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分布式光度计的原理和应用

  分布式光度计的原理和应用_信息与通信_工程科技_专业资料。介绍了分布式光度的基本原理和几种仪器型号,测试环境和方法

  光度学基本知识 与 报告解读 p/ 1 内 容 1. 光度学基础知识 灯具定义及分类 照度 2. 灯具坐标系 提 要 光通量 亮度 发光强度 常用的光度测量定律 Type C Type B Type A 3.灯具光度测试报告解读 室内灯具 投光灯 路灯 p/ 2 光度学基础知识 灯具定义 灯具又称照明器,其主要作用是照明。 在我们的日常生活中,可以看见多种多样的灯具,而灯具的 分类也是多种多样的。 按照使用目的可以分为: 装饰性灯具 功能性灯具 p/ 3 光度学基础知识 灯具定义 灯具又称照明器,其主要作用是照明。 在我们的日常生活中,可以看见多种多样的灯,而灯具的分 类也是多种多样的。 按照使用位置可以分为: 室内灯具 室外灯具 p/ 4 光度学基础知识 灯具本身的基本作用是提供与光源 的电气连接,但还有许多其它的重 要功能如光源的防护、适宜的机械 特性、壳体的防护要求、电气安全 要求、热要求、标志要求和光度功 能要求。 而一般情况下,用户最关心的是这一盏灯是否能够照亮我们希望它照 亮的地方,不照亮它不该照亮的地方。其次便是它是否使我们感觉舒 适。 而这可以由配光曲线和眩光等参数所描述,这也就说明了我们为什么 要测量配光曲线。 什么是配光曲线? 配光曲线又叫发光强度分布曲线,是描述光源或灯具发光的空间分布 特性的一条曲线 配光曲线通常有两种表示方法: 极坐标表示法 这种方法通常用于描述室内和道路的灯具的光分布。它很形象 地以极坐标的原点表示灯具的光中心,以一定方向的矢量表示 光强的大小,以极坐标的角度表示光强矢量与光轴之间的夹角; 极坐标表示法 的好处就是形 象,直观。 长度表示光强 角度表示测量方向 与极轴的夹角 p/ 6 配光曲线通常有两种表示方法: 直角坐标表示法 此方法通常用于描述泛光灯和配光非常窄的灯具和光源光的分 布。用直角坐标的原点表示光中心,用横坐标表示方向角,用 纵坐标表示光强。 直角坐标表 示法的好处 是便于查不 同角度的光 强数值。 p/ 7 ? ? 配光曲线从它的对称性质来说可以分为:轴向对称、对称和非对 称3种。 投光类灯具还可以根据其光束的宽窄分为:窄光束;宽光束;中 等光束等。 一般来说: 窄 光 束:光束角20° 中等光束:光束角:20°~40° 宽 光 束:光束角:40° p/ 8 光度学的几个基本概念 下面我们先来介绍一下光度学的一些基本概念 平面角和立体角 平面角的单位 叫弧度,1弧 度是半径为1 米的园上,1 米长的圆弧对 圆心所张的角。 A A α r l B (b) s A' Ω o r o (a) 立体角的单位叫 球面度(sr), 1球面度是半径 为1米的球面上, 1平方米的球面 对球心所张的立 体角。 l α = r S Ω= 2 r p/ 9 光度学基础知识 光通量 光通量是光源在单位时间内发出的光量,也即为辐射通量(或辐 射功率)能够被人眼视觉系统所感受的那部分有效当量。 一只40W的日光灯输出的光通量大约是2100流明。 光通量符号Φ,单位lm; 常见电光源的发光效率,是指1W的电功率能转化成多少光通量。 常见光源的大致效率(流明/瓦) 白炽灯,15 日光灯,50 钠灯,120 p/ 10 光度学基础知识 发光强度 光源在给定方向的单位立体角中发射的光通量定义为光源在该方 向的(发)光强(度)。 Ι = dΦ/dΩ 单位:cd 1cd=1lm/1sr 实际光源或灯具各方向的发光强度不同。为了描述其发光的空间 分布特性,需要用发光强度分布曲线(又叫配光曲线)来表示。 它是照明计算和设计的一个重要依据。 常见光源发光强度(cd): 太阳,2.8E27 高亮手电,10000 p/ 11 光度学基础知识 照度 定义:表面上一点的照度是入射在包含该点面元上的光通量dφ 除以该面元面积dS之商。 单位 (lx) 单位为勒克斯(lx),1lx=1lm/m2 常见照度(勒克司): 阳光直射(正午)下,110,000 阴天室外,1000 商场内,500 普通房间灯光下,100 满月照射下,0.2 烛光(20cm远处),10~15LUX。 距60W台灯60cm桌面,300LUX; 黄昏室内,10LUX; 夜间路灯,0.1LUX; p/ 12 亮度 亮度(L,Luminance),单位尼特,即nit,或cd/m2。 定义:光源体在某一方向上,每单位投影面积上所发出的光强。 光源体在某一方向上,每单位投影面积上所 发出的光强。 常见发光体的亮度(尼特): 太阳表面,2,000,000,000 白炽灯灯丝,10,000,000 阳光下的白纸,30,000 眼能习惯的亮度,3,000 满月表面,2,500 人眼能比较好的分辨出颜色的亮度,1 满月下的白纸,0.07 无月夜空,0.0001 p/ 13 常用光度学单位及其相互关系 Φ ? ? ? 光通量Φ (lm) 光强I(cd) 照度E(lx) E I=E· l 2 I p/ 14 常用的光度测量定律 照度的平方反比定律 S Ω= 2 l I n dΩ ds Ι = dΦ/dΩ I E= 2 l 注意:只有点光源才符 合距离平方反比定律。 (测试距离不应少于灯 具出光口面最大尺寸的 10倍。) p/ 15 垂直于光线传播方向的照度与光源 在该方向的光强成正比,与光源到表面 的距离的平方成反比。 b)照度的余弦定律: 照度的余弦定律 I 照度定义: ? E1 S1 S1面:E1= S = S cos? ; 1 2 S2面:E2= S ; 2 ∵ S1=S2 cosθ ∴ 显而易见:E2= E1cosθ ? ? θ S2 E2 将它与照度的平方反比定律结合起来就有 : d为光源到S1平面的垂直距离 E= I ×cosθ l2 p/ 16 余弦立方定律 光源 O I l 式中:I—点光源射向该点的光强; h—光源离该平面的高度; θ—平面法线与入射光线的夹角; l — OA长度。 h D θ E A 根据照度的余弦定律 E= I l2 ×cosθ 将 l =h/cosθ带入 E= I l2 × cosθ = I ×cos3θ 2 h p/ 17 下面回到配光曲线的测量上来 不同光源、灯具向空间各个方向射出的光通量是很不一样的。 空间图最能直观地描绘光分布的特性.方法是把各个方向上测得的光强, 以一条条矢径的形式画在一个球坐标系上。 假定光源就在坐标系的极点上,这些矢量合起来就构成了“光分布体”。 灯具的光强通常在许多平面中测得。在各式各样可能的 测试平面中,有三种平面系统已被证明特别有用。 p/ 18 p/ 19 Type C p/ 20 ? Type C坐标 在Type C坐标系统中,极轴是垂直的,如图 所示。在垂直半平面测量的角度是γ角度, 以及到此半平面的水平角度是C角度。灯具 发光口面通常瞄准坐标系中的(C0,γ0)点。 γ角度范围从0°(最低点)到180°(最高 点)。C平面在角度范围从0°到360°,如 图所示。在光度学中C0参考平面位置,通常 是平行于灯具的辅助轴线。C型光度数据目 前是最流行的并得到广泛的承认。大多数光 度数据,包括室内灯和路灯,使用Type C格 式。 p/ 21 Type C p/ 22 p/ 23 Type B p/ 24 ? B型坐标 ? B型坐标系统的说明如图。极轴在水平方向。 水平半平面内的角度数据叫做H角度,到此 平面的垂直角度是V角度。使用(H,V)坐 标指示球面上的某点。 H 0 ° 在赤道圈上。 灯具口面通常瞄准点(0,0),并且V 0 ° 平面垂直于灯具口面。H角度的范围是从-90 °至90 °。V角度范围从-180 °到180 ° , -90 °将在最低点,90 °在最高点。泛光灯 光度数据通常使用Type B坐标系 p/ 25 p/ 26 Type A p/ 27 ? A型坐标 ? A型坐标系统的说明如图。极轴在竖直方向。 竖直半平面内的角度数据叫做α角度,到此 平面的垂直角度是A角度。使用(A, α ) 坐标指示球面上的某点。 α 0 ° 在赤道圈上。 灯具口面通常瞄准点(0,0),并且α 0 ° 平面垂直于灯具口面。 α角度的范围是从-90 °至90 °。A角度范围从-180 °到180 ° , -90 °将在最低点,90 °在最高点。汽车车 灯光度数据通常使用Type A坐标系 p/ 28 Type B p/ 29 Type A p/ 30 p/ 31 p/ 32 灯具光度测试报告解读 p/ 33 室 内 灯 具 光通比与灯具类型 配光曲线 眩光 室内灯利用系数 概算曲线 报告基本信息 p/ 35 p/ 36 ?最大光强 [C0~180]LEFT指的是 C180面 [C90~270]LEFT指的 是C270面 最大光强 p/ 37 平面等照度曲线:连结测量截面上等照度的点的曲线 图中粉色点代表了只 有一盏灯的时候,水 平照度值为最大照度 值一半的点。 最大距高比即为: S/2H p/ 39 光通比 上射光通比= 灯具的上射总光通 灯具总光通 灯具的下射总光通 下射光通比= 灯具总光通 p/ 40 室内灯具型号划分表 光通比 型号 名称 直接型 半直接型 均匀扩散型 半间接型 间接型 上半球 下半球 A B C D E 0~10 10~40 40~60 60~90 90~100 100~90 90~60 60~40 40~10 10~0 p/ 41 p/ 42 p/ 43 照度距离图表 p/ 44 眩光: ? 亮度限制曲线是CIE推荐的作为评价室内一般灯具直接眩光的标准和方法。 眩光:在视野范围内有亮 度极高的物体或亮度对比 过大,或空间和时间上存 在着极端的对比,就可引 起不舒适的视觉,或造成 视功能下降,或同时产生 这两种效应的现象。眩光 是影响照明质量的最重要 因素。 p/ 45 ?照明质量的优劣与灯具的亮度限制有关。在视野范围内若亮度 过高,可产生不舒适眩光,甚至产生失能眩光,严重的眩光直接 影响劳动生产率甚至诱发眼疾。 ?眩光程度主要与灯具发光面大小、发光面的亮度、背景亮度、 视看方向和位置有关,因此在灯具设计时一定要考虑限制灯具的 亮度。 ?一般情况下人们在室内眼睛停留最多的位置是水平方向,因此 灯具在60°~90°区域内最易受眩光影响。一般产生直接眩光的 区域为45°~90°区域内。 p/ 46 灯具评价: 室内灯的主要评价参数 p/ 47 灯具有发光侧边的界限曲线 ? 根据在照明使用中对照明质量的不同要求,CIE将室内一般灯具直 接眩光分为5个质量等级。 眩光限制等级 A B C 很高质量 高质量 中等质量 眩光程度 无眩光感 视觉要求和适用场所示例 很严格的视觉要求如手术室、病房、计算机房、有视觉显 示装置的办公室、展室。 有很弱眩光感 视觉要求高的作业或高等视觉作业但要求注意力高度集中。 如教室、阅览室、比赛大厅 有轻微眩光感 中等视觉要求的作业或要求注意力一般且工作人员没有一 定程度的流动性。如会议室、营业厅、餐厅、观众厅、 休息厅、候车厅、厨房 D E 低质量 很低质量 有眩光感 视觉要求或要求注意力集中程度较低的作业,工作人员在 有限区域内频繁走动。如通道 有较强眩光感 视觉要求低且工作人员不限于一个工作岗位而是来回走动 或不是由同一批人连续使用的房间。如仓库、储藏间、 汽车库 p/ 49 室内灯具利用系数 房间系数 RCR(Room Cavity Ratio) 室内照明计算是把房间看作直六面体,能表征房间尺 寸的表式就是室空间比(室指数)。越是低而宽敞的房子, 可得到的光通利用率越高,越是狭而高的房间,光通利用 率越低。 RCR=5hRC(L+W)/L*W p/ 50 室内灯具利用系数 RHOCC天花板反射系数,RHOW墙壁反射系数,RCR房间系数 p/ 51 室内灯具概算 平均照度=光源光通量×灯具数量×CU ×维护系数 /(长×宽) 灯具数量=平均照度×长×宽/(光源光通量× CU ×维护系数) p/ 52 室内灯具概算 p/ 53 在报告的最后,会附上光强数据表。 p/ 54 投 光 灯 直角坐标配光曲线 V H 直角坐标配光曲线 投光灯光度特性的三个定义 半峰发散角——在选定的通过最大光强的平面上,两个为50%最大光强的光 强之间的夹角 半峰边角——在选定的通过最大光强的平面上,最大光强与50%最大光强之 间的夹角 灯的有效光束——光强大于或等于10%最大光强的所有光束称灯具的有效 光束(IES定义) p/ 57 矩形等光强网图 等光强曲线: 在以光源的光 中心为球心的 假想球面上, 将发光强度相 等的那些方向 所对应的点连 接成的曲线, 或是该曲线的 平面投影。 p/ 58 路 灯 光强曲线分布图 等光强圆形网图 等照度曲线 光通量利用系数曲线 路灯灯具报告基本信息 p/ 60 路灯分类 单个路灯的横向分布一般可以分为四类: 1、当灯具位于或接近于道路边, 50%最大光强的曲线位于参考轴 的两边且屋边1.0M宽,路边1.0-MH宽,这种灯具被称作?类; 2、50%最大光强的轨迹的横向宽度在路边1.75MH LRL以内,属于Ⅱ 类; 3、部分的或全部在路边1.75MH和2.75MH LRL之间,属于Ⅲ类; 4、部分的或全部的在路边2.75MH LRL以外,属于Ⅳ类。 p/ 61 路灯分类 路灯的纵向分布分为三种: 1、当最大光强点位于1.0和2.25MH TRL之间时,此灯具被归类为Short(S)分布, 最大的灯具间隔是安装高度的4.5倍; 2、在2.25和3.75MHTRL之间的,此灯具被归类为Medium(M)分布,最大的灯具间 隔是安装高度的7.5倍; 3、在3.75和6.0MH TRL之间称为Long(L)分布,最大的灯具间隔是安装高度的12 倍。 p/ 62 IESNA路灯分类图 p/ 63 路灯光强曲线 灯具评价:路灯的主要评价参数 IESNA眩光控制分类 完全截光型 离开灯下点90°(r=90°)以上的所有角度的光强值为0,而且 在离灯下点80°(r=80°)的位置每1000流明的光强值不超过100cd(10%)。围 绕灯具的所有横向角度都要满足这个要求。 截光型 离开灯下点90°(r=90°,水平)的位置的每1000流明的光强值不超 过25cd(2.5%),而且在离灯下点80°(r=80°)的位置每1000流明的光强值不 超过100cd(10%)的灯具是达到截光水平的。同样应用到围绕灯具的所有横向角 度。 半截光型 离开灯下点90°(r=90°,水平)的位置的每1000流明的光强值不 超过50cd(5%),而且在离灯下点80°(r=80°)的位置每1000流明的光强值不 超过200cd(20%)的灯具是达到截光水平的。同样应用到围绕灯具的所有横向角 度。 p/ 65 某种路灯的等光强圆形网图 p/ 66 某种路灯的平面等照度曲线 路灯的利用率系数 p/ 68

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