеристика пульсирующей освещенности
Рис. 11. Внешний вид прибора «ТКА-ПКМ (08)»
Конструктивно прибор выполнен в виде двух блоков: фотоприемной части (ФПУ) и блока обработки информации. В блоке обработки информации размещена электронная схема, состоящая из АЦП (аналого-цифрового преобразователя), ЖКИ (жидкокристаллического индикатора) и процессора ADuС.
Прибор работает следующим образом. Сигнал с ФПУ подается на предварительный усилитель, где происходит одновременно с усилением сигнала и его масштабирование.
Усиленный сигнал подается на вход АЦП для преобразования в цифровую форму. Цифровой сигнал с выхода АЦП подается в микропроцессор для дальнейшей обработки. Проводится серия измерений с периодом 10 мс и определяются максимальное, минимальное и среднее значения освещенности.
Обработка сигнала ведется не синфазно периодам колебаний. В процессе измерения производится анализ нескольких периодов, и значения результатов выборок усредняются. Результат - значения max, min и среднее определяются в единицах освещенности лк. После нахождения параметров сигнала по формуле (8) вычисляется значение коэффициента пульсации.
Определение коэффициента пульсации источников излучения и освещенности выполняется прибором «ТКА-ПКМ (08)», информация в нем обрабатывается микропроцессором. Этот пульсметр-люксметр имеет следующие технические характеристики:
Важной световой характеристикой излучения светодиода является световой поток Ф (лм), определяющийся как интеграл всего потока излучения, заключенного под пространственной индикатрисой излучения (рис. 12).
Рис. 12. Пространственное распределение силы света светильника
Необходимо при этом отметить, что индикатрисы излучения светодиодов (в отличие от ламп накаливания) могут принимать самые причудливые формы. Эта особенность в немалой степени помогла в выборе нами пути построения измерительного прибора.
Имеются два существенно различающихся способа измерения полного светового потока:
Метод основан на пошаговой фиксации значений силы света светодиода при его повороте на известный угол. Используемые для этих целей приборы - гониометр с достаточным угловым разрешением и фотометрическая головка с известным коэффициентом преобразования. Уменьшение погрешности измерений и получение наиболее достоверного углового распределения возможно при минимальном значении шага угла поворота светодиода относительно фотометра (или наоборот). Современные гониофотометрические установки имеют шаг несколько угловых минут. Одновременно выполняются измерения осевой силы света и ее пространственного распределения.
На основании этих данных рассчитывается световой поток. Получение светового потока светодиода Ф с пространственным распределением силы света произвольной формы определяется с помощью индикатрис излучения большого числа плоскостей (nI v (Θ) при n→∞) и последующим вычислением среднего значения Ф:
Процесс измерения полного светового потока гониометрическим методом является перспективным с точки зрения точности и информативности, но требует серьезных материальных затрат и времени.
Для оперативного проведения простых технологических измерений полного светового потока нами был выбран так называемый метод «интегрирующей сферы», изложенный М. М. Гуревичем . В нем неизвестный световой поток сопоставляется с заранее вычисленным световым потоком образцового осесимметричного источника. Этот метод позволяет проводить измерения светового потока источника с произвольным распределением излучения в окружающем пространстве на порядки быстрее, чем гониометрический метод (рис. 13).
Рис.13. Измерение светового потока
с помощью фотометрического шара
Такое сопоставление производится с помощью фотометрического шара, имеющего достаточно большой диаметр, окрашенного изнутри матовой белой краской и рассеивающего свет в соответствии с законом Ламберта.
Теория фотометрического шара показывает, что световой поток, рассеиваемый его внутренней стенкой, распределяется по ней весьма равномерно. Поэтому если внутрь полой сферы, стенка которой имеет во всех точках одинаковый коэффициент отражения ρ, поместить источник S, излучающий световой поток Ф, то отраженный от стенки шара поток ρФ создаст во всех точках одну и ту же освещенность
где r - радиус поверхности шара.
Вторично отраженный световой поток ρ 2 Ф снова равномерно распределится по стенке шара, и дополнительная освещенность окажется:
Общую (суммарную) освещенность в некоторой точке М на внутренней поверхности шара можно рассчитать следующим образом:
где E и - освещенность в некоторой точке М при непосредственном падении света на поверхность шара. Очевидно, что эта величина не будет одинакова во всех точках, поскольку зависит как от положения источника S внутри шара, так и от его светораспределения.
Однако если с помощью малого непрозрачного экрана Э (рис. 13), помещенного вовнутрь шара, защитить от попадания света непосредственно от источника малый участок стенки около точки М, то освещенность этого участка будет следующая:
где α - коэффициент пропорциональности, зависящий только от свойств шара.
Поэтому если испытуемый источник S со световым потоком Ф заменить внутри шара на образцовый источник S 0 c известным световым потоком Ф 0 , то очевидно, что освещенность в точке М будет:
Или, разделив выражение (14) на (15), получим:
Рис. 14. Вариант измерения полного светового
потока светодиода
Установив тем или другим способом отношение освещенностей, можно определить световой поток Ф интересующего нас источника.
В связи с тем, что излучение светодиодов направленное, и угол излучения не превышает 2. возможно упрощение конструкции прибора за счет установки исследуемых светодиодов в стенке шара. Тем самым снижается количество элементов конструкции внутри шара и, следовательно, его геометрические размеры. Шар выполняется с двумя отверстиями. За первым размещается фотодиод с молочным стеклом и набором корригирующих светофильтров, а за вторым - исследуемые светодиоды (рис. 14).
Определив реакцию фотодиода на излучение - например, фототоки, возникающие в измерительной цепи, - находим отношение i/i 0 и Е/Е 0 , которые можно считать равными между собой, и вычисляем световой поток Ф согласно выражению (16).
В результате реализации на практике вышеизложенного метода мы получили рабочее средство измерения полного потока, показанного на рис. 15. Погрешность измерения полного светового потока белых светодиодов составила 7,0%, цветных светодиодов - 10,0%.
Рис. 15. Внешний вид опытного экземпляра
прибора «ТКА-КК» для измерения
полного светового потока излучающего
светодиода
Рис. 16. Фотоприемное устройство (ФПУ)
спектроколориметра
Дополнительные погрешности суммарной спектральной коррекции, возникающие из-за селективности коэффициента отражения интегрирующей сферы, достаточно просто устраняются коррегирующими фильтрами. Измерения полного светового потока могут проводиться за считанные секунды операторами любого уровня квалификации (рис. 15).
Приборы ООО «НТП «ТКА» для определения цветовых характеристик источников (спектроколориметры) основаны на измерении спектрального состава оптического излучения с последующей математической обработкой результатов.
Координаты цвета источников определяются значениями трех интегралов, взятых в пределах видимого спектра:
где Ф еλ (λ) - спектральная плотность потока излучения; x‾(λ),y‾(λ),z‾(λ) - удельные координаты цветности.
Координаты цветности рассчитываются:
Фотоприемное устройство спектроколориметра показано на рис. 16.
Излучение исследуемого источника, пройдя отделение для формирования пространственной характеристики (1), попадает в диспергирующее устройство. Устройство представляет собой полихроматор (2) с регистрацией разложенного излучения фотодиодной линейкой (3). Рабочий спектральный диапазон обусловлен характером поставленных задач.
При определении коррелированной цветовой температуры спектральная плотность энергетической светимости М еλ (Вт·м3) абсолютно черного тела (АЧТ) определяется в соответствии с законом Планка по формуле:
Координаты цвета АЧТ при данной температуре Т рассчитываются по формулам (17). Затем применяется переход от системы цветовых координат х, у МКО 1931 г. в более равноконтрастную систему u’, v’ МКО 1976 г. по следующим формулам:
Такой же пересчет цветности производится для исследуемого источника излучения. Затем определяется массив координат цветности АЧТ и соответствующий массив температур.
Минимальное расстояние в пространстве u, v между точкой цветности исследуемого источника (u0’, v0’) и точками цветности массива линии АЧТ (ui’, vi’) (рис. 17) определяется по формуле:
Рис. 17. Линия АЧТ в системе цветовых
координат u’,v’
Затем сопоставляется рассчитанный массив цветности и массив температур АЧТ и определяется температура исследуемого источника Тj, соответствующая определенной точке цветности (u j , v j).
Разработанный спектроколориметр «ТКА-ВД» предназначен для определения спектрального состава источника оптического излучения с последующим вычислением цветовых координат в выбранной системе координат (рис. 18). Оптическая схема прибора представляет собой полихроматор на дифракционной решетке с регистрацией разложенного излучения фотодиодной линейкой. Рабочий спектральный диапазон прибора (380–760) нм. Диапазон линейности сигналов достигает шести порядков. В зависимости от конфигурации входного устройства прибор работает как в режиме яркомера, так и в режиме измерения освещенности. Спектральное разрешение прибора не превышает 3 нм.
Рис. 18. Внешний вид
спектроколориметра «ТКА-ВД»
В заключение хочется отметить следующее. Прибор становится измерительным средством тогда, когда он метрологически обеспечен. Порой на метрологию затрачиваются усилия, соизмеримые с усилиями, затраченными на разработку самого прибора. ООО «НТП «ТКА» оснащено современным, в том числе уникальным оборудованием, которое обеспечивает проведение калибровочных и поверочных (силами «Тест-Санкт-Петербург») работ при выпуске приборов серии «ТКА». По каждому типу приборов имеется утвержденное метрологическое обеспечение измерений и эталоны соответствующего уровня, госповерка которых ежегодно проводится в уполномоченных организациях Госстандарта РФ. Специалистами центра проводятся консультации по вопросам возможности применения приборов для решения конкретных задач и даются рекомендации по наилучшему выбору среди них. По заданию министерств, ведомств и отдельных заказчиков выполняются научно-исследовательские и опытно-конструкторские работы, связанные как с разработкой новых типов приборов, так и с исследованиями воздействия физических факторов на материальные объекты и изучением происходящих в связи с этим изменений.
Человеческий глаз не в состоянии определить абсолютную интенсивность света, поскольку он наделен способностью приспосабливаться к освещению. К тому же, глаз человека лучше воспринимает как раз волны такой длины, которые не слишком пригодны для растений. Помочь измерить освещенность может специальный прибор - люксметр .
Рис. 4.
Люксметр - это переносной прибор, представляющий собой один из разновидностей фотометров, с помощью которого производят замеры освещенности .
Простейший люксметр состоит из фотоэлемента, который преобразует световую энергию в энергию электрического тока. В основе его работы лежит принцип фотоэлектрического эффекта: попадая на полупроводниковые фотоэлементы, световые лучи передают электронам свою энергию. Поток света, попадая на фотоэлемент, высвобождает поток электронов в теле полупроводника. Благодаря этому фотоэлемент начинает проводить электрический ток. Величина этого тока прямо пропорциональна освещённости фотоэлемента. Он и отражается на шкале. В аналоговых люксметрах шкала проградуирована в люксах, результат определяется по отклонению стрелки .
Рис. 5.
Сейчас на смену аналоговым (рис. 4) приходят цифровые (рис. 5) приборы для измерения освещенности. В них результат измерений выводится на жидкокристаллический дисплей. Измерительная часть во многих из них находится в отдельном корпусе и связана с прибором гибким проводом. Это позволяет проводить измерение в труднодоступных местах. Благодаря набору светофильтров пределы его измерений можно регулировать. В этом случае показания прибора нужно умножать на определённые коэффициенты .
При оценке освещения применяют несколько параметров (сила света, яркость и пр.), однако главным показателем является освещенность.
Рис. 6.
В Международной системе единиц мерой освещенности принят 1 люкс.
Люкс равен освещенности поверхности площадью 1м 2 , при световом потоке падающего на нее излучения, равном 1 люмен (рис. 6).
Измерение освещенности производят в соответствии с ГОСТ Межгосударственный стандарт "Здания и сооружения. Методы измерения освещенности". Настоящий стандарт устанавливает методы определения минимальной, средней и цилиндрической освещенности, коэффициента естественной освещенности в помещениях зданий, сооружений и на рабочих местах, минимальной освещенности в местах производства работ вне зданий, средней освещенности улиц, дорог, площадей и тоннелей.
Для измерения освещенности следует использовать люксметры с измерительными преобразователями излучения, имеющими спектральную погрешность не более 10%. Люксметры должны иметь свидетельства о метрологической аттестации и поверке. Прибор всегда должен находиться в горизонтальном положении. Его устанавливают в необходимых точках .
Порядок работы:
Необходимо установить люксметр на поверхность, освещенность которой измеряется. Плоскость светочувствительного элемента датчика обязательно должна быть параллельна освещаемой источником света поверхности. После этого снимаются показания со шкалы аналогового прибора или дисплея цифрового - это и будет освещенность данной поверхности в люксах.
Измерения проводятся отдельно по искусственному и естественному освещению. При этом нужно следить, чтобы на прибор не падала какая-либо тень, и поблизости не было источника электромагнитного излучения. Это внесёт помехи в результаты. После того как сделаны все необходимые замеры освещенности, на основе полученных результатов, по специальным формулам, рассчитываются нужные параметры, и делается общая оценка. То есть, полученные параметры сравниваются с нормативом, и делается вывод о том достаточно ли освещённость данного помещения или территории.
На каждый вид измерений в каждом помещении или участке улицы заполняется отдельный протокол. Оценочный протокол выдаётся как по каждому помещению или территории, так и по всему объекту. Этого требует "ГОСТ. Измерение освещённости" .
Освещенность необходимо измерять не меньше 1 раза в месяц, а в системах с комбинированным освещением следует измерять освещенность отдельно: от местного освещения, от ламп общего освещения и от всей системы в целом.
Перед применением прибора для измерения освещенности искусственного освещения необходимо проводить чистку светильников и замену всех неработающих ламп. Измерение освещенности специальными приборами может также применяться без предварительной подготовки соответствующей осветительной установки, однако эти нюансы должны быть зафиксированы при занесении результатов измерения на носитель.
Измерение коэффициента естественной освещенности (КЕО) люксметрами проводят в помещениях, которые заранее освобождены от оборудования и мебели, также не затеняемых деревьями и озеленением, при очищенных и исправных светопрозрачных наполнениях в светопроемах. Но при применении приборов для измерения освещенности в помещениях с мебелью, с неисправными или неочищенными светопрозрачными заполнениями, или при затенении деревьями данные должны быть учтены и зафиксированы в результатах измерения .
Если перед Вами появилась задача или потребность в том, что бы купить люксметр - данная статья будет Вам полезна!
Прежде чем ответить на вопрос «какой купить люксметр?» Вам необходимо определиться с кругом задач, который стоит перед Вами – будь то измерение освещенности в быту или измерение освещенности на рабочих местах аккредитованной лабораторией. Во втором случае обращаем Ваше внимание, что люксметр должен быть внесён в ГосРеестр и иметь поверку (ФЗ 102 от 26.05.2008 «Об обеспечении единства измерений»). Ознакомиться с тем, что такое поверка и зачем она нужна можно тут - жми .
| Наименование средства измерения | Основные особенности люксметров, на которые нужно обратить внимание при покупке |
| Люксметр ТКА-Люкс |
Диапазон измерений освещенности: 1,0 ÷ 200000 лк Предел допустимой основной относительной погрешности: 6% Особенность люксметра - cамый дешевый люксметр который можно купить с поверкой и от 1 лк! |
| Люксметр ТКА-Люкс/Эталон |
Диапазон измерений освещённости 1,0 ÷ 50 000 лк Основная относительная погрешность измерения освещенности (не более) ± 2,0 % Особенность люксометра - kюксметр является рабочим эталоном 1 разряда. Прибор предназначен для поверки (калибровки) рабочих средств измерения освещённости. |
| Люксметр Аргус-01 |
Диапазон освещенности: 1 ÷ 200000 Лк Погрешность измерения: 10% |
| Люксметр Testo 540 |
Диапазон измерений 0 ÷ 99.999 Люкс Погрешность ± 3 Люкс Или 3 % от изм. знач. (по сравнению с эталоном) Разрешение 1 Люкс (0 ÷ 19.999 Люкс); 10 Люкс (в ост. диапазоне) Особенность измерителя освещенности - немецкое качество и надежность! Но сертифицированный диапазон измерения на территории РФ 100 - 99 990 лк! |
| Люксметр Testo 545 |
Диапазон измерений 0 ÷ 100000 Люкс Разрешение 1 Люкс (0 ÷ 32000 Люкс); 10 Люкс (0 ÷ +100000 Люкс) Статьи по теме:
Как сделать на ноутбуке подсветку клавиатуры
Создание MIDI мелодии в программе Anvil Studio
Hover-эффекты для изображений на чистом CSS3 Выезжающая иконка как на CoolWebMasters
Варианты переноса строк Как перейти на строчку ниже на клавиатуре
Надоела стандартная раскладка клавиш?
Новое:
Популярное:
|
