Измерение яркости света: Измерение яркости света

Светотехнические параметры и понятия. Часть 1. Справочная информация

Профессиональные светотехники и специалисты, работающие в области освещения, постоянно употребляют разные термины и определения, которые мало о чем говорят простому обывателю, но нужны для правильного описания цветового фона.

Чтобы было проще понимать, о чем идет речь, и что обозначают эти слова, мы подготовили список, объясняющий основные светотехнические термины и характеристики. Его не нужно учить наизусть, можно просто заходить на нужную страницу и освежать в памяти забытый параметр. Говорить «на одном языке» всегда проще.

Светотехнические параметры и понятия.

1 — Видимое и оптическое излучение

Весь окружающий нас мир образуется видимым и оптическим излучением, сосредоточенным в полосе электромагнитных волн от 380 до 760 нм. К ней с одной стороны добавляется ультрафиолетовое излучение (УФ), а с другой инфракрасное (ИК).

УФ-лучи оказывают биологическое воздействия и применяются для уничтожения бактерий.

Дозировано они используются для лечебного и оздоровительного эффектов.

ИК-лучи используются для нагрева и сушки в установках, так как в основном производят тепловое воздействие.

2 — Световой поток (Ф)

Световой поток характеризует мощность видимого излучения по воздействию на человеческое зрение. Измеряется в люменах (лм). Величина не зависит от направления. Световой поток — это самая важная характеристика источников света.

Например, лампа накаливания Е27 75 Вт имеет световой поток 935 лм, галогенная G9 на 75 Вт — 1100 лм, люминесцентная Т5 на 35 Вт — 3300 лм, металлогалогенная G12 на 70 Вт (теплая) — 5300 лм, светодиодная Е27 9,5 Вт (теплая) — 800 лм.

3 — Люмен

Люмен (лм) — это световой поток от источника света (лампы) при окружающей температуре 25°, измеренной при эталонных условиях.

 

4 — Освещенность (Е)

Освещенность — это отношение светового потока, подающего на элемент поверхности, к площади этого элемента. Е=Ф/А, где, А -площадь. Единица освещенности — люкс (лк).

Чаще всего нормируется горизонтальная освещенность (на горизонтальной плоскости).

Средние диапазоны освещенности: на улице при искусственном освещении от 0 до 20 лк, в помещении от 20 до 5000 лк, 0,2 лк в полнолуние в природных условиях, 5000 -10000 лк днем при облачности и до 100 000 лк в ясный день.

На картинке представлены: а — средняя освещенность на площади А, б — общая формула для расчета освещенности.

5 — Сила света (I)

Сила света — это пространственная плотность светового потока, ограниченного телесным углом. Т. е. отношение светового потока, исходящего от источника света и распространяющегося внутри малого телесного угла, содержащего рассматриваемое направление.

I=Ф/ω Единица измерения силы света — кандела (кд).

Средняя сила света лампы накаливания в 100 Вт составляет около 100 кд.

КСС (кривая силы света) — распределение силы света в пространстве, это одна из важнейших характеристик светотехнических приборов, необходимая для расчета освещения.

 

6 — Яркость (L)

Яркость (плотность света) — это отношение светового потока, переносимого в элементарном пучке лучей и распространяющемся в телесном угле, к площади сечения данного пучка.

L=I/A (L=I/Cosα) Единица измерения яркости — кд/м2.

Яркость связана с уровнем зрительного ощущения; распространение яркости в поле зрения (в помещении/интерьере) характеризует качество (зрительный комфорт) освещения.

В полной темноте человек реагирует на яркость в одну миллионную долю кд/м2.

Полностью светящийся потолок яркостью боле 500 кд/м2 вызывает у человека дискомфорт.

Яркость солнца примерно миллиард кд/м2, а люминесцентной лампы 5000–11000 кд/м2.

7 — Световая отдача (H)

Световая отдача источника света — это отношение светового потока лампы к ее мощности.

Η=Ф/Р Единица измерения светоотдачи — лм/Вт.

Это характеристика энергоэкономичности источника света. Лампы с высокой световой отдачей обеспечивают экономию электроэнергии.

Заменяя лампу накаливания со светоотдачей 7–22 лм/Вт на люминесцентные (50–90 лм/Вт), расход электроэнергии уменьшится в 5–6 раз, а уровень освещенности останется тот же.

 

8 — Цветовая температура (Тц)

Цветовая температура определяет цветность источников света и цветовую тональность освещаемого пространства. При изменении температуры источника света, тональность излучаемого света меняется от красного к синему. Цветовая температура равна температуре нагретого тела (излучатель Планка, черное тело), одинакового по цвету с заданным источником света.

Единица измерения Кельвин (К) по шкале Кельвина: Т — (градусы Цельсия + 273) К.

 

Пламя свечи — 1900 К

Лампа накаливания — 2500–3000 К

Люминесцентные лампы — 2700 — 6500 К

Солнце — 5000–6000 К

Облачное небо — 6000–7000 К

Ясный день — 10 000 — 20 000 К.

9 — Индекс цветопередачи (Ra или CRI)

Индекс цветопередачи характеризует степень воспроизведения цветов различных материалов при их освещении источником света (лампой) при сравнении с эталонным источником.

Максимальное значение индекса цветопередачи Ra =100.

 

Показатели цветопередачи:

Ra = 90 и более — очень хорошая (степень цветопередачи 1А)

Ra = 80–89 — очень хорошая (степень цветопередачи 1В)

Ra = 70–79 — хорошая (степень цветопередачи 2А)

Ra = 60–69 — удовлетворительная (степень цветопередачи 2В)

Ra = 40–59 — достаточная (степень цветопередачи 3)

Ra = менее 39 — низкая (степень цветопередачи 3)

 

Ra он же CRI — color rendering index был разработан для сравнения источников света непрерывного спектра, индекс цветопередачи которых был выше 90, поскольку ниже 90 можно иметь два источника света с одинаковым индексом цветопередачи, но с сильно различающейся передачей цвета.

Комфортное для глаза человека значение CRI = 80–100 Ra

Читайте также:

Люксметром, как им пользоваться

Люксметр — переносной прибор для измерения освещённости, один из видов фотометров.

Фотометрический прибор для измерения освещенности называется люксметром. Кроме непосредственно освещенности, многие люксметры измеряют также яркость, а некоторые и коэффициент пульсаций света. Данные измерения проводят для того, чтобы определить качество источников света, а также характеристики освещения на рабочем месте и в быту.

Дело в том, что свет влияет на наши глаза и настроение. Тусклый свет или свет со значительными пульсациями вызывает напряжение глаз, быструю утомляемость, депрессию… Чтобы этого не происходило, свет должен быть правильно настроен, лампы должны быть качественными. В достижении этих целей как раз и помогает люксметр.

Фотодатчик люксметра воспринимает направленное на него видимое излучение, которое инициирует в схеме измерительного устройства ток, величина которого пропорциональна освещенности. Таким образом, по величине и другим параметрам данного тока можно судить об освещенности и других параметрах света: о яркости, о пульсациях.

Измерения при помощи люксметра необходимо проводить правильно, чтобы получить адекватные результаты измерений, и затем на их основе наладить соответствующим образом освещение рабочего места и помещений в доме или на работе, дабы параметры используемого света укладывались в санитарные нормы. Далее поговорим об измерении освещенности, яркости, коэффициента пульсаций света, о способах замера и о некоторых немаловажных сопутствующих вещах.

Освещенность

Под освещенностью понимают отношение светового потока в люменах к площади в квадратных метрах, на которую данный световой поток падает. Освещенность не зависит от направления источника света и измеряется в Люксах (1 Лк = 1 Лм/кв.м).

Измеряя освещенность при помощи люксметра, мы проверяем условия нашего собственного пребывания, а также обстановку для комнатных растений и домашних животных. Кроме того, исходя из полученных показаний о текущей освещенности настраивают различную фото- и видеоаппаратуру.

Измерения освещенности поверхностей проводятся так: люксметр переводят в соответствующий режим, а затем размещают его на поверхности так, чтобы его фотодатчик был направлен в сторону источника света или источников света, если их несколько, освещающих данную поверхность. После этого нажимают на кнопку проведения измерений, и считывают показания с дисплея прибора.

Таким образом мы определим, какое количество света попадает на поверхность со всех сторон. Когда нужно узнать параметры только одного осветительного прибора, например настольной лампы, то другие приборы (люстру, светильник и т. д.) на время проведения измерений гасят.

Регламентированные нормы (САНПИН 2.2.1/2.1.1.1278-03) указывают нижнюю границу освещенности:

  • рабочих письменных столов и комнат — 500 Лк;
  • для компьютерных столов, столов для чтения и игровых комнат детских садов — 400 Лк;
  • для библиотек и мастерских — 300 Лк.

При недостаточной освещенности развиваются проблемы со зрением, быстро наступает усталость, падает производительность труда. Особенно это касается инженерных и школьных кабинетов, где недостаток света приводит к быстрой усталости глаз от перенапряжения. Поэтому следует позаботиться о том, чтобы света было достаточно.

Яркость

Яркость отражает то, насколько интенсивно свет излучается поверхностью единичной площади. Измеряется яркость в Канделах на квадратный метр. Поскольку данная характеристика сильно зависит от отражающей способности поверхности, то при одной и той же освещенности яркость на разных направлениях может отличаться.

Как недостаточная, так и избыточная яркость источников света и экранов вызывают у человека чувство эмоционального дискомфорта, которое ухудшает концентрацию внимания и производительность труда. Поэтому, например, яркость экранов мониторов необходимо настраивать корректно. Поверхности осветительных приборов обычно не плоские, поэтому измерения произвести непросто.

Измерение яркости экрана производится следующим образом: на экран выводят сплошную заливку белого цвета, затем переводят прибор в режим измерения яркости. Фотоэлемент люксметра подносят на расстояние 1 см к экрану. Если измеряется яркость лампы, действия аналогичны, но можно измерить несколько мест, а после — усреднить показания.

В процессе измерений прибор держат неподвижно. Нажимают кнопку. Считывают результат с дисплея. Наиболее оптимальная яркость экрана монитора — в районе 200 Кд/кв.м. Если больше — это вредно для глаз и нервной системы.

Коэффициент пульсаций света

Коэффициентом пульсаций называется характеристика, отражающая неравномерность светового потока во времени, выраженная в процентах. Это может быть пульсация освещенности и пульсация яркости. Существует регламент касательно норм (СП 52.13330.2011), основанный на медицинских исследованиях.

Медики выяснили, что пульсации с частотой до 300 Гц, будучи восприняты человеческим глазом, воздействуют на нервную систему человека пагубно, как минимум — нарушается естественный гормональный фон и искажаются природные биоритмы. Поэтому необходимо знать степень пульсации излучающих свет приборов, которые вас окружают: ламп, дисплеев, даже смартфона.

Измерения пульсаций проводятся так: люксметр с функцией измерения коэффициента пульсаций переводится в соответствующий режим и кладется на ровную поверхность (стол, пол, ниша и т.д) так, чтобы световой поток источника света был направлен прямо на фотодатчик прибора. После нажатия на кнопку проведения измерений можно считать показания с дисплея люксметра.

Если измеряются пульсации дисплея, то фотодатчик просто подносится возможно ближе к дисплею. Важно чтобы источник света сначала вышел на номинальный режим (например лампе дневного света требуется для этого 5 минут). Проследите, чтобы сторонние источники света и предметы не влияли на проводимые вами замеры.

Согласно регламентированным нормам, пульсации света в санузлах, зонах ожидания, мастерских, не должны превышать 20%, для офисов верхняя граница 15%, для жилых помещений — 10% и для рабочих помещений — 5%. Если коэффициент пульсаций света будет выше, то это негативно скажется на работоспособности, настроении и на состоянии центральной нервной системы в целом.

Ранее ЭлектроВести писали, что в норвежском городе построят энергонезависимый район посреди озера. Проект разрабатывает лондонское бюро Waugh Thistleton в норвежском городе Берген на озере Store Lungegardsvann.

По материалам: electrik.info.

Единица измерения яркости поверхности

В мире давно доказано, что недостаточная и чрезмерная яркость света способна негативно влиять на сетчатку человеческого глаза, вызывая ее разрушение. К тому же, этот параметр освещения оказывает воздействие на работу головного мозга. В полумраке часто повышается сонливость, а яркий световой поток дает большой заряд энергии, ускоряющий наступление утомления.

Характеристика яркости света

Яркостью называется сила света, излученная с определенной площади объекта в заданном направлении (L=I/S).

Обратите внимание! Речь идет не только об излучаемом свете, но и об отраженном.

Яркость солнца

Поверхности с разными отражающими способностями при одинаковой освещенности имеют разные показатели яркости. На это влияют окраска и отражающие свойства объектов.

Этот параметр света, излучаемый поверхностью под углом Ф, равен отношению силы луча (I) к площади его проекции (S).

Яркость

Ни знаменатель, ни числитель этого отношения не зависят от расстояния до объекта, поэтому данная величина им тоже не обусловлена.

Если наблюдаемый объект находится под углом, отличающимся от 90 градусов, при расчетах учитывается также косинус данного угла: L=Ia/(S*cosa).

Вычисляя показатель для обычных ламп накаливания, учитывают, что проекция их поверхности имеет форму круга. А у газоразрядных источников света она представлена прямоугольниками. У объектов неправильной формы при измерениях могут быть захвачены промежутки между участками поверхности, не излучающие свет.

Яркости некоторых объектов

На заметку! Не стоит путать яркость с освещенностью, которая определяется отношением плотности света к площади освещенного объекта.

В каких единицах измеряется яркость света

Так как эта величина представляет собой отношение силы воздействия к площади проекции поверхности, в СИ принято измерять ее в единицах отношения данных величин (канделах, деленных на квадратный метр).

В каких еще единицах измеряется яркость: в апостильбах (асб) = 1/ π х 10−4; в стильбах (сб) = 0,3199; в ламбертах (Лб).

Какими приборами измерять яркость света

При инспекции охраны труда и соблюдения техники безопасности применяются яркомеры. В их число входят экспонометры и специальные датчики.

Конструкция устройств отличается наличием ограничителя угла обзора (обычно тубус, решетка или линза). Если область светоприема у них прямоугольной формы, то угла охвата сразу два – один расположен по горизонтали, другой – по вертикали.

Углы охватов приборов

Дополнительно! У профессиональных аппаратов в базовой комплектации установлены прицельные визиры.

Чувствительность прибора находится в прямой зависимости от квадрата угла его охвата. Максимальное расстояние от яркомера до точки измерения также зависит от его технических характеристик.

Расстояние от яркомера до объекта измерения

Обратите внимание! При превышении предельно допустимого расстояния в поле измерения прибора попадают посторонние предметы, расположенные по соседству с источником света.

Яркость объекта можно измерить двумя способами – прямым и косвенным. В первом случае прибором напрямую измеряются максимальный и минимальный параметры, во втором – оцениваются контрасты светлот и освещения.

Как правильно измерять яркость света

При тестировании лампочек и других осветительных приборов досконально выяснить уровень их яркости затруднительно, в виду округлости их поверхности. Чаще всего этот показатель определяют у мониторов, дисплеев и ТВ экранов.

Для того, чтобы получить верные показатели, необходимо соблюсти следующие условия:

  • Экранировать объектив от посторонних источников света. В помещении можно производить замеры в условиях полной темноты.
  • На объект измерения не должна падать тень (в том числе от прибора и человека, снимающего показания яркомера).
Тень на объекте измерения яркости
  • В поле зрения датчика не должно находиться ничего, кроме измеряемого источника света.
  • В начале и конце измерений проверяют уровень напряжения в сети.
  • При наличии естественного источника света, отношение его освещенности к этому параметру не может превышать 0,1.
  • Измерения производятся при нормальных погодных условиях.

Порядок измерения

Необходимый порядок действий для измерения уровня яркости:

  • Включить яркомер и установить на нем режим измерения.
  • Расположить его как можно ближе к источнику света, перпендикулярно лучам (параллельно поверхности).

Обратите внимание! Если поверхность горячая, расстояние до объекта измерения должно быть не меньше 1 см.

  • Во время снятия показаний прибор должен находиться в статическом положении.
  • Произвести замеры в нескольких точках, затем рассчитать среднее значение.
Точки измерения яркости монитора

Нормы яркости света

Показатель свыше 160 000 кандел на м2 вызывает неприятные ощущения в глазах и слезоточивость. Поэтому производители ламп увеличивают площадь источников света (нить накаливания лампочки) за счет крупных матовых плафонов. Такой свет приятней и безопасней для органов зрения человека, не оказывает негативного воздействия на концентрацию внимания.

Нормы яркости по ГОСТ Р 52870-2007

Измеряя этот показатель, учитывают:

  • При адаптации к свету данная величина должна быть ≥ 10 кд/м2, к тени – не более 0,01 кд/м2.
  • На экранах этот параметр для монохромного изображения в норме должен составлять свыше 3 000 кд/м2, цветного – 10 000 кд/м2 (при этом, для каждого цвета более 1 500 кд/м2).
  • При определении этого светового показателя в разных точках экрана разница между максимальным и минимальным числами определяется отношением первого значения ко второму, и величина должна быть в пределах от 0 до 0,7.
  • Ночные показатели яркости должны быть в 2–100 раз меньше дневных.

Обратите внимание! Яркость мониторов при наличии внешнего освещения не нормируется.

Монитор при внешнем освещении

Яркость света – это очень важный параметр, влияющий на зрение и работоспособность человека, и им не стоит пренебрегать. Таким образом, для безвредной работы с монитором внутри помещения, можно установить на устройство регулятор яркости, который будет менять ее показатели в 10–100 раз, в зависимости от времени суток и наличия естественного освещения.

Фотометрическая лаборатория Архилайт — Интернациональная физика и отечественная лирика современной метрологии света

Интернациональная физика и отечественная лирика современной метрологии света

Сергей Никифоров, к. т. н. Статья опубликована в журнале «Полупроводниковая Светотехника» № 4, 2012. 

В статье обсуждаются способы измерений силы света и ее пространственного распределения — самых важных и основополагающих светотехнических единиц. Показаны преимущества и недостатки основных и наиболее распространенных методик и средств измерений, потенциальные возможности повышения их точности и ограничения применения. Рассмотрены физические основы фото- метрирования при использовании различных методов, содержащихся в ГОСТ Р 54350-2011. Материал может быть полезен метрологам, разработчикам и проектировщикам осветительных приборов, а также специалистам, отвечающим за сертификационные испытания.

Ногами не счесть километры

О том, что измерение параметров света — непростая задача, писалось и говорилось не- однократно. Особенно если желать это сделать с большой точностью. Однако с существенным ростом качественных показателей осветитель- ных приборов и источников света, в особен- ности полупроводниковых, вопрос измерений их характеристик встает весьма остро из-за тонкостей применяемых  при исследованиях методик и средств измерений, которые пришли в метрологию полупроводникового света еще из эры ламповых или газоразрядных источников. Дело в том, что, помимо разницы в спектральном распределении мощности излучения, о которой также сказано немало, осветительные приборы на основе таких разных источников обладают еще и значительными отличиями в габаритной яркости, равномерности яркости выходного окна, а также геометрических размерах как самих осветительных приборов, так и их ис- точников света. Все бы ничего — ведь и лампы в свою очередь также имеют довольно разные характеристики, и в прежние времена никто особенно не «капризничал» при рассмотрении полученных результатов измерений одними и теми же установками: свет, он и есть свет, не- важно, от какого источника исходит. Но теперь точность измерений в 20% не устраивает никого, а светодиоды вообще сортируются по световому потоку, в частности, на ранки, отличие между которыми составляет всего 5–7%. И от пра- вильности выводов, сделанных по результатам измерений, будет зависеть стоимость продукта и его качественные показатели. Однако каким бы ни был совершенным математический и аналитический аппарат современных ком- пьютеров, в светотехнических измерениях, как и во многих других, не обойтись без датчиков, преобразующих свет (электромагнитное излуче- ние) в электрический сигнал (фототок). И теперь качество этих преобразователей (фотометров) куда важнее многократно перекрывающих их по скорости и возможностям обработки результатов компьютерных программ. Также не исключаются из жизни и сами физические принципы измерений, которые  основаны на законах распространения и преобразования электромагнитной энергии, коей в нашем случае и является свет. И здесь также кажется, что всем все понятно еще со школьного курса физики. Особенно это должно быть понятно профессио- налам, занимающимся такими измерениями. Но как в настоящей и почти правдивой сказке, так и в реальной жизни никогда не обходится без объективных обстоятельств, делающих, казалось бы, простое и понимаемое  трудно реализуемым или выполненным с некими по- правками и условиями. А имея впечатляющий опыт прочтения сказок и проживания в нашей стране, становится понятно, что все эти об- стоятельства появляются вовсе не просто так, а с чьей-то легкой руки, просто потому что так нужно кому-то. Мы уже говорили прежде, что сейчас законотворчество в сфере формирования стандартов и методик достигло таких высот, что того и гляди — узаконят в каком-нибудь техрегламенте требование, что яблоко должно падать вверх. И, к сожалению, такие моменты уже не являются стопроцентной шуткой. Так же и в светотехнике. На языке экономическом все это называется «техническая политика». Складывается она из интересов и возможностей тех, кто часто стремится подчинить себе не просто направление или вектор развития определенной отрасли или науки, но и заодно все физические основы этого направления, которые, как известно, существуют и работают вне зависимости от этой политики. Вживаясь в роль, они и правда пытаются ловить то пресловутое яблоко сверху, но каждый раз оно «почему-то» падает вниз и больно ударяет не только по голове ловивших, но и по осталь- ным, в свое время введенным ими в заблуждение. И если применить высказанные мысли к ситуации с метрологией в светотехнике, то можно заметить, что есть здесь и «свои» «яблоки», и своя политика в стандартах и методиках измерений. 

В свое время, когда шла увязка способов измерений параметров света с инженерными наработками человека в области средств измерений, методики были основаны на технических возможностях разработанных приборов, а технические требования к осветительным установкам и источникам были сформированы с учетом этих возможностей, чтобы можно было реально проконтролировать задекларированные параметры и их нормативы. Скажем так, не могла лампа, применяемая в красном сигнале автодорожного светофора, обеспечить силу света больше 200 кд при необходимом ее про- странственном распределении, значит, нормой было 200 кд; не мог селеновый фотоэлемент совместно с измерителем тока обеспечить необходимую чувствительность сигнала на расстоянии больше 10 м при определенной площади его окна, значит, рекомендовали фотометрическую трассу 10 м. Большинство нормативов имело именно такую историю происхождения. Не важно, что нужно  было больше:  не было технических средств для этого, поэтому и нормировать другие цифры было бессмысленно. В настоящее время, как известно, техническая мысль ушла далеко, и большинству современных средств измере- ний, при сохранении в своей работе истинных физических основ, под силу решать куда более сложные, точные и масштабные метрологиче- ские задачи. Однако тенденция отражения этого обстоятельства в нормативной документации, как, например, в самом юном ГОСТ Р 54350–2011, прослеживается слабо. Как ни боролись с этим при обсуждении производители светотехники, метрологи и специалисты, при формировании методов измерений светотехнических параметров разработчик стандарта (ООО «ВНИСИ») поставил во главу угла прежде всего то, что имеет у себя. Хотя ни утвержденных методик измерений, ни оборудования, представляющего собой имен- но средство измерения (состоящее в Госреестре средств измерений), при этом не имел: речь идет о гониофотометре ближнего поля. Но, что самое важное, годится ли такой метод для измерений, рекомендованных в документе вообще, также до конца и не выяснил. Следует добавить, что таким образом нарушился основной принцип формирования стандартов, содержащих мето- ды измерений параметров, — независимость получения той или иной единицы от типа конкретных применяемых средств измерений. При измерениях светового потока, например, пользователю документа не обязательно со- блюдать последовательность нанесения и состав покрытия внутренней поверхности сферического 

интегратора: в его схеме измерений вообще может не быть фотометрического шара, хотя измерить световой поток ему удастся куда точнее. И что ж теперь, ему нельзя пользоваться стандартом? Правда, на фоне «тонкостей» в техническом за- конодательстве имеется и еще один серьезный рычаг формирования общественного мнения о состоянии отрасли и ее предмета: введение в за- блуждение неспециалистов в вопросах светотех- ники (специалистов такими средствами удивить невозможно), неважно, будь то ответственные за применение или простые обыватели. Подчас это может выглядеть как во времена всеобщей неграмотности, когда знание кем-либо трех букв означало высокий уровень образования для тех, кто не знал ни одной. И последние были вынуждены верить тому, что прочтет этот «образованный» на заборе. А сейчас так могут выглядеть, например, нереальные значения параметров осветительных приборов в технических условиях или специфи- кациях, предоставляемых на тендер, некоторые публикации в профильной прессе, лихо берущие на себя ответственность создания читательского мнения путем формирования рейтингов освети- тельных приборов, основанных на результатах сомнительных тестов. Вот что такое современная реальная техническая политика и истоки ее про- исхождения.

Однако, отбросив политические вопросы, все же значительно влияющие на настроение как пользователей документами, так и принимаю- щих решения по внедрению светотехнических новшеств  в жизнь, попробуем разобраться в исключительно технических вопросах самых популярных методов измерений самых вос- требованных  характеристик осветительных приборов: силы света и ее пространственного распределения, светового потока, угловых ха- рактеристик излучения. Постараемся сделать это максимально объективно и только лишь с целью 

ответа на вопросы о корректности тех или иных методик измерений, используемых теми или иными средствами измерений. Например, стоит ли измерять расстояние с помощью спектрофо- тометра, если в кармане есть рулетка, а тем более лазерный дальномер?

 

Собственной тени боится тот, кто стоит спиной к источнику света

Давно прошли времена, когда наличие того или иного дорогого и современного оборудования означало непреодолимую мощь или «крутизну» его обладателя. Как ни крути, на первый план выходит то, как умело он его использует и насколько хорошо понимает, зачем оно ему вообще нужно. Если говорить о фотометрических измерениях, то есть о том, как и с помощью какого инструмента измерить светотехнические характеристики источника света или выполненного на его основе осветительного прибора, то в распоряжении современного метролога имеются несколько основных методов с соответствующими средствами измерений. Для начала следует напомнить, какие основные единицы относятся к фотометрическим. Основная и самая важная — это сила света, имею- щая размерность канделы [кд]. Сила света не за- висит от расстояния от источника, ее создающего 

(начиная с расстояния полной светимости, когда имеющимися (или не имеющимися) оптическими элементами источника уже сформирован такой ход лучей, который не меняет направления при последующем удалении от него). Она является векторной величиной, связанной с направлением излучения. Физическая суть силы света — доля светового потока, излучаемая с элементарной площадки светящей поверхности (выражающая энергию потока в видимом диапазоне),  рас- пространяющаяся в исследуемом направлении и заключенная в малом телесном угле, значение которого стремится к нулю (1), рис. 1.

Iv = dФ/dΩ [кд],                 (1)

где Ф — световой поток, [лм]; Ω   — телесный угол, [ср].

Геометрическое место точек, имеющих значения силы света и образующих поверх- ность, представляет собой фотометрическое тело источника. Более строгое определение фотометрического тела звучит так: область пространства, ограниченная поверхностью, являющейся геометрическим местом концов радиусов-векторов, выходящих из светового центра осветительного прибора, длина которых пропорциональна силе света в соответствующем направлении (рис. 2а, б).

 

Интегрирование по функции данной по- верхности — один из самых точных методов нахождения светового потока. Интегральный световой поток — это сумма всех элементар- ных световых потоков, заключенных в объеме фотометрического тела. Сечения фотометриче- ского тела определенными плоскостями с осью в световом центре осветительного прибора образуют диаграммы углового распределения силы света в этих плоскостях, которые часто и помещают в спецификациях или техниче- ских условиях как оценочную характеристику пространственного распределения силы света и, следуя дословному переводу с междуна- родного языка, на русский манер называют совсем не техническим термином  «кривая силы света». Замена словосочетания «кривая силы света» (КСС) на «угловое распределение силы света», конечно, не решает технических проблем, но снимает множество вопросов при использовании интернациональной светотехни- ческой документации, где этот «исключительно российский» термин выглядит так же «понятно», как «косая сажень» или «полосатая верста». Данный термин является ключевым в светотех- нике, потому как обозначаемая им физическая характеристика светового прибора — основа как для описания светораспределения этого прибора, так и для расчетов других единиц (угловых характеристик излучения, светового потока, пространственного распределения светового потока и др.) в фотометрии. Мало того, что термин КСС абсолютно не отражает физическую суть подразумеваемой под этим названием зависимости (не понятно, от чего зависит сила света; почему зависимость вдоба- вок еще и обязательно «кривая»; из-за чего она

«не ровная»), так еще и полностью отсутствует

«техническая благозвучность» этого термина: все, что связано с направлением распростране- ния электромагнитных волн и света, не может соседствовать со словом «кривой». Однако как ни называй  эту характеристику, по ее данным можно рассчитать угловые параметры излучения в определенных плоскостях (как правило, перпендикулярных: горизонтальной и вертикальной). Угловые характеристики могут быть относительными (угол излучения по необходимому уровню от значения макси- мальной силы света) или абсолютными (угол излучения по значению доли от интегрального и заключенного в его пределах светового по- тока, в этом случае указывается направление излучения). Как правило, угол излучения вы- ражается в сумме углов по заданному уровню в правой и левой полуплоскостях. Поэтому часто в спецификациях его называют «двойной» или

«полный» угол по такому-то уровню. Пример рассчитанных угловых характеристик в одной плоскости излучения представлен на рис. 3.

Стоит добавить, что угловые характеристики излучения являются основой для расчетов коэффициентов формы  и класса светора- спределения осветительных приборов [1], а также оценки работы и разработки параме- тров оптических систем по данным расчетов пространственного распределения светового потока. Так, например, при расчете линз обязательно учитывается пространственное 

распределение силы света источника (как и его геометрические размеры), излучение которого подлежит концентрировать/пере- распределять разрабатываемой оптической системе. Здесь часто бывает важно значение плоского угла излучения, который отражает то или иное значение светового потока, за- ключенного в определяемых им границах пространственной диаграммы. Часто такой угол излучения рассчитывают относительно половины  или 90% суммарного светового потока источника, однако в случае несимме- тричного распределения у каждой плоскости пространства этот угол вполне может иметь различное значение.

Как видно из представленных рассуждений, основные фотометрические единицы — сила света и световой поток — имеют общие корни, соответственно, могут быть получены раз- личными метрологическими приемами (как косвенными, так и прямыми измерениями). Разберем несколько различных методов из- мерений, имеющихся в ГОСТ Р 54350-2011, и постараемся оценить их с нескольких точек зрения: универсальности применения для различных типов источников света; точности измерений единиц; возможности получения сопутствующих характеристик; условий из- мерений и необходимости в том или ином метрологическом оборудовании.

Очень тяжело менять, ничего не меняя, но мы будем

Одним из самых распространенных, тра- диционных  и «пожилых» является метод измерения  светового потока с помощью сферического интегратора или фотометри- ческого шара. С одной стороны, он устраняет все проблемы с учетом неравномерности диаграмм пространственного распределения силы света, часто незаменим для массовых и быстрых измерений, а с другой — такое 

сглаживание не может  происходить без возникновения ошибки. И действительно, обладая  предельной простотой в самом процессе измерения и получения значения светового потока, он применяется в боль- шинстве случаев во многих лабораториях или производственных метрологических системах. Однако как только начинается перечисление условий, необходимых для проведения измерений, погрешность и огра- ничение области применения метода на- растают как снежный ком, делая его вовсе не таким уж безобидным  и оправданным везде. Самый распространенный вариант измерения выполняется по схеме, подробно описанной в [1, 2], но для удобства вкратце напомним  его содержание. Сферический интегратор представляет собой полый шар, внутренняя поверхность которого обработана определенным составом, имеющим высокий коэффициент диффузного (ненаправленного) отражения света. Частью этой поверхности (очень малой ее долей по площади) является диффузный рассеиватель фотоприемника, который, в свою очередь, является вторичным (относительно измеряемого) источником для фоточувствительного элемента фотоприемника.

Предполагается, что внутренняя поверх- ность сферы будет равномерно  освещена источником, и эта элементарная площадка фотометра, как и вся площадь сферы, будет иметь одинаковое значение освещенности. Для этого, как правило, источник света по- мещается в геометрическом центре сферы, а для защиты фотометра от прямого попа- дания его лучей ставится небольшой экран (рис. 4).

Остальные элементы, показанные на рисунке, — вспомогательная лампа до- светки и экран от нее — применяются в осо- бых случаях, когда нужно вывести фотометр на линейный  участок его характеристики чувствительности, при недостаточной осве- щенности измеряемого источника либо для вывода фотометра в рабочий режим методом его засветки до начала измерений.   Далее включается измеряемый источник, измеря- ется фототок от фотометра, и все. Но, чтобы перейти от фототока к значению светового потока, нужно обязательно откалибровать сферу с помощью светоизмерительной лампы накаливания  потока (СИП), помещаемой на место исследуемого источника (источники для калибровки другого типа спектра излуче- ния и других параметров в настоящее время не легализованы), приписав полученному от ее освещенности значению фототока фотометра паспортное значение потока, измеренное при поверке в соответствующем органе. Далее соотнести значения фототоков от нее и от ис- следуемого источника и пропорционально их отношению рассчитать световой поток измеряемого  источника.  Однако следует учесть, что лампа СИП представляет собой источник типа «А», стало быть, измеряемый источник  должен иметь такой же спектр излучения. Любое отклонение от этого условия — начало цепочки погрешностей. И даже если пересчитать коэффициент  преоб- разования фотометра и учесть эти изменения в спектре, с нелинейностью коэффициента отражения (зависимость коэффициента от- ражения от длины волны) поверхности сферы так просто поступить не получится, хотя бы потому, что нужно очень точно измерить спектральное распределение излучения: по- следние требования рекомендуют измерять светодиодное  излучение  с разрешением не более 1 нм. Второй источник  погреш- ности — направленное излучение образца, опять же, в отличие от калибровочной лампы СИП, приводящее к существенной неравно- мерности освещенности внутренней поверх- ности сферы, а значит, к ошибке в измерении фототока. Как известно, 99% осветительных приборов излучают как минимум не больше, чем в одну полусферу. Тем более что уж го- ворить о направленных и акцентных, а также об уличных светильниках? Еще одна важная составляющая погрешности — габариты из-

 

меряемого источника. Стандарт предписывает иметь следующее соотношение размеров: диаметр фотометрического шара должен быть как минимум в шесть раз больше, чем самая большая сторона (светящая поверхность) ис- точника [2], либо отношение максимального габаритного размера осветительного прибора к диаметру шара должно быть не более 2:3 [1], либо общая площадь поверхности освети- тельного прибора не должна превышать 2% площади внутренней поверхности шара [1]. Это означает, что световой поток встраивае- мого в потолок «Армстронг» светильника размером 600×600 мм должен быть измерен в интеграторе с минимальным  диаметром 2,5 м, а чтобы сделать погрешность измерения при- емлемой, размер шара должен быть и все 3 м в диаметре.   И что будет при измерении светильников большего размера, например, с люминесцентной лампой 1200 мм? А теперь зададимся вопросом: имеет ли лаборатория, декларирующая в своих протоколах именно этот метод измерения светового потока, такой фотометр, есть ли у нее право проводить такие измерения и насколько корректны при этом получаются значения светового потока?

Несколько слов об удобстве измерений осве- тительных приборов в рабочем положении этим методом, которое ставят чуть ли не во главу угла при разговорах в пользу его применения. Совершенно понятно, что в абсолютно замкнутом пространстве шара, к примеру, светодиодный прибор, рабочее положение которого не критич- но к действию и приложению гравитационных сил (как в некоторых лампах с фиксированным положением горелки), а определяется лишь направлением конвекции в радиаторе охлажде- ния, будет исследован некорректно, и никаких преимуществ этот метод не обеспечит из-за нагрева и практическом отсутствии этой конвек- ции. Следует напомнить также, что результатом фотометрических измерений светотехнического устройства в сферическом интеграторе является только лишь значение светового потока. Однако неким более совершенным вариантом может служить интегрированный вместе с получением потока метод измерения спектральных харак- теристик излучения, когда измеряемый сигнал, многократно переотраженный от внутренней поверхности сферы, полученный, как и в случае с измерением светового потока, с элементарной площадки поверхности сферы, подается, на- пример, на входную щель спектрофотометра или спектрорадиометра. В этом случае будет измерено заведомо усредненное спектральное распределение излучения. Это бывает незамени- мо при измерениях источников с существенно неравномерным  распределением цветности по пространственной диаграмме излучения, однако здесь будет необходимо учитывать не- линейность коэффициента отражения с высокой точностью, а полученные таким образом значения колориметрических характеристик не могут быть названы корректными по причине невозмож- ности подобного интегрального восприятия физическим наблюдателем,  угол дневного зрения которого МКО определен как 1°.  

Нашедшего выход затаптывают первым

Другим, не менее распространенным методом измерений фотометрических характеристик является гониофотометрический. Он считается самым точным, первичным по отношению к другим с точки зрения минимальных погрешностей, универсальным, потенциально самым информативным и легко сочетаемым с возможностью одновременного измерения других характеристик. Идея этого метода состоит в том, что пространственное распре- деление силы света (фотометрическое тело), а также все производные фотометрические единицы, описанные выше, получаются путем измерения значения силы света при каждом определенном угле поворота источника света (осветительного прибора) относительно регистратора фототока (либо наоборот — фотометра  относительно источника), на- ходящихся на одной оптической оси. Таким образом, выстраивается диаграмма углового распределения силы света в одной плоскости (как правило, горизонтальной). Затем, при изменении положения второго (вертикаль- ного) угла положения источника (световой центр которого находится в геометрическом центре вращения) относительно фотометра измеряется диаграмма углового распределения силы света в другой плоскости, и так далее, до получения полного набора плоскостей всего фотометрического тела. По такой схеме работает гониофотометр так назы- ваемой системы фотометрирования C,γ [1] (рис. 5). Существуют и используются и дру- гие системы, где поворот в горизонтальной плоскости излучения комбинируется с изменением меридиональной (угломестной) координаты источника относительно фото- метра. Вот что говорит  по этому поводу п. 11.2.1 ГОСТ Р 54350–2011: «Гониофотометр должен обеспечивать  измерение  силы света освети- тельных приборов по одной из принятых систем фотометрирования C,γ, B,β и A,a (МКО 121 [4], Приложение В). Рекомендуются к использованию 

гониофотометры, работающие по системе фотометрирования  C,γ, и в первую очередь для фотометрирования осветительных приборов с круглосимметричным распределением силы света». Поэтому и далее будем рассматри- вать принципы измерения фотометрических единиц в рекомендуемой стандартом системе фотометрирования C,γ.

Таким образом, точность метода будет за- висеть от нескольких основных условий: шага угла поворота; корректно выбранного и точно измеренного расстояния фотометрирования; соответствия  этих условий площади  окна фотометра; правильного выбора диапазона значений освещенности фотометра, лежащих в линейной зоне рабочей характеристики; уровня соответствия спектральной чувствительности фотометра функции видности  глаза V(λ) (либо корректности расчетов поправочных коэффициентов).  Если говорить о шаге угла поворота гониометра, то здесь стандарт [1] гласит следующее (пункт 11.2.3.3): «Шаг ме- ридиональных углов не должен превышать 5° независимо от системы фотометрирования. Для светильников с концентрированным типом кривой силы света и прожекторов шаг в области максимальных значений силы света должен вы- бираться таким образом, чтобы перепад силы света на одном шаге не превышал 10%».

Таким образом, ГОСТ заведомо допускает существенную ошибку измерений светового потока с помощью  гониофотометрического метода, потому как измеренные с таким шагом диаграммы пространственного распределения силы света оказываются слишком грубо усреднен- ными по соседним точкам и не могут служить качественным материалом для расчетов потока и формирования корректных файлов данных формата .ies для проектирования. Этот момент, как и некоторые описанные ранее, является недо- пустимой привязкой рекомендованного стандартом метода к конкретному оборудованию, которое еще используется некоторыми измерительными центрами. На фоне подобной конкретики появ- ляются и такие предложения по предоставлению услуг по измерениям: «Измерение КСС во всех плоскостях» [3]. Теоретически плоскостей бесконечное множество. Вероятно, известная лаборатория каждый раз берется за выполнение большой научной задачи, декларируя всего лишь измерение фотометрического тела с сомнительной точностью, не определяющейся из многообе- щающего названия услуги. Стоит отметить, что современные отечественные гониофотометры, например составляющие основу установок типа

«Флакс» [5], имеют разрешение угла поворота в обеих координатных плоскостях не более 0,02°, что при соответствующем расстоянии фотоме- трирования обеспечивает реальное физическое, а не заявленное в паспортах измерение силы света (силы излучения, при условии применения радио- метрической головки). Поэтому точность расчета светового потока и получение других производных единиц имеет очень высокую степень. И здесь уж точно получение «КСС во всех плоскостях» и впрямь более реально осуществимо. Для по- яснения и удобства последующего сравнения рассмотрим этот процесс измерения, подробно проиллюстрированный на рис. 6. 

Относительно неподвижных фотометров на некотором расстоянии расположен источник света (осветительный прибор), закрепленный на гониометре и имеющий возможность поворота в горизонтальной и вертикальной плоскостях вокруг своей оси на некоторый известный угол с помощью поворотных устройств. Каждому повороту на этот известный угол приписывается соответствующее значение силы света, которую измеряет фотометр. Для корректного измерения по этой схеме необходимо одно- временное выполнение трех условий:

1. Уровень освещенности  площадки фото- метра должен быть таким, чтобы его преоб- разователь находился на линейном участке характеристики.

2. Площадь фотометра должна быть «точеч- ной» по отношению к площади излучения (геометрическим размерам) источника.

3. Расстояние  от источника до фотометра должно  обеспечивать соблюдение  двух предыдущих условий.

Все эти условия связаны соотношением (2) и являются компонентами закона «обратных квадратов», когда значение элементарной энергии (освещенности), которую фиксирует фотометр с площадью Sф→0, изменяется обратно пропорцио- нально квадрату расстояния с L →∞ от источника. В этом случае освещенность площадки фотометра E [лк] вырождается в единицу, не зависящую от расстояния, — силу света Iv [кд].

 

Iv= L2 × i/K,                      (2)

 

где i — фототок фотометра;  L — расстояние до фотометра; К — коэффициент преобра- зования фотометра,  зависящий  от спектра источника излучения и степени соответствия функции видности глаза V(λ) характеристики спектральной чувствительности фотометра.

Исходя из этих условий и простых физи- ческих выводов, нахождение необходимого расстояния от источника излучения до фото- метра для корректного выполнения измерений не представляет определенных сложностей. Однако на этот счет существует и рекомендация в [1]: «11. 2.2.3. Расстояние фотометрирования, определяемое расстоянием от фотометрического центра гониофотометра до центра приемной поверхности фотометрической головки (с учетом отражения от зеркал при их наличии), должно быть таким, при котором его отношение к максимальному размеру светящей поверхности светильника составляет, не менее:

десяти — для осветительных  приборов с кон- центрированной кривой силы света;

семи — для осветительных приборов с глубокой кривой силы света;

пяти — для осветительных приборов со всеми остальными типами кривой силы света».

Имеются также и «Рекомендации МКО» для расстояния фотометрирования при измере- нии силы света светодиодов. Этот документ

№ 127-2007 CIE предписывает пользоваться двумя стандартными значениями: А — 100 и В — 316 мм при площади фотометра 100 мм2. Стоит отметить, что на этих рекомендаци- ях и построено большинство стандартных измерительных  приборов  и установок, ис-

пользуемых производителями светодиодов, на основе измерений которых они формируют свои спецификации и «даташиты», а также осуществляют сортировку по параметрам. Более подробно о проблемах фотометрирования светодиодов описано в [6].

Однако вернемся к рис. 6, где, помимо ис- точника света, показаны несколько фотометров и фотометрическая трасса с различными рас- стояниями. Для удобства рассмотрения выбраны элементарные  световые потоки dφ, формирующие пропорциональную освещенность на площадке фотометра. Они заключены в телесный угол, образованный плоским основанием, равным диаметру площадки фотометра, и при пово- роте (угловом перемещении) источника света перемещаются в соответствии с минимальным шагом угла поворота. На рис. 6а можно заметить, что при одном и том же угле отклонения ис- точника от оси измерения (повороте) Фотометр

1 и Фотометр 2 оказываются в разных условиях фотометрирования (условиях освещенности потоками dφ0, dφ1, dφ2). Фотометр 2, находя- щийся на гораздо большем расстоянии L2, с каждым шагом поворота освещается разным световым потоком dφ, не пересекающимся с предыдущим и не имеющим с ним разрыва и являющимся его продолжением. В то же время отсутствуют участки диаграммы, не охваченные фотометром, а следовательно, с незафиксиро- ванной силой света, как на рисунке 6б, где шаг угла поворота α слишком велик и Фотометр 2 фиксирует только один из шести условных dφ. Это особенно нежелательно при условии, что значения dφ0, dφ1, dφ2, dφ3 и т. д. не равны (а это бывает в 100% случаев — как теоретически, так и на практике), т. е. значения силы света в этих точках различны. Однако Фотометр 1 при том же угле поворота практически несколько раз фиксирует одно и то же значение силы света, находясь одновременно в режиме, близком к пределу своего динамического диапазона из-за довольно большой разницы сигналов в максимуме и минимуме диаграммы. В этом случае он каждый раз интегрирует части соседних потоков, и поэтому возникает большая ошибка в измерении как самого значения силы света в большинстве точек углов поворота, так и, как следствие, различных угловых характеристик по разным уровням Iv и особенно светового потока. Таким образом, получается, что рас- стояние фотометрирования L2, при котором элементарные потоки dφ0, dφ1, dφ2 (рис. 6а) не пересекаются, является оптимальным для измерения пространственного распределения силы света данного источника излучения с ми- нимальной ошибкой, в пределе определяемой только точностью фиксации угла поворота и погрешностью  фотометра.  Однако здесь имеется еще и Фотометр 3, площадь которого существенно (в девять раз) больше площади Фотометра 2. Находясь  на большем, чем Фотометр 2, расстоянии, тем не менее он также одновременно засвечен всеми потоками dφ0, dφ1, dφ2, образующими на рис. 6а суммарный поток Σdφ. Таким образом, измеренная им сила света окажется результатом интегрирования элементарных потоков и ее значение будет одно вместо девяти различных. На сноске к рисунку

наглядно показана разница в пятне засветки различающихся по площади Фотометров 2 и 3, указывающая на существенное различие в разрешении измерения силы света. Отсюда совершенно понятно, что каким бы ни был малым минимальный угол поворота гонио- метра, он не сможет обеспечить физическое разрешение диаграммы по этому углу с фото- метром такой площади. Таким образом, все перечисленные обстоятельства — это и есть подтверждение трех условий корректности измерений, описанных выше. Другими сло- вами, для обеспечения  высокой  точности фотометрических измерений  необходимо выбрать такое расстояние фотометрирования и такую площадь фотометра, чтобы, с одной стороны, каждый последующий шаг угла пово- рота обеспечивал новый элементарный поток, освещающий фотометр, а с другой — не по- зволял формировать разрывы между соседними dφ0, dφ1, dφ2, dφ3 (рис. 6), т. е. угол поворота должен быть в приближении равен телесному углу, образованному плоским с основанием, равным диаметру площадки фотометра. Только тогда мы получим  корректно  измеренное фотометрическое тело источника с заданным физическим разрешением и рассчитаем произ- водные единицы (световой поток) с предельно высокой точностью. Однако, судя по деклари- руемым метрологическим характеристикам своих средств измерений и по соответствию им полученных результатов измерений, далеко не все профильные испытательные лаборатории обращают внимание на этот факт, чем вводят в заблуждение своих клиентов и, фактически, фальсифицируют результаты измерений. Стоит отметить, что именно описанные  условия фотометрирования лежат в основе построения установок «Флакс» [5], где простой расчет гео- метрических размеров фотометрических трасс и соответствующих характеристик фотометров показывает, что заявленное физическое раз- решение измерения силы света с шагом угла поворота 0,02° обеспечено: при длине трассы порядка 20 м площадь фотометра составляет менее 40 мм2. Практика измерений силы света и ее пространственного распределения гонио- фотометрическим методом, а также расчетов светового потока при отклонении от обсуж- денных условий даже в небольшой степени, свидетельствует о возможности получения ошибки до 20% (как правило, в большую сто- рону), что сравнимо с точностью измерений в сферическом интеграторе, а некорректные измерения узконаправленных источников света искажают расчеты потока в разы.

Следует отметить, что метод измерения характеристик источников с помощью гонио- метра универсален: при соблюдении условий фотометрирования им можно пользоваться для измерений параметров любых источни- ков — протяженных и точечных, монохромных и широкополосных, с любой неравномерно- стью яркости выходного отверстия, с любой формой пространственного  распределения силы света (КСС)  и излучающих вплоть до 4πср. Также при использовании в качестве датчика радиометрической головки возможно измерение указанных выше характеристик 

(в энергетических единицах) источников, излу- чающих за пределами видимого диапазона. При перечисленных условиях и типах измеряемых источников все возможности минимизации погрешности будут доступны. Интегрирование гониофотометра со спектральными приборами позволяет с обозначенными точностями углов поворота измерять пространственное распре- деление параметров цветности, что удовлет- воряет условиям «стандартного наблюдателя МКО» для дневного зрения и поэтому может использоваться корректно.

Недостатком этого метода является практи- ческая невозможность (или большая сложность обеспечения) соблюдения рабочего положения большинства осветительных приборов при измерении. Поскольку источник необходимо вращать, а рабочее положение определяется, как правило, излучением в нижнюю полусферу (светильник находится на потолке, или уличный светильник), то некоторые моменты, связанные с изменением этого положения, следует учиты- вать, снижая тем самым описанную безупречную точность. Однако насколько это критично, рассмотрим ниже. Так, например, документ [1] снова «принуждает» нас к применению только одного метода — фотометрирования в ближнем поле, привязывая к определенному средству из- мерения:  «11.2.2.1 …Рекомендуется использование гониофотометров с неподвижным положением осветительного прибора во время цикла изме- рений. Допускается применение гониофотоме- тров с вращением осветительного прибора при условии сохранения его рабочего положения. При этом, если положение осветительного прибора влияет на результаты измерения, то вводят поправочный коэффициент, учитывающий это влияние».

Разработчик стандарта (ООО «ВНИСИ») так и пишет, отвечая всем на известный вопрос:

«Утром деньги, вечером стулья. — А можно наоборот? — Можно, но деньги вперед».

 

История знает создание гониофотометров, работающих  по рассматриваемой системе фотометрирования C,γ с сохранением  рабочего положения светильника и вращением фото- метра вокруг него на расстоянии нескольких метров, а не как в приведенных примерах. Такая конструкция, занимающая целое многоэтажное здание, была некогда реализована в Германии известной компанией LMT, однако впослед- ствии была разобрана за слишком дорогой ценой «стульев». Получается, что ГОСТ Р

54350–2011 своим пунктом 11.2.2.1. уподо- бился международным футбольным правилам, в которых установлено, что гол в свои ворота, забитый с углового удара (выполняющегося всегда с угла поля у противоположных ворот), не засчитывается. Железное правило. Однако можно оценить, какова вероятность попадания мяча в свои ворота с той точки поля. Такова же она и для выполнения условий п. 11.2.2.1. гониофотометрическим методом в «чистом» виде. И мы снова имеем дело с вкраплениями

«лирики» среди «физики». И тем не менее, насколько критичен отход от горизонтального положения, например, уличного светильника на светодиодах, у которого, как описано в при- мере с фотометрическим шаром,  рабочее положение не критично к действию и при- ложению гравитационных сил (как в некото- рых лампах с фиксированным  положением горелки), а определяется лишь направлением конвекции в радиаторе охлаждения? Ситуация довольно проста: на практике, находясь на вы- соте подвеса 9–12 м, условия «абсолютной» конвекции  (когда нет движения окружаю- щего воздуха) так же вероятны, как и тот гол с углового в примере с футболом. Поэтому все разговоры об определенном положении подвеса светильника на светодиодах, которое кардинально влияет на температурный режим и фотометрические характеристики, — из тех же футбольных правил.

Установленный поодаль небольшой вентилятор, имитирующий легкий ночной ветерок на высоте 12 м со скоростью потока всего 0,5–1 м/с, решает все проблемы различного положения светильника во время измерения и позволяет в пункте 11.2.2.1. [1] по- лучить «стулья утром, а деньги потом». Конечно, существуют и другие ситуации, когда светильник находится под потолком, в производственном цеху, где нет такого движения воздуха, есть, в конце концов, приборы на основе ламп (ли- нейных ЛЛ, ДНат, ДРЛ). Однако, как показывает большая практика измерений таких устройств, разница в их фотометрических параметрах при положениях, отличающихся от рабочих, составляет всего лишь единицы процентов, что хорошо известно и действительно применяется в качестве поправочного коэффициента.

А в попугаях-то он гораздо длиннее!

Еще одним  методом, который появился в отечественной нормативной документации совсем недавно (только с июля 2012 г. ), является измерение пространственных характеристик рас- пределения силы света и расчетов светового потока с помощью фотометра ближнего поля. Формально до июля 2012 г. применение такой методики и соответствующего устройства для измерения было на совести производящих эти исследова- ния. Суть метода состоит в том, что фотометр, представляющий собой ПЗС-матрицу, вращается вокруг фотометрического центра светильника и измеряет поле яркости или пространственное распределение освещенности (рис. 7), а потом все эти единицы пересчитываются в значения силы света и далее совершаются расчеты, подобные тем, что проводятся при измерении обычным гониофотометром. Поскольку,  как мы уже выяснили ранее, создание большой дистанции фотометрирования представляет сложность при неподвижном осветительном приборе, можно пользоваться измерениями лишь тех величин, которые не связаны с расстоянием. Это и есть яркость, которая определяется как сила света, излученная с единицы поверхности известной площади L, [кд/м2]. То есть все единицы, напря- мую измеряемые обычным распределительным фотометром (гониофотометром) здесь могут быть получены только пересчетом, то есть кос- венно, кроме самой яркости, конечно. Попробуем разобраться, насколько это верно с точки зрения физики процесса и технически осуществимо с точки зрения обеспечения  точности измерений и универсальности применения.

Ничего не поделаешь с тем, что светотехника в части измерений — непростая наука, в ней, совершенно непропорционально ее масшта- бам, имеется большое количество единиц, так или иначе связанных между собой. Отсюда и такое многообразие абсолютно разнящихся по физическим принципам методов измере- ний одного и того же. Хотя это свойственно любой  науке и позволяет подтверждать результаты и проверять один метод другим, но, как ни крути, всегда есть более условный, более точный, более простой, более удобный, более универсальный. Так, например, придя 

в магазин, мы можем определить массу при- обретаемого арбуза, к примеру, рассчитав его объем, учтя его плотность и ее неравномер- ность по объему, определив, на какой высоте над уровнем моря происходит измерение, из- мерив температуру и атмосферное давление, учтя влияние больших соседних предметов, положения Луны относительно нашей планеты и т. д. Получится ли очень точный результат, несмотря на современные средства обработ- ки? «Точнее некуда, — отметят при проверке у кассы. — Не переплатим ни копейки!» А можно просто взять хорошие весы и взве- сить, получив предельно близкий результат. Тоже неплохо. Так вот, метод измерения фотометрических характеристик с помощью распределительного фотометра ближнего поля выглядит именно как первый — в примере с определением массы арбуза: а ведь можно просто измерить силу света напрямую. И тем не менее этот метод также занимает свое место среди рекомендованных ГОСТ Р 54350-2011. Противоречивость метрологической задачи этого метода, как и в гониофотометрическом варианте, состоит в нахождении оптимального сочетания площади участка светящей поверхности, захватываемой камерой для измерения, и чувствительности камеры при условии, что для обеспечения наивысшей точности эта пло- щадь должна стремиться к нулю. А если взять во внимание декларируемый в [3] шаг угла поворота прибора Rigo-801 в 0,1°, то площадь этого участка действительно очень мала: ведь расстояние до осветительного прибора всего немногим больше 1 м (рис. 7).

Однако если это так, то по исключительно геометрическим соображениям, чтобы обеспечить такое разрешение, площадка должна иметь диа- метр всего 2,3 мм. Хватит ли чувствительности камеры для корректного измерения яркости этой площадки? Разумеется, хватит. Не может же немецкая компания Techno Team говорить неправду. Предположим, что это физическое измерение яркости с таким шагом угла поворота. Но что тогда делать с неравномерностью яркости поверхности осветительных приборов, в осо- бенности на основе светодиодов? Совершенно понятно, что в случае светодиодной матрицы, например составленной из светодиодов мощ- ностью 1 Вт, яркость которых может достигать даже и не одного миллиона кд/м2, пусть также защищенных  рассеивателем, в светильнике для офисных помещений размером 600×600 мм, соседние площадки размером 2,3 мм могут отличаться по значению яркости на несколько порядков. Что в таком случае сделает Rigo-

801? Ведь значение измеренной яркости тут же будет пересчитано с учетом площади в силу света, и уж никак не годится, что у соседних точек пространственной диаграммы она будет настолько отличаться. Тогда ему ничего не останется, как усреднить соседние значения. И он это произведет с безукоризненной не- мецкой точностью, как это и происходит при всех измерениях. Отсюда можно сделать вывод, что либо такое, как указано в спецификации, разрешение по углу не получится реализовать, либо измерение фотометрических параметров протяженного источника необходимо выполнять с усреднением, причем чем протяженнее, тем грубее это усреднение. Однако в начале статьи мы договорились,  что средство тем и хорошо, что позволяет производить физиче- ские измерения с минимумом математической обработки. В результате мы имеем диаграммы пространственного распределения силы света, полученные, в основном, обработкой, и не с фи- зическим разрешением угла, а с виртуально полученным интерполяцией. Соответственно, трудно определяемой будет точность расчетов значений светового потока на основе таких интерполированных и усредненных данных. Однако и драматизировать здесь не стоит: уж что-что, а математический аппарат в при- боры из Германии закладывается мощный.

Исходя из приведенных рассуждений, можно также оценить и динамический диапазон, и корректность измерения силы света на больших углах от оси осветительного прибора, когда вообще затруднительно понять, какую площадку светящей поверхности и в какой ее части захватывает камера, находясь практически параллельно плоскости выходного окна светильника, да еще с учетом неравномерности яркости, о которой говорилось выше. Посему погрешность измерений диаграмм в области широких  углов излучения крайне велика. Соответственно, можно сделать вывод, что метод измерения силы света в ближнем поле гораздо эффективнее и корректнее применять как раз для точечных источников — различных ламп, светодиодов, у которых нет дифференциации яркости по излучающей поверхности, а пространственное распределение силы света всегда имеет очень широкий угол. Принцип измерений фотометрических параметров источников света на примере ламп накаливания показан на рис. 8 [7].

Что касается измерений освещенности тем же способом, то здесь опять не все так просто с позиции классических методов. Например, сканирование освещенности по сферической поверхности с помощью диффузионных насадок (рис. 7) вряд ли применимо на практике: освещенность, производимая источником, как правило, интересна на плоской поверхности, под ним, поэтому такие данные напрямую использовать невозможно, но можно также и пересчитывать полученные значения освещенности в силу света,

точно зная расстояние. Однако здесь возможна еще более худшая ситуация с погрешностью, если иметь в виду, что люксметр (измеритель освещенности, в режим которого переводится ПЗС-матрица с помощью диффузионной на- садки) использует принцип измерения светового потока в достаточно большом телесном угле, что тем более не вяжется с такими малыми дискретами углов поворота. Подобная ситуация уже имела место при обсуждении рис. 6 и сравнения площадей различных фотометров. В то же время стоит отметить, что к безусловным достоинствам метода можно отнести непосредственное измерение габаритной яркости и ее неравномерности, а также возможность измерения осветительных приборов в рабочем положении, где нет возможности отойти от этого условия (в случае применения некоторых ламп, рабочее положение которых строго регламентировано).

А у нас килограмм железа гораздо весомее тонны пуха

На протяжении последних страниц, говоря о тонкостях различных методов измерений фотометрических характеристик светотехнических приборов, помимо выявления наиболее эффективных, мы еще и установили определенную закономерность: чем меньше реальных, физических основ заложено в той или иной методике, тем больше она фигурирует в отдельных документах как рекомендованная к применению. Вероятно, это и есть та самая особенность формирования национальных стандартов в нашей стране, которая часто движет локомотивом прогресса отнюдь не в нужном или истинном для науки направлении. Но так уж организовано общество, что даже абсолютно физические законы оказываются не лишенными конъюнктурной или «околовсяческой» подоплеки, а грань, их разделяющая, настолько стерта политическими и экономическими интересами, что может и не быть распознана сразу, в особенности обывателем, пользователем документа и соответствующей продукции. Чтобы обобщить и кратко систематизировать сказанное в статье о методах измерений, 

оставив ненаучные  интересы некоторых стандартов по ту сторону стертых граней, стоит привести описанные средства измерения в непосредственной связи с их возможностями (таблица 1).

Можно заметить, что среди приведенных основных средств измерений фотометрических характеристик нет явных фаворитов и тех, которые бы не имели какого-либо явного достоинства, поэтому всем им нашлось место в рассмотренном ГОСТ Р 54350-2011. При корректной их комбинации может быть реализован многопрофильный и гибкий инструмент для решения многих фотометрических задач. Современные испытательные центры нашей страны в разной степени оснащены оборудованием и поэтому имеют различную  степень компетентности в национальной системе стандартов ГОСТ Р, признание которой означает возможность про- ведения испытаний продукции с целью серти- фикации при наличии Аттестата аккредитации от Федерального Агентства по Техническому Регулированию и Метрологии (Федеральной службы по аккредитации — Росаккредитации). 

Состояние дел в этом вопросе иллюстрирует та- блица 2, которая, в совокупности с приведенным в этой статье анализом методов и нормативных документов, ориентирует заинтересованных в фотометрических измерениях специалистов, производителей, поставщиков и потребителей светотехнической продукции как в возможности выбора метода измерений для решения их фотометрических задач, так и исполнителя — соответствующего испытательного центра.  

1. ГОСТ Р 54350-2011. «Приборы освети- тельные. Светотехнические  требования и методы испытаний».

2. ГОСТ 17616-82. «Лампы электрические. Методы измерения электрических и световых параметров». 

3. vnisi.ru

4. vniiofi.ru

5. www.arhilight.ru

6. Никифоров С. Г. Почему светодиоды не всегда работают так, как хотят их производители? // Компоненты и технологии. 2005. № 7.

7. technoteam.de

 

Поделиться с друзьями:

Как называется единица измерения силы света. В чем кроется энергия электромагнитного излучения? История и перспективы

Света. Эта статья раскроет читателям свойства фотонов, которые позволят определить, почему свет бывает разной яркости.

Частица или волна?

В начале двадцатого века ученых озадачивало поведение квантов света — фотонов. С одной стороны, интерференция и дифракция говорили об их волновой сущности. Следовательно, свет характеризовали такие свойства, как частота, длина волны и амплитуда. С другой стороны, убедили научное сообщество в том, что фотоны передают поверхностям импульс. Это было бы невозможно, не обладай частицы массой. Таким образом, физикам пришлось признать: электромагнитное излучение одновременно и волна, и материальный объект.

Энергия фотона

Как доказал Эйнштейн, масса и есть энергия. Этот факт доказывает наше центральное светило, Солнце. Термоядерная реакция превращает массу сильно сжатого газа в чистую энергию. Но как определить мощность испускаемого излучения? Почему утром, например, сила света солнца ниже, чем в полдень? Описанные в предыдущем параграфе характеристики связаны между собой конкретными соотношениями. И все они указывают на энергию, которую несет электромагнитное излучение. Эта величина меняется в большую сторону при:

  • уменьшении длины волны;
  • возрастании частоты.

В чем кроется энергия электромагнитного излучения?

Фотон отличается от остальных частиц. Его масса и, следовательно, энергия существуют, только пока он движется сквозь пространство. При столкновении с препятствием квант света повышает его внутреннюю энергию или придает ему кинетический момент. Но сам фотон при этом перестает существовать. В зависимости от того, что именно выступает препятствием, происходят различные изменения.

  1. Если препятствие — твердое тело, то чаще всего свет нагревает его. Также возможны следующие сценарии: фотон изменяет направление движения, стимулирует химическую реакцию или заставляет один из электронов покинуть свою орбиту и перейти в другое состояние (фотоэффект).
  2. Если препятствие — единственная молекула, например, из разреженного облака газа в открытом космосе, то фотон заставляет все ее связи колебаться сильнее.
  3. Если препятствие — массивное тело (например, звезда или даже галактика), то свет искажается и меняет направление движения. На этом эффекте основана возможность «заглянуть» в далекое прошлое космоса.

Наука и человечность

Научные данные часто кажутся чем-то абстрактным, неприменимым к жизни. Происходит это и с характеристиками света. Если речь идет об эксперименте или измерении излучения звезд, ученым требуется знать абсолютные величины (они называют фотометрическими). Эти понятия, как правило, выражаются в терминах энергии и мощности. Напомним, под мощностью подразумевается скорость изменения энергии в единицу времени, и в целом она показывает количество работы, которое может производить система. Но человек ограничен в способности ощущать реальность. Например, кожа чувствует тепло, но глаз не видит фотон инфракрасного излучения. Та же проблема и с единицами силы света: мощность, которую излучение демонстрирует на самом деле, отличается от мощности, которую способен воспринимать человеческий глаз.

Спектральная чувствительность человеческого глаза

Напоминаем, что речь ниже пойдет об усредненных показателях. Все люди разные. Некоторые вообще не воспринимают отдельные цвета (дальтоники). Для других культура цвета не совпадает с общепринятой научной точкой зрения. Например, японцы не различают зеленый и голубой, а англичане — голубой и синий. В этих языках разные цвета обозначаются одним словом.

Единица силы света зависит от спектральной чувствительности среднего человеческого глаза. Максимум дневного света приходится на фотон с длиной волны 555 нанометров. Это означает, что при свете солнца человек лучше всего видит зеленый цвет. Максимум ночного зрения — это фотон с длиной волны 507 нанометров. Следовательно, при Луне люди лучше видят голубые объекты. В сумерках все зависит от освещения: чем оно лучше, тем более «зеленым» становится максимум цвета, который человек воспринимает.

Строение человеческого глаза

Почти всегда, когда речь заходит о зрении, мы говорим, что видит глаз. Это неверное утверждение, ибо в первую очередь воспринимает мозг. Глаз — это только инструмент, который передает информацию о световом потоке в главный компьютер. И, как любой инструмент, вся система восприятия цветов имеет свои ограничения.

В сетчатке человека есть два различных типа клеток — колбочки и палочки. Первые отвечают за дневное зрение и лучше воспринимают цвета. Вторые предоставляют ночное зрение, благодаря палочкам человек различает свет и тень. Но они плохо воспринимают цвета. Палочки также более чувствительны к движениям. Именно поэтому, если человек идет по освещенному луной парку или лесу, он замечает каждое покачивание ветвей, каждый вздох ветра.

Эволюционная причина такого разделения проста: у нас одно солнце. Луна светит отраженным светом, а значит, ее спектр не сильно отличается от спектра центрального светила. Поэтому день делится на две части — освещенную и темную. Если бы люди жили в системе двух или трех звезд, то наше зрение, возможно, имело бы больше компонентов, каждый из которых был приспособлен к спектру одного светила.

Надо сказать, на нашей планете есть существа, чье зрение отличается от человеческого. Пустынные жители, например, глазами улавливают инфракрасный свет. Некоторые рыбы видят ближний ультрафиолет, так как это излучение проникает в толщу воды глубже всего. Наши домашние питомцы кошки и собаки иначе воспринимают цвета, и их спектр урезан: они лучше приспособлены к светотени.

Но и люди все разные, как мы уже упоминали выше. Некоторые представители человечества видят ближний инфракрасный свет. Нельзя сказать, что им были бы не нужны тепловизоры, но они способны воспринимать чуть более красные оттенки, чем большинство. У других развита ультрафиолетовая часть спектра. Такой случай описывается, например, в фильме «Планета Ка-Пэкс». Главный герой утверждает, что он прибыл из другой звездной системы. Обследование выявило у него способность видеть ультрафиолетовое излучение.

Доказывает ли это, что Прот — инопланетянин? Нет. Некоторым людям это под силу. К тому же ближний ультрафиолет вплотную прилегает к видимому спектру. Неудивительно, что кто-то воспринимает чуть больше. А вот Супермен точно не с Земли: рентгеновский спектр слишком далеко от видимого, чтобы такое зрение можно было объяснить с человеческой точки зрения.

Абсолютная и относительные единицы для определения светового потока

Независящая от спектральной чувствительности величина, которая показывает поток света в известном направлении, называется «кандела». Единица измерения мощности уже с более «человеческим» отношением произносится так же. Отличие состоит только в математическом обозначении этих понятий: абсолютное значение имеет нижний индекс «е», относительно человеческого глаза — «υ». Но не стоит забывать, что величины этих категорий буду сильно различаться. Это необходимо учитывать при решении реальных задач.

Перечисление и сопоставление абсолютных и относительных величин

Чтобы понять, в чем измеряется сила света, необходимо сопоставить «абсолютные» и «человеческие» значения. Справа приводятся понятия чисто физические. Слева располагаются величины, в которые они превращаются при прохождении сквозь систему человеческого глаза.

  1. Сила излучения становится силой света. Понятия измеряются в канделах.
  2. Энергетическая яркость превращается в яркость. Величины выражаются в канделах на квадратный метр.

Наверняка читатель увидел здесь знакомые слова. Много раз за свою жизнь люди говорят: «Очень яркое солнце, уйдем в тень» или «Сделай монитор поярче, фильм слишком мрачный и темный». Надеемся, статья слегка прояснит, откуда взялось это понятие, а также как называется единица силы света.

Особенности понятия «кандела»

Чуть выше мы уже упоминали этот термин. Также мы объяснили, почему одним и тем же словом называют совершенно разные понятия физики, связанные с мощностью электромагнитного излучения. Итак, единица измерения силы света называется «кандела». Но чему она равна? Одна кандела — это сила света в известном направлении от источника, который испускает строго монохроматическое излучение с частотой 5,4*10 14 , причем энергетическая сила источника в этом направлении равна 1/683 Ватт в единицу телесного угла. Перевести частоту в длину волны читатель вполне может сам, формула очень легкая. Подскажем: результат лежит в видимой области.

Единица измерения силы света носит название «кандела» неспроста. Те, кто знает английский язык, помнят, что candle — это свеча. Раньше многие области человеческой деятельности измерялись в естественных параметрах, например, лошадиных силах, миллиметрах ртутного столба. Так что неудивительно, что единица измерения силы света — это кандела, одна свеча. Только свеча это весьма своеобразная: со строго заданной длиной волны, и производящая конкретное число фотонов в секунду.

Одним из самых интересных и неоднозначным явлением нашего мира является свет. Для физики это один из основополагающих параметров многочисленных расчетов. С помощью света ученые надеются отыскать разгадку существования нашей вселенной, а также открыть для человечества новые возможности. В повседневной жизни свет также имеет большое значение, особенно при создании качественного освещения в различных помещениях.

Одним из важных параметров света является его сила, которая характеризует мощность данного явления. Именно силе света и расчету этого параметра будет посвящена данная статья.

Общие сведения о понятии

В физике под силой света (Iv) подразумевается мощность светового потока, определяемая внутри конкретного телесного угла. Из этого понятия следует, что под данным параметром подразумевается не весь имеющийся в пространстве свет, а лишь та его часть, которая излучается в определенном направлении.

В зависимости от имеющегося источника излучения, данный параметр будет увеличиваться или уменьшаться. На его изменения будет оказывать прямое воздействие значения телесного угла.

Обратите внимание! В некоторых ситуациях сила света будет одинаковой для угла любого значения. Это возможно в тех ситуациях, когда источник светового излучения создает равномерное освещение пространства.

Этот параметр отражает физическое свойство света, благодаря чему он отличается от таких измерений, как яркость, которая отражает субъективные ощущения. Помимо этого сила света в физике рассматривается как мощность. Если быть точнее, она оценивается как единица мощности. При этом мощность здесь отличается от своего привычного понятия. Здесь мощность зависит не только от энергии, которую излучает осветительная установка, но и от такого понятия, как длина волны.
Стоит отметить, что чувствительность людей к световому излучению напрямую зависит от длины волны. Эта зависимость нашла отражение в функции относительно спектральной световой эффективности. При этом сама сила света является зависимой от световой эффективности величиной. При длине волны в 550 нанометров (зеленый цвет) данный параметр примет свое максимальное значение. В результате этого глаза человека будут более или менее чувствительны к световому потоку при различных параметрах длины волны.
Единица измерения для данного показателя является кандел (кд).

Обратите внимание! Сила излучения, которое исходит от одной свечки, будет примерно равна одной канделе. Ранее применявшаяся для формулы расчета международная свеча равнялась 1,005 кд.

Свечение одной свечи

В редких случаях применяется устаревшая единица измерения – международная свеча. Но в современном мире уже практически везде используется единица измерения для этой величины – кандела.

Диаграмма фотометрического параметра

Iv представляет собой наиболее важный фотометрический параметр. Кроме этой величины к важнейшим фотометрическим параметрам относится яркость, а также освещенность. Все эти четыре величины активно используются при создании системы освещения в самых разнообразных помещениях. Без них невозможно оценить требуемый уровень освещённости для каждой отдельной ситуации.

Четыре важнейших световых характеристики

Для простоты понимания данного физического явления необходимо рассмотреть диаграмму, которая изображает плоскость, отражающую распространение света.

Диаграмма для силы света

Благодаря диаграмме видно, что Iv зависит от направления к источнику излучения. Это означает, что для светодиодной лампочки, для которой направление максимального излучения будет принято за 0°, тогда при измерении нужной нам величины в направлении 180° получится меньшее значение, чем для направления 0°.
Как видно, на диаграмме излучение, которое распространяется двумя источниками (желтый и красный), будет охватывать равную площадь. При этом желтое излучение будет рассеянным, по аналогии со светом свечи. Его мощность примерно будет равняться 100 кд. Причем значение этой величины будет одинаковой во всех направлениях. В тоже время красный будет направленным. В положении 0° он будет иметь максимальное значение в 225 кд. При этом данное значение будет уменьшаться в случае отклонения от 0°.

Обозначение параметра в СИ

Поскольку Iv является физической величиной, то ее можно рассчитать. Для этого используется специальная формула. Но прежде, чем дойти до формулы, необходимо разобраться в том, как искомая величина записывается в системе СИ. В этой системе наша величина будет отображаться как J (иногда она обозначается как I), единица измерения которой буде кандела (кд). Единица измерения отражает, что Iv, испускаемая полным излучателем на площади сечения 1/600000 м2. будет направляться в перпендикулярном данному сечению направлении. При этом температура излучателя будет раной уровню, при котором при давлении 101325 Па будет наблюдаться затвердение платины.

Обратите внимание! Через канделу можно определить остальные фотометрические единицы.

Поскольку световой поток в пространстве распространяется неравномерно, то необходимо ввести такое понятие, как телесный угол. Он обычно обозначается символом .
Сила света используется для расчетов, когда применяется формула размерности. При этом данная величина через формулы связана со световым потоком. В такой ситуации световой поток будет произведением Iv на телесный угол, к которому и будет распространяться излучение.
Световой поток (Фv) есть произведение силы света на телесный угол, в котором распространяется поток. Ф=I .

Формула светового потока

Из этой формулы следует, что Фv представляет собой внутренний поток, распространяемый в пределах конкретного телесного угла (один стерадиан) при наличии Iv в одну канделу.

Обратите внимание! Под стерадианом понимают телесный угол, вырезающий на поверхности сферы участок, который равен квадрату радиуса данной сферы.

При этом через световое излучение можно связать Iv и мощность. Ведь под Фv понимается еще и величина, которая характеризует мощность излучения светового излучения при восприятии его усредненным человеческим глазом, имеющего чувствительностью к излучению определенной частоты. В результате из вышеприведенной формулы можно вывести следующее уравнение:

Формула для силы света

Это отлично видно на примере светодиодов. В таких источниках светового излучения его сила обычно оказывается равной потребляемой мощности. В результате, чем выше будет потребление электроэнергии, тем выше будет уровень излучения.
Как видим, формула для расчета нужной нам величины не так и сложна.

Дополнительные варианты расчета

Поскольку распределение излучения, идущего от реального источника в пространство, будет неравномерно, то Фv уже не сможет выступать в роли исчерпывающей характеристикой источника. Но только за исключением ситуации, когда одновременно с этим не будет определяться распределение испускаемого излучения по разнообразным направлениям.
Чтобы охарактеризовать распределение Фv в физике используют такое понятие, как пространственной плотности излучения светового потока для различных направлений пространства. В данном случае для Iv необходимо использовать уже знакомую формулу, но в несколько дополненном виде:

Вторая формула для расчета

Эта формула позволит оценить нужную величину в различных направлениях.

Заключение

Сила света занимает важное место не только в физике, но и в более приземленных, бытовых моментах. Это параметр особенно важен для освещения, без которого невозможно существование привычного нам мира. При этом данное значение используется не только в разработке новых осветительных приборов с более выгодными техническими характеристиками, но и при определенных расчетах, связанных с организацией системы подсветки.

Подсветка зданий грунтовыми светильниками- обзор самых популярных, монтаж
Детские люстры для комнаты девочки:критерии выбора

Световой поток — мощность светового излучения, т. е. видимого излучения, оцениваемого по световому ощущению, которое оно производит на глаз человека. Световой поток измеряется в люменах.

Например лампа накаливания (100 Вт) излучает световой поток, равный 1350 лм, а люминесцентная лампа ЛБ40 — 3200.

Один люмен равен световому потоку, испускаемому точечным изотропным источником, c силой света равной одной канделе, в телесный угол, величиной в один стерадиан (1 лм = 1 кд·ср).

Полный световой поток, создаваемый изотропным источником, с силой света одна кандела, равен люменам.

Существует и другое определение: единицей светового потока является люмен (лм), равный потоку, излучаемому абсолютно черным телом с площади 0,5305 мм 2 при температуре затвердевания платины (1773° С), или 1 свеча·1 стерадиан.

Сила света — пространственная плотность светового потока, равная отношению светового потока к величине телесного угла, в котором равномерно распределено излучение. Единицей силы света является кандела.

Освещенность — поверхностная плотность светового потока, падающего на поверхность, равная отношению светового потока к величине освещаемой поверхности, по которой он равномерно распределен.

Единицей освещенности является люкс (лк) , равный освещенности, создаваемой световым потоком в 1 лм, равномерно распределенным на площади в 1 м 2 , т. е. равный 1 лм/1 м 2 .

Яркость — поверхностная плотность силы света в заданном направлении, равная отношению силы света к площади проекции светящейся поверхности на плоскость, перпендикулярную тому же направлению.

Единица яркости — кандела на квадратный метр (кд/м 2).

Светимость (светность) — поверхностная плотность светового потока, испускаемого поверхностью, равная отношению светового потока к площади светящейся поверхности.

Единицей светимости является 1 лм/м 2 .

Единицы световых величин в международной системе единиц СИ (SI)

Наименование величины Наименование единицы Выражение
через единицы СИ (SI)
Обозначение единицы
русское между-
народное
Сила света кандела кд кд cd
Световой поток люмен кд·ср лм lm
Световая энергия люмен-секунда кд·ср·с лм·с lm·s
Освещенность люкс кд·ср/м 2 лк lx
Светимость люмен на квадратный метр кд·ср/м 2 лм·м 2 lm/m 2
Яркость кандела на квадратный метр кд/м 2 кд/м 2 cd/m 2
Световая экспозиция люкс-секунда кд·ср·с/м 2 лк·с lx·s
Энергия излучения джоуль кг·м 2 /с 2 Дж J
Поток излучения, мощность излучения ватт кг·м 2 /с 3 Вт W
Световой эквивалент потока излучения люмен на ватт лм/Вт lm/W
Поверхностная плотность потока излучения ватт на квадратный метр кг/с 3 Вт/м 2 W/m 2
Энергетическая сила света (сила излучения) ватт на стерадиан кг·м2/(с 3 ·ср) Вт/ср W/sr
Энергетическая яркость ватт на стерадиан-квадратный метр кг/(с 3 ·ср) Вт/(ср·м 2) W/(sr·m 2)
Энергетическая освещенность (облученность) ватт на квадратный метр кг/с 3 Вт/м 2 W/m 2
Энергетическая светимость (излучаемость) ватт на квадратный метр кг/с 3 Вт/м 2 W/m 2

Примеры:

ЭЛЕКТРОТЕХНИЧЕСКИЙ СПРАВОЧНИК»
Под общей ред. профессоров МЭИ В.Г. Герасимова и др.
М.: Издательство МЭИ, 1998

Конвертер длины и расстояния Конвертер массы Конвертер мер объема сыпучих продуктов и продуктов питания Конвертер площади Конвертер объема и единиц измерения в кулинарных рецептах Конвертер температуры Конвертер давления, механического напряжения, модуля Юнга Конвертер энергии и работы Конвертер мощности Конвертер силы Конвертер времени Конвертер линейной скорости Плоский угол Конвертер тепловой эффективности и топливной экономичности Конвертер чисел в различных системах счисления Конвертер единиц измерения количества информации Курсы валют Размеры женской одежды и обуви Размеры мужской одежды и обуви Конвертер угловой скорости и частоты вращения Конвертер ускорения Конвертер углового ускорения Конвертер плотности Конвертер удельного объема Конвертер момента инерции Конвертер момента силы Конвертер вращающего момента Конвертер удельной теплоты сгорания (по массе) Конвертер плотности энергии и удельной теплоты сгорания топлива (по объему) Конвертер разности температур Конвертер коэффициента теплового расширения Конвертер термического сопротивления Конвертер удельной теплопроводности Конвертер удельной теплоёмкости Конвертер энергетической экспозиции и мощности теплового излучения Конвертер плотности теплового потока Конвертер коэффициента теплоотдачи Конвертер объёмного расхода Конвертер массового расхода Конвертер молярного расхода Конвертер плотности потока массы Конвертер молярной концентрации Конвертер массовой концентрации в растворе Конвертер динамической (абсолютной) вязкости Конвертер кинематической вязкости Конвертер поверхностного натяжения Конвертер паропроницаемости Конвертер паропроницаемости и скорости переноса пара Конвертер уровня звука Конвертер чувствительности микрофонов Конвертер уровня звукового давления (SPL) Конвертер уровня звукового давления с возможностью выбора опорного давления Конвертер яркости Конвертер силы света Конвертер освещённости Конвертер разрешения в компьютерной графике Конвертер частоты и длины волны Оптическая сила в диоптриях и фокусное расстояние Оптическая сила в диоптриях и увеличение линзы (×) Конвертер электрического заряда Конвертер линейной плотности заряда Конвертер поверхностной плотности заряда Конвертер объемной плотности заряда Конвертер электрического тока Конвертер линейной плотности тока Конвертер поверхностной плотности тока Конвертер напряжённости электрического поля Конвертер электростатического потенциала и напряжения Конвертер электрического сопротивления Конвертер удельного электрического сопротивления Конвертер электрической проводимости Конвертер удельной электрической проводимости Электрическая емкость Конвертер индуктивности Конвертер Американского калибра проводов Уровни в dBm (дБм или дБмВт), dBV (дБВ), ваттах и др. единицах Конвертер магнитодвижущей силы Конвертер напряженности магнитного поля Конвертер магнитного потока Конвертер магнитной индукции Радиация. Конвертер мощности поглощенной дозы ионизирующего излучения Радиоактивность. Конвертер радиоактивного распада Радиация. Конвертер экспозиционной дозы Радиация. Конвертер поглощённой дозы Конвертер десятичных приставок Передача данных Конвертер единиц типографики и обработки изображений Конвертер единиц измерения объема лесоматериалов Вычисление молярной массы Периодическая система химических элементов Д. И. Менделеева

Исходная величина

Преобразованная величина

кандела свеча (немецкая) свеча (брит.) десятичная свеча пентановая свеча пентановая свеча (мощностью 10 св) свеча Хефнера единица Карселя свеча десятичная (французская) люмен/стерадиан свеча (международная)

Общие сведения

Сила света — это мощность светового потока внутри определенного телесного угла. То есть, сила света определяет не весь свет в пространстве, а только свет, излучаемый в определенном направлении. В зависимости от источника света, сила света уменьшается или увеличивается по мере изменения телесного угла, хотя иногда эта величина одинакова для любого угла, если источник равномерно распространяет свет. Сила света — физическое свойство света. Этим она отличается от яркости, так как во многих случаях, когда говорят о яркости, то подразумевают субъективное ощущение, а не физическую величину. Также, яркость не зависит от телесного угла, а воспринимается в общем пространстве. Один и тот же источник с неизменной силой света может восприниматься людьми как свет разной яркости, так как это восприятие зависит от окружающих условий и от индивидуального восприятия каждого человека. Также, яркость двух источников с одинаковой силой света может восприниматься по-разному, особенно если один дает рассеянный свет, а другой — направленный. В этом случае направленный источник будет казаться ярче, несмотря на то, что сила света обоих источников одинакова.

Сила света рассматривается как единица мощности, хотя она отличается от привычного понятия о мощности тем, что она зависит не только от энергии, излучаемой источником света, но и от длины световой волны. Чувствительность людей к свету зависит от длины волны и выражается функцией относительной спектральной световой эффективности. Сила света зависит от световой эффективности, которая достигает максимума для света с длиной волны в 550 нанометров. Это — зеленый цвет. Глаз менее чувствителен к свету с большей или меньшей длиной волны.

В системе СИ сила света измеряется в канде́лах (кд). Одна кандела приблизительно равна силе света, излучаемого одной свечой. Иногда также используются устаревшая единица, свеча (или международная свеча), хотя в большинстве случаев эта единица заменена канделами. Одна свеча примерно равна одной канделе.

Если измерять силу света, используя плоскость, которая показывает распространение света, как на иллюстрации, то видно, что величина силы света зависит от направления на источник света. Например, если принять направление максимального излучения светодиодной лампы за 0°, то измеренная сила света в направлении 180° будет намного ниже, чем для 0°. Для рассеянных источников величина силы света для 0° и 180° не будет сильно отличаться, а возможно будет одинаковой.

На иллюстрации свет, распространяемый двумя источниками, красным и желтым, охватывают равную площадь. Желтый свет — рассеянный, подобно свету свечи. Его сила — примерно 100 кд, независимо от направления. Красный — наоборот, направленный. В направлении 0°, там, где излучение максимально, его сила равна 225 кд, но эта величина быстро уменьшается при отклонениях от 0°. Например, сила света равна 125 кд при направлении на источник 30° и всего 50 кд при направлении 80°.

Сила света в музеях

Сотрудники музеев измеряют силу света в музейных помещениях, чтобы определить оптимальные условия, позволяющие посетителям рассмотреть выставленные работы, и в то же время, обеспечить щадящий свет, наносящий как можно меньше вреда музейным экспонатам. Музейные экспонаты, содержащие целлюлозу и красители, особенно из натуральных материалов, портятся от продолжительного воздействия света. Целлюлоза обеспечивает прочность изделий из ткани, бумаги и дерева; часто в музеях встречается много экспонатов именно из этих материалов, поэтому свет в экспозиционных залах представляет большую опасность. Чем сильнее сила света, тем больше портятся музейные экспонаты. Кроме разрушения, свет также обесцвечивает материалы с целлюлозой, такие как бумага и ткани, или вызывает их пожелтение. Иногда бумага или холст, на которых написаны картины, портятся и разрушаются быстрее, чем краска. Это особенно проблематично, так как краски на картине восстановить проще, чем основу.

Вред, наносимый музейным экспонатам, зависит от длины световой волны. Так, например, свет в оранжевом спектре наименее вреден, а синий свет — самый опасный. То есть, свет с большей длиной волны безопаснее, чем свет с более короткими волнами. Многие музеи используют эту информацию и контролируют не только общее количество света, но и ограничивают синий свет, используя светло-оранжевые фильтры. При этом стараются выбирать фильтры настолько светлые, что они хоть и фильтруют синий свет, но позволяют посетителям в полной мере насладиться работами, выставленными в экспозиционном зале.

Важно не забывать, что экспонаты портятся не только от света. Поэтому трудно предсказать, основываясь только на силе света, как быстро происходит разрушение материалов, из которых они сделаны. Для долгосрочного хранения в музейных помещениях необходимо не только использовать слабое освещение, но и поддерживать низкую влажность, а также низкое количество кислорода в воздухе, по крайней мере, внутри выставочных витрин.

В музеях, где запрещают фотографировать со вспышкой, часто ссылаются именно на вред света для музейных экспонатов, особенно ультрафиолетового. Это практически необоснованно. Так же как и ограничение всего спектра видимого света намного менее эффективно, по сравнению с ограничением синего света, так и запрет на вспышки мало влияет на степень повреждения экспонатов светом. Во время экспериментов исследователи заметили небольшие повреждения на акварели, вызванные профессиональной студийной вспышкой только после более миллиона вспышек. Вспышка каждые четыре секунды на расстоянии 120 сантиметров от экспоната практически равносильна свету, который обычно бывает в экспозиционных залах, где контролируют количество света и фильтруют синий свет. Те, кто фотографируют в музеях, редко используют такие мощные вспышки, так как большинство посетителей — не профессиональные фотографы, и фотографируют на телефоны и компактные камеры. Каждые четыре секунды вспышки в залах работают редко. Вред от испускаемых вспышкой ультрафиолетовых лучей также в большинстве случаев невелик.

Сила света светильников

Свойства светильников принято описывать с помощью силы света, которая отличается от светового потока — величины, определяющей общее количество света, и показывающей насколько ярок этот источник в общем. Силу света удобно использовать для определения световых свойств светильников, например, светодиодных. При их покупке информация о силе света помогает определить с какой силой и в каком направлении будет распространяться свет, и подходит ли такой светильник покупателю.

Распределение силы света

Кроме самой силы света, понять, как будет вести себя лампа, помогают кривые распределения силы света. Такие диаграммы углового распределения силы света представляют собой замкнутые кривые на плоскости или в пространстве, в зависимости от симметрии лампы. Они охватывают всю область распространения света этой лампы. На диаграмме видно величину силы света в зависимости от направления ее измерения. График обычно строят либо в полярной, либо в прямоугольной системе координат, в зависимости от того, для какого источника света строится график. Его часто помещают на упаковке ламп, чтобы помочь покупателю представить, как будет себя вести лампа. Эти сведения важны дизайнерам и светотехникам, особенно тем, кто работает в области кинематографа, театра, и организации выставок и представлений. Распределение силы света также влияет на безопасность во время вождения, поэтому инженеры, разрабатывающие освещение для транспортных средств, используют кривые распределения силы света. Им необходимо соблюдать строгие правила, регулирующие распределение силы света в фарах, чтобы обеспечить максимальную безопасность на дорогах.

Пример на рисунке — в полярной системе координат. A — центр источника света, откуда свет распространяется в разные стороны, B — сила света в канделах, и C — угол измерения направления света, причем 0° — направление максимальной силы света источника.

Измерение силы и распределения силы света

Силу света и ее распределение измеряют специальными приборами, гониофотометрами и гониометрами . Существует несколько типов этих приборов, например с подвижным зеркалом, что позволяет измерять силу света под разными углами. Иногда вместо зеркала двигается сам источник света. Обычно эти устройства большие, с расстоянием между лампой и сенсором, измеряющем силу света, достигающим 25 метров. Некоторые устройства состоят из сферы с измерительным прибором, зеркалом и лампой внутри. Не все гониофотметры — большие, бывают и маленькие, которые двигаются вокруг источника света во время измерения. При покупке гониофотометра решающую роль, кроме прочих показателей, играют его цена, размер, мощность, и максимальный размер источника света, который он может измерить.

Угол половинной яркости

Угол половинной яркости, иногда также называемый углом свечения — одна из величин, помогающих описать источник света. Этот угол показывает, насколько направлен или рассеян источник света. Его определяют как угол светового конуса, при котором сила света источника равна половине его максимальной силы. В примере на рисунке максимальная сила света источника — 200 кд. Попробуем определить с помощью этого графика угол половинной яркости. Половина силы света источника равна 100 кд. Угол, при котором сила света луча достигает 100 кд., то есть угол половинной яркости, равен на графике 60+60=120° (половина угла изображена желтым цветом). Для двух источников света с одинаковым общим количеством света, более узкий угол половинной яркости означает, что его сила света больше, по сравнению со вторым источником, для углов между 0° и углом половинной яркости. То есть, у направленных источников — более узкий угол половинной яркости.

Преимущества есть и у широких, и у узких углов половинной яркости, и какой из них следует предпочесть — зависит от области применения этого источника света. Так, например, для подводного плавания стоит выбрать фонарь с узким углом половинной яркости, если в воде хорошая видимость. Если же видимость плохая, то не имеет смысла использовать такой фонарь, так как он только напрасно тратит энергию. В этом случае лучше подойдет фонарь с широким углом половинной яркости, который хорошо рассеивает свет. Также такой фонарь поможет во время фото и видео съемки, потому что он освещает более широкое пространство перед камерой. В некоторых фонарях для ныряния можно вручную настроить угол половинной яркости, что удобно, так как ныряльщики не всегда могут предвидеть, какая будет видимость там, где они ныряют.

Опубликуйте вопрос в TCTerms и в течение нескольких минут вы получите ответ.

1. Световой поток

Световой поток — мощность лучистой энергии, оцениваемая по производимому ею световому ощущению. Энергия излучения определяется количеством квантов, которые излучаются излучателем в пространство. Энергию излучения (лучистую энергию) измеряют в джоулях. Количество энергии, излучающейся в единицу времени называется потоком излучения или лучистым потоком. Измеряется поток излучения в ваттах. Световой поток обозначается Фе.

где: Qе — энергия излучения.

Поток излучения характеризуется распределением энергии во времени и в пространстве.

В большинстве случаев, когда говорят о распределении потока излучения во времени, не учитывают квантового характера возникновения излучения, а понимают под этим функцию, дающую изменение во времени мгновенных значений потока излучения Ф(t). Это допустимо, поскольку число фотонов, излучаемых источником в единицу времени, очень велико.

По спектральному распределению потока излучения источники разбивают на три класса: с линейчатым, полосатым и сплошным спектрами. Поток излучения источника с линейчатым спектром состоит из монохроматических потоков отдельных линий:

где: Фλ — монохроматический поток излучения; Фе — поток излучения.

У источников с полосатым спектром, излучение происходит в пределах достаточно широких участков спектра — полос, отделенных одна от другой темными промежутками. Для характеристики спектрального распределения потока излучения со сплошным и полосатым спектрами пользуются величиной, которая называется спектральной плотностью потока излучения

где: λ — длина волны.

Спектральная плотность потока излучения — это характеристика распределения лучистого потока по спектру и равняется отношению элементарного потока ΔФeλ соответствующего бесконечно малому участку, к ширине этого участка:

Спектральная плотность потока излучения измеряется в ваттах на нанометр.

В светотехнике, где основным приемником излучения является глаз человека, для оценки эффективного действия потока излучения, вводится понятие светового потока. Световой поток — это поток излучения, оценивающийся его действием на глаз, относительная спектральная чувствительность которого определяется усредненной кривой спектральной эффективности, утвержденной МКО.

В светотехнике используется и такое определение светового потока: световой поток — это мощность световой энергии. Единица светового потока — люмен (лм). 1лм соответствует световому потоку, излучаемому в единичном телесном угле точечным изотропным источником с силой света 1 кандела.

Таблица 1. Типичные световые величины источников света:

Типы ламп Электрическая энергия, Вт Световой поток, лм Световая отдача лм/вт
100 Вт 1360 лм 13,6 лм/Вт
Люминесцентная лампа 58 Вт 5400 лм 93 лм/Вт
Натриевая лампа высокого давления 100 Вт 10000 лм 100 лм/Вт
Натриевая лампа низкого давления 180 Вт 33000 лм 183 лм/Вт
Ртутная лампа высокого давления 1000 Вт 58000 лм 58 лм/Вт
Металлогалогенная лампа 2000 Вт 190000 лм 95 лм/Вт

Световой поток Ф, падая на тело, распределяется на три составные части: отраженную телом Фρ , поглощенную Фα и пропущенную Фτ . При используют коэффициенты: отражения ρ = Фρ /Ф; поглощения α =Фα /Ф; пропускания τ =Фτ /Ф.

Таблица 2. Световые характеристики некоторых материалов и поверхностей

Материалы или поверхности Коэффициенты Характер отражения и пропускания
отражения ρ поглащения α пропускания τ
Мел 0,85 0,15 Диффузное
Эмаль силикатная 0,8 0,2 Диффузное
Алюминий зеркальный 0,85 0,15 Направленное
Зеркало стеклянное 0,8 0,2 Направленное
Стекло матированное 0,1 0,5 0,4 Направленно-рассеянное
Стекло молочное органическое 0,22 0,15 0,63 Направленно-рассеянное
Стекло опаловое силикатное 0,3 0,1 0,6 Диффузное
Стекло молочное силикатное 0,45 0,15 0,4 Диффузное

2. Сила света

Распределение излучения реального источника в окружающем пространстве не равномерно. Поэтому световой поток не будет исчерпывающей характеристикой источника, если одновременно не определяется распределение излучения по разным направлениям окружающего пространства.

Для характеристики распределения светового потока пользуются понятием пространственной плотности светового потока в разных направлениях окружающего пространства. Пространственную плотность светового потока, определяющуюся отношением светового потока к телесному углу с вершиной в точке размещения источника, в пределах которого равномерно распределен этот поток, называют силой света:

где: Ф — световой поток; ω — телесный угол.

Единицей силы света является кандела. 1 кд.

Это сила света, испускаемая в перпендикулярном направлении элементом поверхности черного тела, площадью 1:600000 м2 при температуре затвердевания платины.
Единица силы света — кандела, кд является одной из основных величин в системе СИ и соответствует световому потоку 1 лм, равномерно распределенному внутри телесного угла 1 стерадиан (ср. ). Телесный угол — часть пространства, заключенная внутри конической поверхности. Телесный угол ω измеряется отношением площади, вырезаемой им из сферы произвольного радиуса, к квадрату последнего.

3. Освещенность

Освещенность — это количество света или светового потока, падающего на единицу площади поверхности. Она обозначается буквой Е и измеряется в люксах (лк).

Единица освещенности люкс, лк имеет размерность люмен на квадратный метр (лм/м2).

Освещенность можно определить как плотность светового потока на освещаемой поверхности:

Освещенность не зависит от направления распространения светового потока на поверхность.

Приведем несколько общепринятых показателей освещенности:

    Лето, день под безоблачным небом — 100 000 люкс

    Уличное освещение — 5-30 люкс

    Полная луна в ясную ночь — 0,25 люкс

4. Отношение между силой света (I) и освещенностью (Е).

Закон обратных квадратов

Освещенность в определенной точке на поверхности, перпендикулярной к направлению распространения света, определяется как отношение силы света к квадрату расстояния от этой точки до источника света. Если данное расстояние мы примем за d, то это отношение можно выразить следующей формулой:

Для примера: если источник света излучает свет силой 1200 кд в направлении, перпендикулярном к поверхности, на расстоянии 3-х метров от этой поверхности, то освещенность (Ер) в точке, где свет достигает поверхности, будет 1200/32 = 133 лк. Если поверхность находится на расстоянии 6м от источника света, освещенность будет 1200/62= 33 лк. Это отношение называется «закон обратных квадратов» .

Освещенность в определенной точке на поверхности, не перпендикулярной направлению распространения света, равняется силе света в направлении точки измерения, разделенной на квадрат расстояния между источником света и точкой на плоскости умноженной на косинус угла γ (γ — угол, образованный направлением падения света и перпендикуляром к этой плоскости).

Следовательно:

Это закон косинуса (рисунок 1.).

Рис. 1. К закону косинуса

Для расчета горизонтальной освещенности целесообразно изменить последнюю формулу, заменив расстояние d между источником света и точкой измерения на высоту h от источника света к поверхности.

На рисунке 2:

Тогда:

Получаем:

По данной формуле рассчитывается горизонтальная освещенность в точке измерения.

Рис. 2. Горизонтальная освещенность

6. Вертикальная освещенность

Освещение той же точки Р в вертикальной плоскости, ориентированной к источнику света, можно представить как функцию высоты (h) источника света и угла падения (γ) силы света (I) (рисунок 3).

светимостью :

Для поверхностей конечных размеров:

Светимость — это плотность светового потока, испускаемого светящейся поверхностью. Единицей светимости служит люмен на метр квадратный светящейся поверхности, что отвечает поверхности площадью 1 м2, которая равномерно излучает световой поток 1 лм. В случае общего излучения вводится понятие энергетической светимости излучающего тела (Me).

Единица энергетической светимости — Вт/м2.

Светимость в этом случае можно выразить через спектральную плотность энергетической светимости излучающего тела Meλ(λ)

Для сравнительной оценки приводим энергетические светимости к светимости некоторых поверхностей:

    Поверхность солнца — Ме=6 107 Вт/м2;

    Нить лампы накаливания — Ме=2 105 Вт/м2;

    Поверхность солнца в зените — М=3,1 109 лм/м2;

    Колба люминесцентной лампы — М=22 103 лм/м2.

Это сила света, излучаемая единицей площади поверхности в определенном направлении. Единица измерения яркости — кандела на метр квадратный (кд/м2).

Поверхность сама по себе может излучать свет, как поверхность лампы, или отражать свет, который поступает из другого источника, например поверхность дороги.

Поверхности с разными свойствами отражения при одинаковой освещенности будут иметь разную степень яркости.

Яркость, излучаемая поверхностью dA под углом Ф к проекции этой поверхности, равняется отношению силы света, излучаемого в данном направлении, к проекции излучающей поверхности (рис. 4).


Рис. 4. Яркость

Как сила света, так и проекция излучающей поверхности, не зависят от расстояния. Следовательно, яркость также не зависит от расстояния.

Несколько практических примеров:

    Яркость поверхности солнца — 2000000000 кд/м2

    Яркость люминесцентных ламп — от 5000 до 15000 кд/м2

    Яркость поверхности полной луны — 2500 кд/м2

    Искусственное освещение дорог — 30 люкс 2 кд/м2

Яркость и контраст светодиодных экранов

Единица измерения яркости светодиодного экрана — нит (кд/м2). Чем больше его значение, тем выше яркость видеоэкрана. Как правило, яркость для внутренних экранов должна быть не менее 1 000 нит, для наружных экранов — 5 000 нит или больше. Яркость измеряется под нормальным углом к экрану, используя хромометр — “измеритель яркости” (например, модель Minolta CS-100a).

Цветовая температура видеоэкрана должна быть обычно 5000°К для внутренних экранов, и 6500°К для наружных экранов. С установленной цветовой температурой, изображение «белого поля» должно быть измерено в нескольких точках (обычно 12, одно измерение в центре и равномерно по экрану) на расстоянии нормальной минимальной зоны обзора. Затем на экран подается изображение «черного поля» и измеряется яркость отраженного от экрана окружающего света (достаточно одного измерения в центре экрана).

Яркость видеоэкрана – это среднее из 12 измерений “белого поля” минус яркость отраженного света на “черном поле”. Угол обзора обычно определяется по точке, где яркость экрана составляет 50 % от максимума. Если вы будете идти вдоль экрана, то вы будете видеть изменение яркости, и желательно измерить углы обзора на 3-х основных цветах и на белом, чтобы убедиться, что цвет остается однородным подо всеми углами обзора. 

Светодиодные экраны имеют проблему, которая является уникальной для этой технологии и называется “shouldering” (загораживать плечом), когда изменение цвета вызвано тем, что один светодиод блокирует (загораживает) другой светодиод на критических углах обзора. 

Углы обзора должны действительно включать изменения цвета, и если существенное цветовое изменение происходит прежде, чем яркость падает до 50%, то это и есть угол обзора.

Добавление козырьков между пикселями или рядами светодиодов уменьшает засветку видеоэкрана другими источниками света, и увеличивает контрастность. Это также уменьшает вертикальный угол обзора, но обычно это не является проблемой для большинства случаев применения светодиодных видеоэкранов.

Если производители видеоэкрана используют большие токи для управления светодиодами, они могут указать яркость экрана свыше 8000 нит. Но проблема состоит в том, что большие токи управления приводят к более быстрой деградации светодиодов и однородность яркости экрана может быстро измениться.

Обычно “время жизни” светодиодов колеблется в диапазоне от 20 000 до 100 000 часов.

Эти цифры являются действительными, если они определены при фактических токах управления светодиодами, которые будут использоваться в реальных условиях показа и, конечно, при измерении яркости экрана.

Проводя оценку видеоэкрана большого формата, всегда спрашивайте рекомендации и у специалиста, и у фирмы, осуществляющей монтаж.

Убедитесь, что предыдущие клиенты, арендовавшие у фирмы видеоэкран, находятся в ситуации схожей с вашей

(например: если Вы берете внутренний экран, то сравнение с наружным экраном не имеет смысла).

Измеритель освещенности, яркости и пульсаций еЛайт03

Измеритель освещенности, яркости и пульсаций еЛайт03

 

Тип оборудования: Измеритель освещенности, яркости и пульсаций

Производитель: Эко-Е

Модель:  еЛайт03

Гарантия: 1 год

 

Описание:

Модуль люксометра еЛайт03 с дополнительными функциями измерения яркости источников света и неравномерности светового потока является законченным полнофункциональным измерителем параметров световой среды. Он является составной неотъемлимой частью следующих профессиональных приборов:

  • измеритель освещенности, пульсаций и яркости еЛайт01
  • люксметр-яркомер-пульсметр еЛайт02

 

Для подключения к пультам БОИ-01 (комплект еЛайт01) или БОИ-02 (комплект еЛайт02)

 

Метрологические характеристики люксометра еЛайт03:

Все метрологические характеристики приборов серии еЛайт определяет именно измерительный модуль люксометра еЛайт03. По сравнению с приборами других производителей, еЛайт03 обладает следующими преимуществами:

  • межповерочный интервал — 2 года;

  • подтвержденный диапазон измеряемой освещенности (указан в описании типа СИ) – 1…200000лк;

  • рабочий диапазон температур – от минус 20°C до +50°C

 

Все перечисленные характеристики еЛайт03 подтвердил на Государственных испытаниях на соответствие типу средства измерений. По результатам этих испытаний многофункциональный люксометр еЛайт03 внесен в Государственный реестр средств измерений РФ под №63221-16

Люксометр еЛайт03 является полностью законченным модулем измерения параметров световой среды и внесен в Госреестр СИ РФ как самостоятельное средство измерения. Поэтому, в отличие от его «прародителя», фотоголовки ФГ-01 из состава приборов Эколайт-01 и Эколайт-02, еЛайт03 можно применять самостоятельно (без пультов БОИ-01 или БОИ-02) в составе измерительных приборов и систем, реализуя в них функцию стандартизованного измерителя освещенности, коэффициента пульсации или яркомера. Ниже мы приведем пару примеров самостоятельного использования еЛайт03.

 

Измерение пульсации ламп и мониторов люксометром еЛайт03:

Одной из серъезных проблем современного освещения на газоразрядных (люминесцентных) или светодиодных лампах является пульсация испускаемого ими светового потока. При том, что безопасным считается уровень пульсаций не более 5%, а недопустимым – выше 20%, очень многие лампы и светильники имеют пульсацию выше этих уровней, достигая 40…60 и даже 100%. Наличие пульсаций объясняется либо некачественной схемой включения ламп (драйвере), либо нестабильностью питающей сети, либо какими-то другими факторами. Для более полного представления о характере и природе пульсации светового потока разработано специализированное ПО «Эколайт-АП», которое работает совместно с модулем люксометра еЛайт03. Оно предоставляет информацию об амплитуде, виде, частоте пульсаций светового потока, регистрируемого люксометром еЛайт03. Возможно сохранение, загрузка, сравнение измеренных сигналов.

Еще больше проблема пульсации светового потока проявляется для экранов мониторов, телевизоров и экранов смартфонов и планшетов, использующих импульсный способ (ШИМ) управления яркостью экрана. На рисунках приведены примеры измерения параметров светового потока для светодиодной нитевой (filament) лампы, жидкокристаллического монитора и OLED экрана смартфона.
Модуль люксометра еЛайт03 подключается к USB-порту компьютера через microUSB разъем на корпусе прибора, либо через основной разъем подключения к пультам БОИ-01 или БОИ-02 (в последнем случае необходим кабель-адаптер типа Ekonnect2).

 

Измерение освещенности дорог и территорий люксометром еЛайт03:

Эксплуатация дорог и территорий требуют периодического проведения контрольных измерений для проверки соответствия уровня искусственной освещенности установленным нормативам. Однако ручные измерения освещенности достаточно трудоемки, особенно в городах с разветвленной дорожной сетью и большим количеством дворовых и общественных территорий. Существенно облегчить такой процесс измерений можно путем их автоматизации. Нами разработан программно-аппаратный комплекс, автоматизирующий проведения измерений освещенности с привязкой измерений к карте местности. Комплекс состоит из модуля люксометра еЛайт03, быстродействующего навигационного модуля высокой точности и персонального компьютера (ноутбука, планшета) с установленным программным обеспечением. На рисунке приведен результат работы этого комплекса с нанесенными на карту результатами измерения освещенности, полученными по маршруту следования оборудованного автомобиля.

 

Характеристики измерения световой среды:

  • Диапазон измеряемой освещенности: 0,1 … 200 000 лк
  • Диапазон измеряемой яркости: 1 … 200 000 кд/м2
  • Диапазон измеряемого коэффициента пульсации: 1 … 100 %
  • Относительная погрешность определения освещенности: 8 %
  • Относительная погрешность определения яркости: 10 %
  • Относительная погрешность определения коэффициента пульсации: 10 %

 

Массогабаритные характеристики:

  • Габаритные размеры: 50 x 145 x 28 мм
  • Масса: не более 90 гр

 

Рабочие условия эксплуатации:

  • Рабочий диапазон температур: -20 … +50 °C
  • Относительная влажность при нормальной температуре: не более 90 %
  • Атмосферное давление: 600 … 900 мм.рт.ст.

 

 

Электропитание:

  • Напряжение питания: 5 В
  • Ток потребления: не более 250 мА
  • Время непрерывной работы без замены элементов питания: не менее 8 часов
  • Время зарядки аккумуляторов: не более 6 часов

 

Прочее:

  • Время установления рабочего режима после включения: не более 5 сек.
  • Наработка на отказ: не менее 5000 часов

 

Как измерить яркость современных светодиодных ламп

При исследовании освещения или покупке ламп потребители часто видят три определения для описания освещенности: люмены, ватты и кельвины. Довольно часто люди путаются в этих различиях и из-за этого могут принимать необдуманные решения. Мы уже обсуждали цветовую шкалу Кельвина и ее отношение к наружному освещению, но здесь мы демистифицируем термины ватты и люмены, чтобы потребители могли найти именно то, что им нужно.

Люмены являются мерой общего количества видимого света от лампы или источника света. Чем выше показатель люмена, тем ярче будет казаться лампа; и чем ниже рейтинг люмена, тем тусклее он будет казаться. По сути, просмотр люменов позволяет вам купить количество света, которое вы хотите.

Яркость или уровни светового потока светильников на вашем объекте могут сильно различаться, поэтому вот хорошее эмпирическое правило :

  • Чтобы заменить 100-ваттную лампу накаливания, ищите лампу, которая дает вам около 1 600 люмен. Если вы хотите что-то более тусклое, выбирайте меньше люменов; если вы предпочитаете более яркий свет, ищите больше.
  • Замените лампочку мощностью 75 Вт на светодиодную, которая дает около 1100 люмен
  • Замените лампочку мощностью 60 Вт на светодиодную, которая дает около 800 люмен
  • Замените лампочку мощностью 40 Вт на светодиодную, которая дает около 450 люмен


Ватт
, с другой стороны, являются измерением потребляемой мощности и используемой энергии. С традиционными лампами накаливания, чем выше мощность, тем ярче свет.С энергосберегающими лампами, такими как светодиоды, дело обстоит несколько иначе, потому что не существует жесткого и быстрого правила для соотнесения мощности с выходной мощностью, а светодиоды потребляют гораздо меньше энергии. Светодиодная лампа мощностью 9 Вт одного бренда может излучать достаточно люменов, чтобы заменить лампу накаливания мощностью 60 Вт, но другому бренду может потребоваться использовать менее эффективный светодиод, такой как 12 Вт, чтобы создать достаточно люменов для замены той же лампы накаливания мощностью 60 Вт. Из-за этого гораздо важнее смотреть на люмены, чем на ватты при рассмотрении светоотдачи.


Если у вас есть какие-либо вопросы или вы хотите обсудить свои потребности в освещении, не стесняйтесь запросить бесплатную онлайн-консультацию .

Мы являемся местной компанией и освещаем Нэшвилл с 2012 года. Наша команда имеет многолетний опыт создания и установки уникальных и элегантных конструкций наружного освещения, а также предоставления услуг по техническому обслуживанию и ремонту домов и предприятий по всему Среднему Теннесси. Наша отмеченная наградами компания была признана 1-й в Nashville House & Home за ландшафтное освещение четыре года подряд и Best of Houzz за последние три года.

Расположенный в Гудлеттсвилле, Light Up Nashville обслуживает Нэшвилл, Брентвуд, Франклин, Хендерсонвилл, Галлатин, прилегающие районы и не только.

Полное руководство по измерению освещенности


Это новое руководство покажет вам все, что вам нужно знать об измерении света.

Важно понимать различные термины, используемые для характеристики света. Это руководство охватывает все: от измерения света в электромагнитном спектре до понимания воспринимаемой человеческим глазом яркости, интенсивности света и инструментов, используемых для измерения света.

Давайте погрузимся в…

 

Хотите узнать больше об измерении освещенности? Получите бесплатный PDF

Позвольте мне отправить вам копию, чтобы вы могли прочитать ее, когда вам будет удобно. Просто дайте мне знать, куда его отправить (займет 5 секунд):

 

Содержимое

Глава 1: Единицы измерения освещенности  – Общие термины измерения освещенности

Глава 2: Радиометрия — Сколько света

Глава 3: Фотометрия — Как вы видите свет (человеческое восприятие)

Глава 4. Спектрометрия — Измерение длины волны

Глава 5. Способы измерения света  — Как измерить интенсивность света

Глава 6: Инструменты измерения света – Какие инструменты используются для измерения света

Глава 1:

Единицы света

(Общие условия измерения освещенности)

В светотехнической промышленности используются несколько различных единиц измерения света, в зависимости от того, какая информация необходима.

Ниже приведены некоторые из наиболее распространенных единиц и терминов:

Поток (Световой поток) — происходит от латинского слова «Fluxus», что означает поток, поток — это количество энергии, излучаемой светом в секунду, измеряемое в люменах (лм) .

Когда дело доходит до освещения, необходимо учитывать Вт (Вт) (потребляемая энергия) и люмен (лм) (яркость). Или потребление электроэнергии по сравнению со светоотдачей. Люмены взвешиваются для человеческого восприятия, а ватты — нет.

  • Люмен (лм) — Единица светового потока в системе СИ, это единица светового потока.
  • Ватт (Вт) — Единица измерения электрической мощности, это радиометрическое измерение.

Интенсивность света — Количество видимого света, излучаемого в единицу времени на единицу телесного угла

  • Кандела (кд) — Основная единица силы света в системе СИ. Это единица силы света источника света в определенном направлении.2 = 1 нит
    • Nit  (nt) — название, данное единице яркости
    • .

Для облегчения понимания представьте себе лампу, излучающую свет.

  • Свет от лампы измеряется в люменах (мера силы света)
  • Свет, падающий на поверхность, выражается в люксах
  • Человеческий глаз воспринимает это визуально с точки зрения яркости или яркости, которая измеряется в канделах

Глава 2

Радиометрия Сколько света

Что такое радиометрия

В целом радиометрия — это наука об измерении электромагнитного излучения. Что касается оптики, то это относится к обнаружению и измерению световых волн в оптической части электромагнитного спектра (инфракрасный, видимый и ультрафиолетовый). Радиометрия включает также характеристику распределения абсолютной мощности излучения.

Почему важна радиометрия

Радиометрия охватывает широкий спектр потребностей в восприятии и измерении света.

Вот некоторые распространенные приложения: 

[источник]

4 Обычно используемые геометрические описания в радиометрии 

Основная единица радиометрии называется Radiant Flux .

1. Лучистый поток / Мощность — Выраженный в ваттах лучистый поток можно определить как общую оптическую мощность источника света. Его также можно определить как скорость потока лучистой энергии. Вы можете думать об этом как об общем количестве света, излучаемого лампочкой.

2. Интенсивность излучения — Интенсивность излучения, также измеряемая в ваттах, представляет собой количество потока, испускаемого через известный телесный угол.

3. Освещенность — Измеряемая в ваттах на квадратный метр, освещенность представляет собой измерение потока излучения на известной площади поверхности.

4. Излучение — Измеряется в ваттах на квадратный метр Стерадиан, излучение является мерой интенсивности излучения, излучаемого с единицы площади источника.

Глава 3:

Фотометрия — как вы видите свет 

(видимый свет)

Что такое фотометрия

Фотометрия — это разновидность радиометрии, применимая только к видимой части электромагнитного спектра. В то время как радиометрия фокусируется на измерении энергии излучения с точки зрения абсолютной мощности, фотометрия учитывает реакцию человеческого глаза и фокусируется на измерении света с точки зрения воспринимаемой яркости.

Фотометрия — это «наука об измерении интенсивности света, где «свет» относится к полному интегральному диапазону излучения, к которому чувствителен глаз.

Фотометрия отличается от радиометрии, в которой обнаруживается и измеряется каждая отдельная длина волны в электромагнитном спектре, включая ультрафиолетовое и инфракрасное излучение». Фотометрия. В EDU.photonics.com/Photometry: The Answer to How Light is Perceived //www.фотоника.com/a25119/Photometry_The_Answer_to_How_Light_Is_Perceived

Почему важна фотометрия

Фотометрия измеряет видимый свет с точки зрения человека.

Общие приложения для фотометрии:

Как и в случае с радиометрией, применение фотометрии также разнообразно. Он используется в ряде отраслей для проверки интенсивности света, излучаемого дисплеями, приборными панелями, приборами ночного видения и многим другим.

Основной единицей фотометрии является люмен.Фотометрия состоит из четырех основных понятий:

1. Световой поток — Измеряемый в люменах, световой поток — это мера общей воспринимаемой мощности, излучаемой во всех направлениях источником света.

2. Сила света  Измеряется в канделах. Сила света — это количество света, излучаемого источником в определенном направлении.

3. Освещенность — Измеряется в люменах на единицу площади, освещенность относится к количеству света, падающего на поверхность.Освещенность также может выражаться в фут-канделях.

4. Яркость — Яркость, измеряемая в канделах на квадратный метр или нит, представляет собой полный свет, излучаемый или отраженный от поверхности в заданном направлении. Он указывает, насколько ярко мы воспринимаем результат взаимодействия падающего света и поверхности.

Изображение предоставлено: JC Walker, Light Sources — Technology and Applications [CC Attribution-ShareAlike 3.0]

Глава 4:

Спектрометрия Измерение длины волны

Спектрометрия известна наукой и использованием спектрометров для измерения и анализа. Это изучение взаимодействий между светом и веществом, а также реакций и измерений интенсивности излучения и длины волны .

На приведенной ниже диаграмме показано, как спектрометрия используется для анализа образца. Образец показан на шаге 2. Спектрометрию также можно использовать для анализа длин волн, присутствующих в данном источнике света. В этом случае между источником и дифракционной решеткой не будет образца.

 i Автор:  От публичной лаборатории Спектрометрическая диаграмма [CC BY 2.0] (https://creativecommons.org/licenses/by/2.0/), с flickr

Спектрометрия использует:

В статье, написанной ATA Scientific Instruments, Что такое спектрометрия и для чего она используется, они подробно описывают современные способы использования спектроскопии:

  • В астрономии мы можем использовать уникальные спектры для определения химического состава космических объектов.
  • Мы также можем использовать его для определения свойств космических объектов: главным образом их температуры, а также их скорости.
  • Он применяется для скрининга метаболитов, а также для анализа и улучшения структуры лекарств.

Биомедицинское использование света состоит из диагностических и терапевтических применений. Узнайте больше о спектроскопии в биомедицинских службах.

Спектрорадиометрия — это «измерение световой энергии на отдельных длинах волн в пределах электромагнитного спектра. Оно может быть измерено по всему спектру или в определенном диапазоне длин волн».

Спектрорадиометрия.В KonicaMinolta.us: Радиометрия, спектрорадиометрия и фотометрия Получено с: https://sensing.konicaminolta.us/learning-center/light-measurement/radiometry-spectroradiometry-photometry/

Две основные концепции спектрорадиометрии:

Спектральное излучение — излучение поверхности на единицу частоты или длины волны. Единицей СИ для спектральной яркости является ватт на квадратный метр, стерадиан нанометр.

Спектральная освещенность — освещенность поверхности на единицу частоты или длины волны. Единицей СИ для спектральной освещенности является ватт/кубический метр.

Глава 5:

Как измерить интенсивность света

Расчет интенсивности света зависит от источника света и направления, в котором он излучает свет. Количество света, падающего на поверхность, называется освещенностью и измеряется в люксах.

Компания

Science написала пошаговую статью/эксперимент о том, как рассчитать интенсивность света с интенсивностью света вокруг лампочки, излучающей свет одинаково во всех направлениях.В заключении уточнялось, что «интенсивность света в вашей точке на сфере равна количеству ватт, излучаемому лампочкой, деленному на площадь поверхности сферы». Полные расчеты можно найти здесь.

В фотометрии сила света является мерой мощности излучения, излучаемого объектом в определенном направлении и зависит от длины волны излучаемого света.   

Что имеет наибольшее значение с точки зрения измерения интенсивности света , так это фактическое количество люменов, падающих на конкретную поверхность.

Измерение уровня освещенности

Как отмечалось выше, поток — это общий световой поток. В ваттах относится абсолютная мощность, а в люменах взвешиваются для человеческого восприятия.

В чем разница между яркостью и освещенностью

«Яркость — это количество света, отраженного от освещаемой поверхности».

Освещенность измеряется как количество света, падающего на поверхность.

Яркость — это то, что мы измеряем от поверхности, на которую падает свет.

Top Light Co назвала его лучшим…

Подумайте об этом так: IL-яркость, IL, I = падающий свет. Освещенность измеряет падающий свет. Яркость — это то, что покидает поверхность — L = уход. Освещенность измеряет инцидент, яркость измеряет то, что уходит.

 Глава 6:

Какие инструменты используются для измерения света

1. Фотометр

Фотометр — это прибор для измерения интенсивности света.Его можно определить как прибор, измеряющий видимый свет.

Два типа фотометров:

1. Измерители яркости — определяют видимую энергию источника света

Измерения яркости используются для таких продуктов, как светофоры и автомобильные задние фонари.

2. Измерители освещенности — измеряют видимую энергию, падающую на поверхность объекта.

Яркомер и колориметр

2.Интегрирующая сфера

«Интегрирующая сфера собирает электромагнитное излучение от источника, полностью внешнего по отношению к оптическому устройству, обычно для измерения потока или оптического ослабления».

Основы и приложения Integrating Sphere

3. Спектрометр

«Основная функция спектрометра состоит в том, чтобы воспринимать свет, разбивать его на спектральные компоненты, оцифровывать сигнал как функцию длины волны, считывать и отображать его на компьютере.”

Спектрометр

4. Экспонометр

Экспонометр — это устройство, используемое для измерения уровня освещенности . Уровень освещенности — это количество света, измеренное в плоскости.

Заключение

Существует много терминов и технологий, используемых, когда речь идет о силе света и измерении освещенности. Это ключ к пониманию того, как все эти уникальные аспекты объединяются.

Понимание измерения света помогает нам, как поставщику решений для освещения, соответствовать требованиям к яркости и однородности ваших конкретных приложений.

Как измерить интенсивность света

В архитектурном освещении интенсивность света или светоотдача измеряются, чтобы понять, дает ли конкретный источник света достаточно света для предполагаемого применения. В индустрии освещения есть хорошо зарекомендовавшие себя рекомендации по уровню освещенности для широкого спектра применений и типов помещений. Особенно полезно понимать интенсивность света, чтобы правильно оценить, есть ли в помещении адекватные условия освещения.В этой статье будут рассмотрены несколько основных принципов, связанных с интенсивностью света: как измерить интенсивность света, разница между люменами и освещенностью (и что они означают), а также мы обсудим, почему искусственный свет стал настолько важным для нашей повседневной жизни. жизни и благополучия.

Какой показатель лучше всего подходит для измерения интенсивности света?

Освещенность — это показатель, который используется для измерения интенсивности света в помещении. Измеряется в фут-канделах или люксах — это количество света (люменов), падающего на поверхность (на любой заданный квадратный фут или квадратный метр).Поэтому интенсивность света измеряется в люменах на квадратный фут (фут-кандел) или в люменах на квадратный метр (люкс). Измерение количества света, падающего на поверхность, позволяет нам оценить, достаточно ли у нас света для выполнения различных зрительных задач.

Теперь давайте подробнее рассмотрим, как мы измеряем освещенность. Мы начнем с рассмотрения двух основных единиц измерения освещения: люменов и освещенности (фут-кандел/люкс) . Обычно эти два термина путают по определению или просто неточно используют один вместо другого — так что давайте разберемся.

 

Что такое люмены?

 

Люмен (лм) — это единица измерения, которую мы используем для количественного определения количества видимого света, которое может видеть человеческий глаз. Световой поток конкретного источника света измеряется в люменах. Многие из вас замечали , когда вы покупаете лампочки для дома, что они указывают световой поток. Чем выше световой поток, тем «ярче» или выше интенсивность источника света; чем ниже световой поток, тем менее ярким или менее интенсивным является источник света.

Когда вы покупаете лампочки на основе их интенсивности или яркости, вам нужны люмены, а не ватты — ватты просто определяют потребление энергии лампочкой. Понимая люмены, мы можем изучить другие показатели освещения, такие как освещенность (фут-канделы/люкс), и то, как это играет ключевую роль в оценке интенсивности источника света.

Источник света, например лампа накаливания, излучает свет во всех направлениях, общее измерение которого отображается как световой поток (к чему мы вскоре вернемся).Теперь люмены — это просто единица измерения света, но когда их помещают в контекст данной площади поверхности, они становятся особенно полезным показателем. Что переводит нас на освещенность ( фут-кандел / люкс) .

 

Что такое Люкс?

 

люкс — это просто единица измерения, используемая для описания количества люменов, падающих на квадратный фут (фут-кандел) или квадратный метр (люкс) поверхности. Допустим, у вас есть источник света мощностью 1000 люмен. Если все эти 1000 люмен распределить по поверхности площадью 1 квадратный метр, у вас будет освещенность 1000 люкс, т.е.е. яркость пасмурного дня. Но что, если мы распространим это на 10-кратную площадь, то есть на 10 квадратных метров? Ну, освещенность или люкс уменьшится до менее интенсивного и затемненного 100 люкс. Мы используем тот же подход для фут-кандел, только нашими единицами измерения являются люмены на квадратный фут.

Причина, по которой мы измеряем интенсивность света, заключается в обеспечении соблюдения определенного «стандарта» освещенности. это имеет большое значение для фотографа (чья работа сосредоточена вокруг света), как в хирургическом отделении или в других помещениях, таких как офисы.

 

Что такое фут-свеча?

 

Фут-кандел — это мера интенсивности света — количество люменов на квадратный фут. Теперь вы можете подумать, что мы уже рассмотрели люкс, так зачем добавлять этот показатель? Разные люди используют разные показатели и по разным причинам. Проще говоря, где 1 люкс равен 1 люмену на квадратный метр, 1 фут-кандел равен одному люмену на квадратный фут.

 

Что такое световой поток?

 

Световой поток — это способ измерения воспринимаемой мощности или общего количества света, излучаемого источником света.Когда количество люменов — единица количества видимого света, которую может видеть человеческий глаз, используется для измерения интенсивности источника света. Для определения значения светового потока требуется площадь поверхности площадью один метр (люкс).

 

Общие измерения освещенности

 

Существует несколько типов показателей и измерений освещения, используемых в светотехнической промышленности. До сих пор мы рассматривали измерения, связанные с интенсивностью света — люмены, фут-канделы и люксы.

Хотя они полезны для специалистов по освещению, как эти термины соотносятся с реальным миром? Нам нужен небольшой контекст.Типичный класс, например, рекомендуется иметь уровень освещенности около 30-50 фут-кандел или 300-500 люкс. Сравните это с профессиональной лабораторией, в которой нормы освещения рекомендуют иметь уровень освещенности 75-120 фут-кандел или 750-1200 люкс. Различия в рекомендуемых уровнях освещенности публикуются IESNA (Общество светотехников Северной Америки). Рекомендации основаны на многолетнем визуальном тестировании, чтобы определить, сколько света нужно человеческому глазу, чтобы правильно видеть различные задачи с разным уровнем детализации.На этом примере вы можете увидеть, как разные среды имеют очень разные требования к уровню освещенности.

Чтобы еще больше объяснить это, вы можете подумать о самом большом естественном источнике света, который у нас есть, — о солнце. Примеры общих уровней освещенности:

  • Ясный летний день: 100 000 люкс (~10 000 фут-кандел)
  • Полный дневной свет: 10 000 люкс (~1 000 фут-кандел)
  • Пасмурный день: 1000 люкс (~100 фут-свечей)
  • Традиционное офисное освещение: 300–500 люкс (30–50 фут-кандел)
  • Общая лестница: 50-100 люкс (5-10 фут-кандел)
  • Сумерки: 10 люкс (1 фут-свеча)
  • Полнолуние: <1 люкс (<0.1 фут-свеча)

 

Какой измеритель следует использовать для измерения интенсивности света?

 

Специалисты по освещению используют люксметр (также называемый измерителем освещенности или люксметром) для измерения количества света в пространстве/на определенной рабочей поверхности. Экспонометр имеет датчик, который измеряет падающий на него свет и предоставляет пользователю измеримые показания освещенности.

Эти портативные устройства обычно используются фотографами для расчета правильной освещенности.Тем не менее, они также являются важным инструментом, который используется для измерения и проверки уровня освещенности в искусственной среде. Экспонометры — особенно полезный инструмент, если вы измеряете свет для безопасности или чрезмерного освещения, которые вызывают напряжение глаз и трату энергии.

Дополнительным преимуществом использования люксметра является возможность его калибровки. Почему это важно? Подумайте, как зрение одного человека будет определять определенные длины волн света иначе, чем зрение другого. Это означает, что один человек может определить источник света как более 90 500 или 90 501 менее интенсивный, поскольку он воспринимает или «видит» определенные длины волн по-разному.Добавьте к этому, что разные длины волн излучают разную интенсивность света.

Вот почему люксметры настроены на источник света стандарта CIE A . Стандартный люксметр необходим для измерения освещения лампами накаливания, но как насчет светодиодного освещения? Для измерения интенсивности света от светодиодного освещения вы должны использовать светодиодный люксметр .

Светодиодное освещение

становится все более распространенным в коммерческих помещениях из-за энергоэффективности, долговечности, настройки цветовой температуры, безопасности и низких эксплуатационных расходов.Но светодиоды излучают белый свет иначе, чем лампы накаливания или люминесцентные лампы, поэтому важно использовать правильный измеритель.

 

Как измерить интенсивность света с помощью люксметра

Лучшим способом измерения интенсивности света является использование люксметра, который дает нам возможность выбрать оптимальную интенсивность света для окружающей среды.

 

1. Измерьте окружающее освещение в помещении

 

Для начала выключите все освещение в комнате, которую вы собираетесь измерять.Включите экспонометр, чтобы установить так называемое базовое измерение — окружающее освещение.

Это означает, что вы можете видеть, насколько существующее освещение добавляет комнате значение после включения света.

 

2. Включите свет, снимите мерки

 

Из центральной части помещения убедитесь, что ваш люксметр настроен на запись ваших новых показаний. Помните, что не следует торопиться — подождите несколько секунд, чтобы освещение достигло полной яркости (особенно если вы измеряете свет от компактных люминесцентных ламп).

 

3. Обратите внимание на дифференциальное чтение

 

Просто вычтите уровень окружающего света из уровня освещенности – так называемое дифференциальное (или дельта) измерение, это количество света, производимого существующими светильниками. С помощью этого устройства измерения освещенности вы можете оценить, как оно соотносится с требуемыми оптимальными уровнями освещения.

 

4. Проверьте другие области комнаты

 

При открытом освещении офиса или коридора показания люксметра теоретически должны быть постоянными.Тем не менее, возможно, стоит проверить любые потенциальные «слепые» зоны, чтобы убедиться, что у вас есть последовательность.

 

Как интенсивность света влияет на функционирование

 

Интенсивность света влияет на то, как люди живут, работают и взаимодействуют. Совсем недавно исследователи обнаружили, как свет влияет на наше здоровье и самочувствие. Исследования показали, что, хотя стандартный искусственный свет удовлетворяет наши зрительные потребности, его недостаточно для обеспечения надлежащих биологических сигналов, необходимых нашему телу и мозгу, и он может даже оказать негативное влияние на наше здоровье в долгосрочной перспективе.Причина в том, что люди сейчас проводят большую часть своей жизни в помещении — мы потеряли связь с солнцем и солнечным днем ​​и больше не получаем важные световые сигналы, необходимые нашему телу и мозгу для улучшения сна и бодрствования в дневное время. Мы живем в помещениях, которые слишком тусклые, чтобы наш мозг мог распознать дневное время, и слишком яркое ночью, чтобы наш мозг распознал ночное время. Мы потеряли связь с нашим естественным циркадным циклом. Например, подумайте о ярко освещенном бакалейном магазине, в который вы ходите поздно вечером, или о полумраке лекционного зала или конференц-зала, в котором вы можете провести середину дня — это полная противоположность световым сигналам, вокруг которых развивалось наше тело.

Наш современный образ жизни достиг точки, когда большинство из нас проводят около 87% нашего времени в помещении. Это означает, что большая часть нашего «дневного» освещения почти полностью обеспечивается искусственным освещением.

Без надлежащего дневного света и из-за того, что мы остаемся более активными в более ярком окружении ночью, наши циклы сна и бодрствования, которые напрямую связаны с нашими циркадными ритмами и выработкой мелатонина (ключевого гормона сна) , становятся нерегулируемыми. Для полноценного и спокойного сна, который способствует дневному бодрствованию и повышению уровня энергии, настроения и продуктивности; нам нужен хорошо функционирующий циркадный ритм.Когда это происходит, мы улучшаем качество сна, позволяя нашим циркадным системам восстанавливать как тело, так и разум.

Исследования также показали, что правильные дневные световые сигналы также влияют на серотонин (1), предшественник мелатонина. Серотонин помогает нам чувствовать себя позитивно, спокойно и продуктивно — это то, что мы получаем от адекватного дневного света, и именно поэтому сезонное аффективное расстройство (САР) является такой проблемой во время продолжительной темноты наших зимних месяцев!

В том же исследовании о «пользе солнечного света» объясняется:

«Свет, который мы получаем на улице в летний день, может быть в тысячу раз ярче, чем мы когда-либо видели в помещении», — говорит исследователь мелатонина Рассел Дж.Райтер – Центр медицинских наук Техасского университета.

«По этой причине важно, чтобы люди, работающие в помещении, периодически выходили на улицу, и, кроме того, все мы стараемся спать в полной темноте. Это может оказать серьезное влияние на ритмы мелатонина и привести к улучшению настроения, энергии и качества сна».

Когда у нас есть доступ к солнечному свету каждый день, мы становимся здоровее, что означает лучшие результаты для людей и бизнеса — сотрудники компании, которые хорошо отдохнули ночью, здоровее, счастливее и, следовательно, более продуктивны.Подумайте о времени, когда вы отправились в поход, в поход или просто провели целый день на свежем воздухе — много раз мы обнаруживаем, что можем лучше и крепче спать после таких событий.

 

Что такое циркадное освещение или освещение, ориентированное на человека?

 

 

Циркадное освещение

, также называемое ориентированным на человека освещением (HCL), фокусируется на освещении для здоровья и благополучия человека, а также на том, как мы можем использовать искусственный свет, чтобы обеспечить преимущества естественного дневного света.До недавнего времени искусственное освещение было сосредоточено на зрительной системе человека, циркадное освещение отвечает потребностям биологии человека и его циркадной системы — цель состоит в том, чтобы обеспечить свет, который помогает людям чувствовать себя бодрее, счастливее и продуктивнее в течение дня и улучшает сон. ночью. При проектировании рабочей среды преимущества циркадного освещения или HCL могут способствовать благополучию и сплоченности работников.

 

Как выбрать идеальную интенсивность света

 

В разных помещениях требуются разные уровни и интенсивность света.Установление надлежащего уровня освещенности не только позволяет нам видеть и выполнять задачи, но и дает подсознательные визуальные подсказки, помогающие ориентироваться в пространстве и визуальную иерархию. Вы можете этого не осознавать, но даже освещение в корпоративной среде часто используется для создания ощущения «культуры компании». Итак, как выбрать идеальную интенсивность света?

Наиболее целостный подход заключается в рассмотрении различных вариантов использования пространства, возраста людей, которые, вероятно, будут использовать это пространство, и того, как долго они могут занимать каждое пространство.

Возьмем типичный офис , рекомендуемый уровень освещенности для открытого офиса составляет около 30 фут-кандел (в среднем) или 300 люкс (в среднем). Однако не имеет смысла и не удобно иметь везде одинаковый уровень интенсивности света.

Давайте подумаем, например, о конференц-залах или переговорных комнатах. Презентации или встречи с высокой вовлеченностью потребуют другой интенсивности света по сравнению с неформальным проектом совместной работы.

В конференц-залах может потребоваться 30 фут-кандел (300 люкс) для личных встреч, но у вас также могут быть видеопрезентации, где вам нужно уменьшить интенсивность света, чтобы вы могли более четко видеть проекционный экран или изображения.В большинстве помещений важно иметь несколько слоев света и универсальное и ориентированное на человека решение по освещению, отвечающее потребностям жильцов. Некоторые конференц-залы предназначены для быстрого наверстывания упущенного, а другие используются для обучения в течение всего дня. Если эти помещения не имеют доступа к дневному свету, становится чрезвычайно важным подумать о том, как можно использовать циркадное освещение, чтобы улучшить самочувствие этих помещений.

Другой средой, для которой интенсивность внутреннего освещения является важным фактором, являются классы .Обучение — это визуальный опыт, поэтому соответствующие световые решения должны соответствовать физической среде. Мы должны учитывать горизонтальные задачи (количество света, необходимое на столах) и вертикальные задачи (количество света, необходимое для того, чтобы видеть надпись на доске). Как правило, для типичного класса рекомендуется 30 фут-кандел (300 люкс) в горизонтальной плоскости.

В школьной среде мы также хотим рассмотреть методы уменьшения бликов при сохранении постоянного уровня освещенности, чтобы все учащиеся могли видеть.Кроме того, исследования показали, что дети и подростки, которые получают правильные утренние световые сигналы, улучшают работоспособность, бдительность и снижают гиперактивность.

Наконец, давайте посмотрим на больницы и поликлиники. Больницы представляют собой сложные помещения для освещения, в них есть множество людей, которые имеют противоречивые потребности в освещении: пациентам может потребоваться низкий уровень освещения, в то время как медсестрам нужен свет, чтобы видеть, что они делают. Потребности в освещении дневных медсестер по сравнению с ночными медсестрами также являются проблемой.

Помещения для ухода за пациентами нуждаются в высококачественном освещении, чтобы медицинские работники могли правильно видеть вены и оттенок кожи, чтобы оценить любые потенциальные проблемы, связанные с цианозом или сепсисом.

Кроме того, мы знаем, что дневной свет так важен для здоровья человека, но когда вы больны и обездвижены, вы не можете выйти на улицу, чтобы получить столь необходимую пользу для здоровья от дневного света. Это делает обеспечение циркадного освещения в зонах ухода за пациентами еще более важным. Кроме того, медицинскому персоналу также очень полезно использовать циркадное освещение, которое способствует продвижению сильных дневных циркадных сигналов.

Если мы сосредоточимся на палатах для пациентов , обеспечение здоровой и спокойной обстановки важно для выздоровления пациентов. Как правило, 10 фут-кандел (100 люкс) — это комфортная и более низкая интенсивность света для отдыха.

Но что делать, если пациент хочет читать – пациенту может потребоваться немного более высокий уровень освещенности – около 20 фут-кандел (200 люкс). Тем не менее, мы также должны учитывать потребности медицинских работников — в палатах для пациентов также есть отдельный светильник для осмотра, который можно включать и выключать по мере необходимости для проведения осмотра у постели больного, а также обеспечивать более высокий уровень освещения — до 50-75 фут-свечей или 500-750 лк.Кроме того, когда пациент спит, медицинскому персоналу может потребоваться войти в палату, чтобы взять жизненно важные органы, и им потребуется рабочий свет, который может обеспечить 10 фут-кандел (100 люкс), в идеале, не беспокоя пациента.

Важность выбора интенсивности света, использования слоев света для зрительного комфорта, а также внедрения технологии циркадного освещения ясна — это лежит в основе технологии циркадного освещения. BIOS человека потратил годы на разработку, используя научные исследования данных для создавать решения, ориентированные на биологию.

(1) М. Натаниэль Мид (апрель 2008 г.), «Преимущества солнечного света: яркое пятно для здоровья человека», Environ Health Perspect. />

Наука со смартфоном: измерение освещенности с помощью Lux

Это наше второе задание, требующее использования смартфона или планшета. Пожалуйста, сообщите нам свое мнение. Электронная почта [email protected] с отзывами об использовании технологий в этой и будущей деятельности Bring Science Home.

Ключевые понятия
Физика
Свет
Измерение
Математика

Введение
Знаете ли вы, что можете использовать смартфон в качестве научного инструмента для изучения окружающего мира? Смартфоны содержат множество встроенных электронных датчиков, которые могут измерять такие явления, как звук, свет, движение и многое другое. В этом упражнении вы будете использовать датчик освещенности на телефоне или планшете для проверки яркости света от различных источников света и мест.Насколько яркая лампа для чтения в вашей гостиной по сравнению с прямым солнечным светом? Попробуйте это занятие, чтобы узнать!

Фон
Измерение вещей вокруг вас, таких как расстояние, вероятно, довольно знакомо. Единицы измерения, такие как дюймы или сантиметры, могут описывать расстояние между одной точкой и другой. Но в окружающем нас мире есть много других качеств, которые мы также можем превратить в измеримые величины. Например, знаете ли вы, что можете измерять свет? Вы можете описать уровень освещенности по отношению к другим вещам, например, «темно, как ночь» или «ярче, чем солнце», но вы, вероятно, не будете использовать число.Но так же, как вам может понадобиться линейка для измерения расстояния, вы можете использовать инструмент для измерения точных единиц света.

Свет можно измерять по-разному. Одна единица измерения называется люкс и описывает, сколько света падает на определенную площадь. (Это отличается от единицы люмен, которая говорит вам об общем количестве света, излучаемого источником света.) Количество люксов становится меньше по мере удаления от источника света. Это имеет смысл, если подумать: лампочка выглядит намного тусклее, если вы стоите на расстоянии 100 футов от нее, а не вблизи, даже если она по-прежнему излучает такое же общее количество света в люменах.Типичные уровни освещенности на открытом воздухе могут варьироваться от менее 1/1000 люкс темной ночью до более 30 000 люкс при прямом солнечном свете!

Вот тут-то и пригодится смартфон. Уже давно существуют автономные люксметры (например, для использования в фотографии), устройства с датчиком освещенности и экраном, который будет отображать уровень освещенности в люксах. Однако современные смартфоны и планшеты, как правило, содержат встроенные датчики освещенности, которые используются для автоматической регулировки яркости экрана в зависимости от уровня освещенности (например, делая экран ярче и лучше видно, если вы используете устройство под прямыми солнечными лучами, но уменьшая яркость экрана). экран в более темных условиях, чтобы он не был слишком ярким для ваших глаз).Многие телефоны могут запускать приложения, которые будут отображать показания освещенности в люксах. Чтобы узнать больше об уровне освещенности в окружающем мире, найдите смартфон или планшет и начните измерения!


Материалы

  • Смартфон или планшет с доступом в Интернет и разрешением на загрузку и установку приложения
  • Взрослый (для проверки и загрузки приложения)
  • Различные источники света (фонарик, лампа, потолочный светильник и т. д.)
  • Разные локации (темный чулан, комната с окнами, на улице и т.д.))
  • Линейка (дополнительно)


Подготовка

  • Попросите взрослого помочь вам найти приложение «люксметр» или «люксметр» на смартфоне или планшете. Доступно множество бесплатных опций (обратите внимание, что в некоторых приложениях может быть включена реклама или встроенные покупки).
  • Познакомьтесь с приложением для измерения уровня люкс. Некоторые приложения просто отображают число на экране, тогда как другие отображают счетчик или график. Некоторые также позволяют записывать данные.Убедитесь, что приложение работает: переместите телефон из темной комнаты в светлую комнату или поднесите его к лампочке (лампочки не только яркие, но и горячие, поэтому будьте осторожны), и вы увидите, что числа колеблются. .
  • Найдите датчик освещенности на своем устройстве. Обычно он находится в верхней части передней панели телефона (со стороны экрана). Вы можете сделать это, проведя кончиком пальца по поверхности телефона, когда приложение люксметра открыто. Когда ваш палец закрывает датчик освещенности, показания должны падать.Убедитесь, что вы случайно не накрыли сенсор во время выполнения упражнения.
  • Примечание. Некоторые приложения могут отображать уровни освещенности в других единицах измерения, таких как «EV», что означает «значение экспозиции» и используется в фотографии для измерения количества света, попадающего на камеру. Понятия, описанные в этом упражнении, по-прежнему применимы, и вы по-прежнему можете сравнивать различные источники света или то, как уровни освещенности изменяются в зависимости от расстояния до источника света. Однако числа, которые вы измеряете в EV, не будут такими же, как в люксах.


Процедура

  • Проверьте, как показания в люксах изменяются в зависимости от расстояния до фиксированного источника света. Например, встаньте прямо под потолочным светильником, держите телефон экраном вверх и двигайте телефон вверх и вниз. В качестве альтернативы держите телефон боком и направляйте его на торшер, когда вы подходите ближе и дальше от лампы. Как показания меняются с расстоянием?
  • Теперь сравните разные источники искусственного света на одинаковом расстоянии.Для этого можно использовать линейку или любой удобный предмет (или часть тела, например предплечье) в качестве прокладки. Точное расстояние не имеет значения, если вы держите его постоянным. Чем фонарик отличается от лампочки? А как насчет света от экрана телевизора или компьютера? Какой источник света в вашем доме самый яркий? Самое тусклое?
  • Наконец, измерьте уровень окружающего освещения в разных местах. Выключите все источники искусственного света. Как уровни освещенности снаружи соотносятся с уровнями освещенности внутри? А как насчет комнаты с закрытыми оконными переплетами по сравнению с открытыми оконными переплетами? В комнате, где вы спите ночью, а не днем? Какая комната в вашем доме получает больше всего естественного света? В какой комнате меньше всего?
  • Дополнительно: Попробуйте наклонить телефон относительно источника света и посмотрите, как изменятся показания.


Наблюдения и результаты
Вы, наверное, замечали, как резко меняется освещенность в люксах при удалении от источника света. Вы можете прочитать только несколько десятков или сотен люкс, когда вы находитесь через комнату от лампочки, но если вы поднесете свой телефон прямо к лампочке, показания могут быть в тысячах или даже десятках тысяч. Это происходит из-за математической зависимости, называемой законом обратных квадратов. Когда свет распространяется наружу от источника, количество света, попадающего на каждую область, очень быстро падает.Солнце так далеко, что может показаться удивительным, что показания в люксах под прямыми солнечными лучами такие высокие (десятки тысяч люкс). Это дает нам представление о том, насколько ярко само солнце!

Если вы попытались наклонить телефон, то могли заметить, что показания уменьшились, хотя расстояние от телефона до источника света не изменилось. Угол поверхности относительно источника света также определяет, сколько света падает на нее, потому что свет распространяется по прямой линии.Поверхность, перпендикулярная (под углом 90 градусов) световым лучам, будет собирать больше всего света. Вот почему так важно, чтобы солнечные панели были направлены прямо на Солнце, и почему полюса Земли получают меньше света (и холоднее), чем экватор.

Наличие единицы измерения и устройства для ее измерения может быть полезным для более точного определения и сравнения различных сред. Например, вы можете обнаружить, что определенный диапазон люксов наиболее удобен для чтения книги.Эти измерения можно использовать для проектирования зданий, таких как школы, чтобы обеспечить нужное количество света для различных областей и видов деятельности.

В зависимости от вашего телефона или приложения, которое вы использовали, диапазон значений, которые вы могли измерить, мог быть ограничен. Некоторые приложения, например, могут не отображать десятичные значения, что затрудняет измерение уровня освещенности ниже 1 люкс (другими словами, даже если реальное значение составляет 0,4 люкс, приложение будет отображать 0 люкс). Это наиболее распространено в очень темных местах, например, в шкафу или на улице ночью.Максимальное чтение также может быть ограничено приложением или аппаратным обеспечением телефона или планшета. Например, на улице под прямыми солнечными лучами вы можете увидеть только значение 10 000 люкс, даже если ожидали, что оно будет 30 000 люкс или более. Это полезно помнить при использовании любого измерительного прибора. Точно так же, как длина линейки не может отражать полную длину футбольного поля или кухонный термометр не может определить температуру поверхности Солнца, многие цифровые измерительные инструменты не могут обеспечить полный диапазон возможных измерений. измерения.

Еще для изучения
Понимание освещенности: что такое люкс? из All About Circuits
Закон обратных квадратов, Свет, из Гиперфизики в Университете штата Джорджия
Рекомендуемые уровни освещенности (освещенности) для открытых и закрытых помещений (pdf), от Национальной оптической астрономической обсерватории
Наука с помощью смартфона: децибеллометр, от Scientific American
Занятия STEM для детей, от Science Buddies

Это задание было предложено вам в сотрудничестве с Science Buddies

Определение яркости и силы света светодиодов

Описание характеристик освещения

Многие люди часто задаются вопросом, что означают все эти спецификации LED .Ватты, люмены, поток, длина волны, мощность свечи, кандела, милликандела — это лишь некоторые из многих терминов и единиц измерения, используемых для описания интенсивности света. Хотя фотометрия намного сложнее, чем я могу даже начать объяснять, вот лишь несколько вещей, на которые следует обратить внимание, чтобы определить яркость источника света.

При рассмотрении характеристик яркости светодиодов наиболее распространенными доступными характеристиками являются сила света (обычно измеряется в канделах или милликанделах) и угол обзора (измеряется в градусах).Яркость 1 канделы примерно равна яркости обычной свечи. Милликандела, или мкд, в 1000 раз менее яркая, чем кандела, отсюда и приставка «милли-».

1000 милликандел = 1 кандела
Поскольку свет не всегда равномерно рассеивается, очень важен угол обзора источника света. Выход света определяется местоположением смотрящего, поэтому, если вы хотите, чтобы один источник света освещал всю комнату, убедитесь, что угол обзора достаточно широк, чтобы обеспечить такой свет.
Это тоже дело объектива; рассеивающие линзы обеспечивают более широкий угол обзора, чем прозрачные линзы, но компромисс заключается в том, что рассеивающие линзы могут сделать светодиод более тусклым, чем обычно. Одна свеча – основа силы света

Светодиод с рассеивающей линзой
Светодиод с прозрачной линзой
Мощность лампы накаливания или светодиодной лампы показывает, сколько энергии будет потреблять эта конкретная лампа, а не обязательно выходную мощность лампы.Вот как меньшая номинальная мощность светодиодной лампы может дать более высокий световой поток, чем у ламп накаливания; Светодиоды экономят больше энергии, а также ярче.

Еще одна характеристика, на которую следует обратить внимание, — это световой поток или мощность света, которую можно определить, если известны сила света и угол обзора. Световой поток — это мощность света, воспринимаемая человеческим глазом по отношению к длине волны излучаемого света, и обычно измеряется в люменах.

Примечание. Не вдаваясь в математику, угол обзора в градусах преобразуется в стерадиан, а затем умножается на канделы для получения люменов.

Вот полезный сайт, который позволяет легко конвертировать канделы в люмены.

Как видите, угол обзора сильно влияет на световой поток. Светодиод с 5000 мкд и углом обзора 60° примерно в 4 раза мощнее светодиода с углом обзора всего 30°.

Длины волн не обязательно предоставляют много информации о яркости источника света, а скорее о цвете источника света, а также об оттенке этого конкретного цвета.Учитывая, что некоторые цвета ярче других, длина волны является еще одной спецификацией, которую необходимо учитывать.


Таблица спектра видимого света

Общие единицы измерения яркости света
Блок Перевод
Кандела Яркость обычной свечи
Милликандела 1/1000 канделы
Люмен 1 кандела • стерадиан
Люкс 1 люмен/квадратный метр
Фут-свеча 1 люмен/кв. фут

Дополнительные советы и рекомендации по электронике от наших дизайнеров

Шкала яркости

люмен | Освещение 101

Что такое

люмен?

Что такое люмены?

Люмен — это единица светового потока в Международной системе единиц, равная количеству света, излучаемого через телесный угол источником с силой света в одну канделу, излучающей одинаково во всех направлениях.

Другими словами, люмены — это мера светоотдачи или яркости. Ватт измеряет количество используемой энергии, тогда как люмены измеряют количество производимого света. Чем больше люменов в лампочке, тем ярче свет.

В прошлом вы могли угадать, насколько ярким был свет, основываясь на ваттах лампы накаливания, но со светодиодным освещением это становится все труднее и труднее. Шкала яркости люмена теперь является важным инструментом при выборе лампы.


Люмен = яркость


 

ПЕРЕСЧЕТ ЛЮМЕНОВ В ВАТТ:

С новыми энергосберегающими светодиодными лампами мы больше не можем полагаться на мощность в ваттах, чтобы определить, насколько яркая лампочка. Если вам нужна дополнительная помощь, чтобы определить люмены по шкале яркости, вот таблица преобразования, показывающая, как преобразовать ватты в яркость.

Ознакомьтесь с бесплатным онлайн-руководством по конвертации:  Конвертировать люмены в ватты 

Возможно, вы уже знаете о различных типах света, которые необходимо наслаивать для правильного освещения комнаты, но мы здесь не для того, чтобы говорить об окружающем, акцентном и рабочем освещении! Вы можете узнать о них в нашем руководстве по освещению для новых домовладельцев.

Когда вы пытаетесь вычислить соответствующие люмены по шкале яркости для ваших лампочек, это совсем другое дело.Для того, чтобы решить, сколько люмен нужно для освещения комнаты, следует учитывать общее правило, которым пользуются дизайнеры и архитекторы:

Для спален и гостиных требуется около 10-20 люмен на квадратный фут, а для кухонь и ванных комнат требуется около 70-80 люмен на квадратный фут. Например, для спальни площадью 100 квадратных футов потребуется около 1000 люменов, распределенных между всеми лампочками в помещении. Однако для ванной комнаты площадью 100 квадратных футов потребуется всего 7000 люмен, распределенных между всеми лампочками.

Ознакомьтесь с нашими советами по освещению для каждой комнаты

 

Кельвины

ЦВЕТОВАЯ ТЕМПЕРАТУРА

Помимо определения люменов по шкале яркости, вы также хотите определить цвет вашей лампочки.Как правило, чем выше градусы Кельвина, тем белее цветовая температура лампы. Хотя более белые огни будут казаться «ярче», чем при более низких показаниях Кельвина, количество люменов на шкале яркости не изменится, и истинная яркость не изменится.

Узнайте о Кельвинах и цветовой температуре в этом видео

ВИДЕЛ В РЕАЛЬНОЙ ЖИЗНИ

Теплый свет создаст уютную атмосферу в вашем помещении.Напротив, холодный или белый свет придаст комнате свежий и резкий вид. Какой тип пространства требует какого света? Мы рекомендуем, чтобы в ванных комнатах и ​​на кухнях было более прохладное освещение, чтобы вы могли точно видеть, что делаете. Спальни и гостиные могут стать немного теплее, чтобы создать более расслабляющее пространство.

 

ОСВЕЩЕНИЕ

ЧТО В КОРОБКЕ?

Не все лампочки одинаковы.Лампа накаливания — это гораздо больше, чем описание 40 или 60 ватт освещения. Вот почему упаковка полна полезной информации, которая поможет вам выбрать лучшую лампочку для ваших нужд. Он даже включает напряжение, стоимость энергии и количество люменов по шкале яркости, поэтому вы точно знаете, что получаете.

Посмотрите на приведенный ниже образец упаковки нашей лампочки и схему различных частей одной из наших лампочек.

Понимание упаковки вашей лампы

 
1. Изображение лампочки внутри коробки.
2.  Наименование и тип лампы.
3.  Ватт освещения – это количество энергии, потребляемой лампочкой.
4. Напряжение — это сила, которая проталкивает Электрический ток через проводник.
5.  Воздействие как на окружающую среду, так и на кошелек. Чем эффективнее, тем больше вы экономите.
6. Тонировка стекла лампочки. Оттенки могут влиять на цветовую температуру излучаемого света.
7.  Формы и основания могут отличаться от вашего источника питания.
8.  Совместима ли лампочка с диммерами.
9.  Световой поток или яркость, излучаемая лампочкой. Здесь вы найдете люмены.
10. Ориентировочная годовая стоимость лампочки при использовании лампочки 3 часа в день.
11.  Срок службы лампочки при использовании 3 часа в день.
12.  Ватт — это единица измерения количества энергии, потребляемой лампочкой.
13.  Внешний вид света и измерения Кельвина.

 

ЛАМПЫ С ЗАГРУЗКОЙ

Лампы с регулируемой яркостью помогут расширить возможности освещения в вашем помещении.Иногда вы хотите, чтобы ваша гостиная излучала шикарную уютную атмосферу, но в других случаях вам нужно обеспечить хорошо освещенное место для званых обедов и других крупных мероприятий. Диммер позволит вам мгновенно изменить атмосферу в комнате. Наши светильники AiO совместимы с диммерами!

Когда вы затемняете лампочку, она снижает мощность, уменьшает температуру Кельвина (до красного/оранжевого оттенка) и уменьшает люмены по шкале яркости. Изменение всех трех элементов лампочки существенно изменит ауру в вашем пространстве.

ЛАМПОЧКА-ВДОХНОВЕНИЕ

ТАК НАШИ ИНСТАГРАМНЫЕ ДРУЗЬЯ ОСВЕЩАЮТ СВОИ КОМНАТЫ.
ВАТТ ИХ СЕКРЕТ?
]]>

Как измеряется яркость огней безопасности

Понимание измерений (единиц) яркости

На вопрос, насколько «ярок» свет, ответ довольно субъективен. Вы можете подумать, что атриум кинотеатра яркий, пока вы не выйдете на улицу на солнечный свет.Возьмем, к примеру, освещение в вашем доме: если и кухня, и ванная комната идеально освещены, и каждая из них освещена одной лампочкой, они одинаково яркие? Как насчет фонарика по сравнению с лазерной указкой? Хотя яркость трудно определить количественно, существуют определенные единицы измерения, которые помогают нам точно и объективно учитывать количество света, излучаемого источником. Тремя наиболее распространенными единицами измерения являются люмены, кандела и сила свечи. В этой статье мы дадим определение каждому термину и обсудим их связь друг с другом.

Люмен
Люмен (л) — это единица измерения СИ, которая представляет собой общее количество видимого света, излучаемого источником. Он учитывает интенсивность света (кандела) по отношению к пространству, которое он заполняет. Проще говоря, чем выше значение люмена источника света, тем большую площадь он будет освещать. Люмены полезны при сравнении источников света для обеспечения общей видимости или для освещения определенной области.

Кандела
Кандела (кд) относится к интенсивности одного луча света в определенном направлении.В отличие от люмена, который измеряет, сколько света освещается источником света, кандела измеряет, насколько далеко можно увидеть этот свет. Значения канделы особенно полезны при покупке продуктов сфокусированного света, таких как потолочные светильники, прожекторы, сигнальные лампы и маяки. Значениями канделы можно управлять, фокусируя весь световой поток в концентрированной области, например, в прожекторах, или распределяя его по большей площади, например, в софтбоксах для фотографий. Однако простое блокирование или затемнение части источника света не изменит значение канделы.

Сила свечи
Сила свечи (cp) — устаревшая единица измерения силы света (яркости). Одна сила свечи измеряла интенсивность или яркость, излучаемую светом, по сравнению с одной стандартной свечой. Сила свечи была заменена почти эквивалентной единицей СИ, канделой, в 1948 году. Сегодня сила свечи и кандела используются как синонимы, поскольку 1 сила свечи эквивалентна 0,981 канделы.

Люмен против Кандела
Технически 1 кандела равна 12.57 люмен, но использование этого сравнения по номинальной стоимости может ввести в заблуждение. Хотя и люмены, и кандела используются для количественной оценки яркости, на самом деле эти единицы измеряют два разных аспекта силы света. Люмены измеряют общий световой поток, а кандела измеряет интенсивность света в одном направлении. При покупке аварийной лампы или сигнала важно понимать, какой блок наиболее подходит для вашего приложения. Например, если вы хотите, чтобы свет распространялся по большой площади или эффективно освещал пространство вокруг него, обратите внимание на люмены.С другой стороны, если вы хотите, чтобы ваш свет был виден издалека или проецировался в концентрированной области, вы, скорее всего, захотите обратить внимание на значение света в канделах. Стандартная лампа накаливания может иметь высокий показатель в люменах, но небольшое значение в канделах, и, наоборот, прожектор будет иметь низкое значение в люменах и высокое значение в канделах.

Candela и Candlepower
Candlepower и Candela в настоящее время используются как синонимы. Сила свечи была стандартом, используемым, когда свечи были основным источником света.Однако по мере развития технологий инженеры пришли к выводу, что международное подразделение Candela стало более полезным в их работе.

Опубликовано в категории: Разное

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *