DZEŃ I POMIARY FOTOMETRYCZNE W TECHNICE ŚWIETLNEJ WYKŁAD 9. Prowadzący: dr inż. Piotr Tomczuk p.220 tel ZAKRES WYKŁADU

Transkrypt

1 DIAGNOSTYKA URZĄDZE DZEŃ I POMIARY FOTOMETRYCZNE W TECHNICE ŚWIETLNEJ WYKŁAD 9 Prowadzący: dr inż. Piotr Tomczuk p.220 tel ZAKRES WYKŁADU Wielkości świetlne Układy pomiarowe Odbiorniki fotoelektryczne Przyrządy pomiarowe Pomiary natężenia oświetlenia, światłości, luminancji i chromatyczności Badania dopuszczalnych spadków napięcia Diagnostyka stanowiskowa projektorów i lamp sygnałowych 2

2 Definicje wielkości świetlnych Natężenie oświetlenia NATĘŻENIE OŚWIETLENIA - E [ lx ] jest określone w danym punkcie powierzchni. Jest to stosunek strumienia świetlnego dφ padającego na elementarną powierzchnię da zawierającą dany punkt do wartości tej elementarnej powierzchni. Jest to więc powierzchniowa gęstość strumienia padającego na daną powierzchnię Definicje wielkości świetlnych dφ E = = da L cos Θdω 2π

3 Definicje wielkości świetlnych Natężenie oświetlenia możemy wyrazić następującym wzorem: dφ Idω IdAcosα I E = = = = 2 da da dar r 2 cosα Zależność ta zwana inaczej prawem odwrotności kwadratu odległości wykorzystywana jest w technice świetlnej. Przekształcenie polega na założeniu, że odległość r pomiędzy źródłem światła a punktem oświetlającym będzie na tyle duża, że można pominąć wymiary ciała świecącego. Definicje wielkości świetlnych Światłość ŚWIATŁOŚĆ - I [ cd ] jest wielkością określoną dla kierunku przestrzeni. Jest to iloraz strumienia świetlnego dφ wysłanego przez punktowe źródło światła lub element powierzchni nie punktowego źródła światła w nieskończenie małym kącie przestrzennym obejmującym dany kierunek, do kąta bryłowego dω tego stożka. I = dφ lim r dω = lim r 2 ( Er )

4 Definicje wielkości świetlnych Strumień świetlny STRUMIEŃŚWIETLNY - φ - [ lm ] jest to wielkość wyprowadzona od strumienia energetycznego φ e, przez ocenę promieniowania za pomocą odbiornika, którego względna czułość odpowiada czułości widmowej oka przystosowanego do jasności. φ = 780 K m φ e ( λ ) V 380 λ λ dλ K m fotometryczny równoważnik promieniowania. Definicje wielkości świetlnych Luminancja LUMINANCJA - L - [ cd/m 2 ] jest wielkością określaną w danym punkcie przestrzeni i w danym kierunku. Jest stosunkiem ilorazuświatłości w danym kierunku elementarnego pola powierzchni da otaczającego dany punkt P do pozornego pola powierzchni z obserwowanego kierunku. L = dj dacosε

5 Pomiary w technice świetlnej W obecnej dobie rozwoju nauki i techniki zachodzi potrzeba pomiaru wielkości istniejących w technice świetlnej. Pomiary fotometryczne są jedną z dynamiczniej rozwijających się dziedzin techniki pomiarowej w XXw. Czynniki które muszą być brane pod uwagę w trakcie wykonywania pomiarów mają istotny wpływ na wynik pomiaru. Możemy do nich zaliczyć zarówno aspekty techniczne tj. mierniki, układy pomiarowe czy przetwarzanie sygnału, jak i odczucia subiektywne obserwatora, warunki środowiska, lub otoczenia. Dziedzina jaka powstała w wyniku potrzeby wykonywania tego typu pomiarów nosi nazwę Fotometrii. W początkach rozwoju świetlnej techniki, pomiary wykonywane były w sposób subiektywny. Obserwator na podstawie własnego wrażenia wzrokowego oceniał wartość mierzoną. Obecnie pomiary wykonuje się z reguły metodą porównawczą: tzn. porównuje się wartość mierzoną z wzorcem wielkości świetlnych. Pomiary przeprowadza się prawie zawsze w sposób obiektywny. Eliminuje on czynnik ludzki wprowadzając jednocześnie możliwość szybkiego zautomatyzowanego pomiaru. Odbiorniki światła a stosowane w fotometrii Jako odbiorniki promieniowania świetlnego stosuje się w fotometrii: dawniej - komórki fotoelektryczne próżniowe i gazowane (o emisji zewnętrznej), krotniki fotoelektryczne, obecnie - ogniwa fotoelektryczne selenowe, germanowe, krzemowe (ogniwa o warstwie zaporowej p - n ), fotorezystory, fotodiody, fototranzystory. Najczęściej stosowanym odbiornikiem jest ogniwo fotoelektryczne selenowe, którego krzywa względnej skuteczności świetlnej promieniowań monochromatycznych (tzw. krzywa czułości widmowej) ma przebieg podobny do przebiegu krzywej czułości oka obserwatora normalnego. Bardziej dokładne dopasowanie tych dwóch krzywych można uzyskać stosując filtry korekcyjne umieszczane przed światłoczułą powierzchnią ogniwa (rysunek poniżej).

6 Charakterystyki ogniw Ogniwo selenowe cechuje się prawie liniową zależnością I f = f (E) prądu fotoelektrycznego od natężenia oświetlenia szczególnie przy małych rezystancjach obciążenia. W ogniwach fotoelektrycznych występuje zjawisko zmęczenia. Ogniwo uprzednio nie naświetlone wystawione na działanie światła o stałym natężeniu wykazuje w ciągu pierwszych kilku minut spadek prądu fotoelektrycznego rzędu kilku do kilkunastu procent. Spadek ten jest tym większy, im większe jest natężenie oświetlenia na powierzchni ogniwa; zależy on przy tym od długości fali promieniowania. W długofalowej części widma (powyżej 650 nm) zjawisko zmęczenia występuje silniej niż w częściach pozostałych. W celu otrzymania poprawnych wyników pomiaru stosuje się zwykle przed pomiarem kilkunastominutowe naświetlenie powierzchni światłoczułej ogniwa przy natężeniu oświetlenia stosowanym przy pomiarach lub nieco większym (dojrzewanie ogniwa). Ogniwa fotoelektryczne są wrażliwe na zmiany temperatury. Przy stałym natężeniu oświetlenia prąd fotoelektryczny zmienia się wraz z temperaturą ogniwa. Zmiany te, różne w różnych typach ogniw i przy różnej technologii ich wykonania, zawierają sięśrednio w granicach ± l, 5% na 1 C. Są one przy tym różne w różnych częściach widma, a mianowicie większe w obszarze czerwonym, gdzie przy wzroście temperatury występuje zwiększenie czułości ogniwa. Ogniwa selenowe wykazują w obszarze temperatur ok. 15 C płaskie maksimum krzywej prądu w zależności od temperatury. Zmiany prądu foto elektrycznego w zależności od temperatury są tym mniejsze, im mniejsza jest oporność zewnętrzna obwodu ogniwa.

7 Przy pomiarach ogniwem fotoelektrycznym należy zwracać uwagę na stałość temperatury ogniwa, która nawet przy stałej temperaturze otoczenia w pracowni może zmieniać się na skutek napromienienia, zwłaszcza długofalową częścią widma (podczerwienią). Poszczególne elementy powierzchni światłoczułej ogniwa wykazują różnice czułości. Ten sam strumieńświetlny padający na różne miejsca powierzchni światłoczułej lub na większą albo mniejszą część powierzchni ogniwa może na skutek tej niejednakowej czułości wytwarzać niejednakowy prąd fotoelektryczny. Dlatego też przy pomiarach należy dążyć do tego, aby badany strumień świetlny padał równomiernie na całą powierzchnięświatłoczułą ogniwa. Wadą fotoogniw jest zjawisko starzenia warstwy p-n w wyniku którego zmniejsza się czułość wraz z upływem czasu. Inne odbiorniki fotoelektryczne W technice pomiarowej istnieją także inne odbiorniki fotoelektryczne. Nie wytwarzają one siły elektromotorycznej pod wpływem oświetlenia, natomiast dokonuje się w nich zmiana stanu parametrów np.: rezystancji. Zaliczane są do grupy elementów pasywnych, do pracy których potrzebne jest zewnętrzne źródło zasilania. Do grupy tej zaliczamy fotorezystory, fotodiody i fototranzystory.

8 Pomiary wielkości fotoelektrycznych Pomiar natężenia oświetlenia Pomiar światłości Pomiar strumienia świetlnego Pomiar luminancji Pomiary spektrofotometryczne Pomiar natn atężenia oświetlenia Natężenie oświetlenia można mierzyć za pomocą mierników zwanych luksomierzami, subiektywnymi lub obiektywnymi. Metoda pomiaru obiektywnego jest obecnie stosowana powszechnie ze względu na swoją prostotę. Natężenie oświetlenia jest mierzone w układzie fotoogniwa, którego prąd jest proporcjonalny do wartości natężenia oświetlenia. Najbardziej popularne rozwiązanie układu luksomierza, to dwie połączone ze sobą elektrycznie, oddzielne części: odbiornik fotoelektryczny i układ pomiarowy za pomocą dostatecznie długiego przewodu, aby obserwator odczytujący wskazania nie zasłaniał ogniwa. Miernik prądu fotoelektrycznego jest zwykle skalowany w luksach.

9 Luksomierze, przystosowane do klasycznych pomiarów natężenia oświetlenia, mają fotoogniwo skonstruowane w postaci płaskiej, zwykle okrągłej płytki, o średnicy rzędu kilku centymetrów. Od strony padania światła fotoogniwo jest zwykle pokryte kilkoma warstwami filtrów korygujących czułość widmową oraz kopułką korygującą zasłaniający wpływ pierścienia zbierającego fotoogniwa. Błędy pomiarowe : Złe wypoziomowanie odbiornika fotoelektrycznego Niewłaściwe oświetlenie elementu fotoczułego np.: zasłanianie przez pierścień zbierający (szczególnie ważne przy dużych kątach pomiaru) lub osoby wykonującej pomiar, Wpływ światła odbitego od przeszkód lub mierzącego na pomiar (ważne przy niskich poziomach oświetlenia).

10 Fotometr S 1000 firmy niemieckiej LMT - Zakres pomiarowy od 0,00001 lx do lx - Wyjście cyfrowe i analogowe - Przesył sygnału pomiędzy głowicą pomiarową a fotometrem do 100 m - Wyrażenie wskazania w kandelach Mierniki natężenia oświetlenia

11 Pomiar światłości Jak wynika z definicjiświatłości, pomiar tej wielkości w przypadkuźródełświatła o wymiarach skończonych (nie punktowych) powinien być przeprowadzany z bardzo wielkiej odległości. W przeciwnym przypadku otrzymuje się z pomiaru wartości mniejsze niż rzeczywiste i to tym mniejsze, im mniejsza jest odległość badanegoźródła światła od urządzenia pomiarowego (fotometru). W praktyce ograniczamy się do odległości fotometrowania r równej 5-ciokrotnemu największemu wymiarowi badanego źródłaświatła. Pomiaruświatłości dokonuje się przez porównanie ze wzorcem światłości opierając się na prawie odwrotności kwadratów odległości E = I 2 r skąd otrzymujemy wyrażenie: I = Er 2 Pomiaruświatłości dokonujemy w celu otrzymania: światłości w danym interesującym nas kierunku, bryły fotomerycznej danegoźródłaświatła bądź oprawy oświetleniowej, Pomiarświatłości kierunkowej wykonuje się na ławie fotometrycznej, której konstrukcja musi zapewnić możliwość precyzyjnego położenia geometrycznego źródła, odbiornika fotoelektrycznego, możliwości przemieszczania poziomego i pionowego tych urządzeń z pełną kontrolą wzajemnego położenia

12 Pomiar wymaga użycia wzorcaświatłości kierunkowej I w. Każde laboratorium fotometryczne powinno być wyposażone w kilka takich wzorców, gwarantujących możliwość uzyskiwania różnych wartościświatłości wzorcowej. Światłość wzorca musi być przyporządkowana określonemu kierunkowi w stosunku do konstrukcjiźródła i najczęściej jest to największa światłość, jaką charakteryzuje sięźródło. Ułatwia to precyzję ustawienia geo-metrycznegoźródła wzorcowego, które można kontrolować za pomocą wskazania odbiornika fotoelektrycznego. W pierwszej serii pomiaru, źródłem oświetlającym fotoogniwo jest żarówka wzorcoważ w. Wskazanie miernika przyłączonego do fotoogniwa będzie odpowiadało natężeniu oświetlenia: E = I l w 2 x E = I Jeżeli źródło wzorcowe będzie zastąpione źródłem badanym Ż x to można, poprzez dobranie odległości l x, doprowadzić do tego, aby wskazanie miernika było identyczne jak w źródle wzorcowym: x x = E otrzymamy zależność określająca mierzoną w 2 l światłość kierunkową I x x I x = I w l l x w 2 Określenie bryły fotometrycznej, źródełświatła bądź opraw oświetleniowych. Bryła fotometryczna oprawy czyźródła jest wyznaczana na potrzeby ogólnej charakterystyki fotometrycznej, na potrzeby oceny charakteru rozsyłuświatłości, obliczenia sprawności i poziomów oświetlenia wybranych rejonów przestrzeni. Jest określona na podstawie wielu pomiarówświatłości w różnych kierunkach (najczęściej wykonuje się pomiary kilku krzywych światłości). Dokładność określenia kierunku i wartościświatłości nie jest tu problemem nadrzędnym. Te spostrzeżenia dotyczą brył fotometrycznych opraw przeznaczenia ogólnego. Zadanie pomiaruświatłości w wielu różnych kierunkach przestrzeni można zrealizować dwojako: przemieszczając odbiornik fotoelektryczny ze stałym zamocowaniemźródła lub oprawy badanej, pozostawiając nieruchomy odbiornik fotoelektryczny, lecz dokonując obrotów oprawą oświetleniową w specjalnym urządzeniu.

13 Urządzeniem służącym do pomiaru bryły fotometrycznej oprawy, wykorzystującym ruchomy odbiornik, jest fotometr ramienny. Jego podstawową zaletą, w stosunku do drugiego sposobu pomiaru, jest większa precyzja określenia kierunku. Wadą jest potrzeba dysponowania bardzo dużym pomieszczeniem laboratoryjnym, gdyż uwzględniając wymóg odpowiedniej odległości ogniwa od źródłaświatła w różnych kierunkach przestrzeni, trzeba zapewnić dostate-cznie dużo przestrzeni na przemieszczenie ogniwa. Wady tej jest pozbawiona metoda, w której korzysta się z goniometru, gdyż dzięki możliwościom odpowiednich obrotów w dwóch wzajemnie prostopadłych płaszczyznach można badaneźródło ustawić dowolnie w sto-sunku do odbiornika fotoelektrycznego. Ta zaleta nabiera szczególnej wagi w odniesieniu do projektorów, dla których po uwzględnieniu konieczności pomiarów z odległości większej niż graniczna odległość fotometrowania -pomiary oparte na fotometrii byłyby niemożliwe. W praktyce pomiary z użyciem fotometru są wykonywane w jednej płaszczyźnie zmiany kierunków. Pomiary w innych płaszczyznach są możliwe po obrocie źródłaświatła o żądany kąt. Fotometr ramienny do wyznaczania krzywych światłości

14 Goniometr Ramienny Goniometr ramienny do badania diod LED

15 Goniometr do badania małych lamp Goniometr Lustrzany

16 Goniometr swobodny Pomiary z użyciem goniometru są realizowane w jednym z dwóch przedstawionych na rysunku układów zmiany kątów.

17 W celu wykonania pomiarów fotometrycznych samochodowych projektorów oświetleniowych korzysta się ze zmodyfikowanej zasady opartej na fotometrze. Projektor pozostaje nieruchomy, odbiornik fotometryczny natomiast przemieszcza się po ekranie fotometrycznym, ustawionym w dostatecznie dużej odległości. Wybrany kierunek przestrzeni odpowiada (w tych warunkach) określonemu punktowi na ekranie fotometrycznym. Jeżeli pomiary bryły fotometrycznej są dokonywane z użyciem układu luksomierza jako odbiornika, to określenie światłości w dowolnym kierunku odbywa się zgodnie z prawem odwrotności kwadratu odległości. Ponieważ pomiary odbywają się przy stałej odległości odbiornika od źródła, bryła fotometryczna światłości jest geometrycznie podobna do bryły natężeń oświetlenia. Gdy do pomiarów używa się układu nie wyskalowanego odbiornika fotoelektrycznego, wartość światłości Iα jest wtedy obliczana z zależności: gdzie: k1 stała goniometru, wskazanie miernika, k stała układu pomiarowego, r długość ramienia fotometru ( odległość źródła od odbiornika). Przykład goniometru firmy LMT wraz z systemem sterowania i głowicą pomiarową

18 Goniometr Alfa-Beta Spectrocolor Pomiar strumienia świetlnego Pomiar strumienia świetlnego ma charakter porównawczy. Wykonywany jest w urządzeniu zwanym lumenomierzem, nazwanym od nazwiska pomysłodawcy, kulą Ulbrichta Budowa lumenomierza sferycznego do pomiaru strumienia świetlnego

19 Wnętrze kuli jest pokryte farbą o nieselektywnym odbiciu, charakteryzującym się od strony geometrycznej rozpraszaniem zbliżonym możliwie do idealnego ( Lambertowskiego) Natężenie oświetlenia na dowolnym elemencie ds powierzchni wewnętrz-nej, nie uwzględniając zasłaniania przez przesłonę P, wynosi: E = E b + E p = E b + s Eds a po odpowiednich przekształceniach: E = E b Φ 0 + 4πR 2 ρ 1 ρ gdzie: E b - natężenie oświetlenia pochodzące od bezpośredniego oświetlenia przezźródło, E p - natężenie oświetlenia pochodzące od doświetlającego działania wnętrza kuli, S - powierzchnia kuli, Φ 0 - strumieńświetlnyźródłaświatła, R - promień kuli, Ρ - współczynnik odbicia pokrycia kuli. Drugi człon wzoru jest proporcjonalny do strumieniaświetlnego, jeżeli zatem wprowadzi się przesłonę i wyeliminuje oświetlenie bezpośrednie elementu powierzchni, gdzie umieszczono odbiornik fotoelektryczny, to natężenie oświetlenia na tym odbiorniku będzie proporcjonalne do strumieniaświetlnego. Wyrażenie 1 k = 4πR 2 ρ 1 ρ nazywane jest stałą lumenomierza Gdyby zagwarantować stałość właściwości odbiciowych farby pokrywającej wnętrze lumenomierza, wtedy pomiary mogłyby odbywać się bezpośrednio przez pomiar natężenia oświetlenia. Ze względu na starzenie się farby, zakurzenie oraz konieczność wzorowania luksomierza, w praktyce dokładne pomiary opierają się na znanej zasadzie porównywania wskazań miernika podczas kolejnego umieszczeniaźródła badanego i wzorcowego. Prąd fotoelektryczny odpowiadający strumieniowiświetlnemuźródła badanego wynosi: I = fz k z Φ z Dla źródła wzorcowego prąd elektryczny opisuje wzór: I = fw k w Φ w

20 Dzieląc powyższe stronami wzory uzyska się wyrażenie określające wartość mierzonego strumieniaświetlnego: Φ x = Φ w I I fx fw k k w x gdzie: Φ x,φ w - strumienieświetlneźródła badanego i wzorcowego, I fx, I fw - prądy fotoelektryczne odpowiadające oświetleniu wnętrza lumenomierzaźródłem badanym i wzorcowym, k x, k wx - współczynnik proporcjonalności między natężeniem oświetlenia a prądem fotoelektrycznym dlaźródła badanego i wzorcowego. Jeżeliźródło wzorcowe zostanie tak dobrane, że odpowiadający mu strumieńświetlny będzie zbliżony do strumieniaźródła badanego, to współczynniki proporcjonalności mogą zostać zredukowane. Wzór do obliczania strumieniaświetlnego, zgodnie z pomiarem wykonanym lumenomierzem, ujmuje dodatkowo wpływ pochłaniającego strumień, działania bądź oprawy, bądźźródła badanego i wzorcowego. Wyeliminować go można wprowadzającżarówkę pomocnicząż p. która zaświecona kolejno raz w obecności źródła wzorcowego, drugi raz badanego, wywoła prądy fotoogniwa I Żpw oraz I Żpx Φ x = Φ w I I fx fw I I Żpw Żpx Przykład kuli Ulbrichta

21 Pomiar luminancji Zasada pomiaru luminancji opiera się na zagwarantowaniu stałości kąta przestrzennego, wewnątrz którego jest wysyłany strumień oświetlający fotoogniwo (odbiornik fotoelektryczny). Jest realizowane to za pomocą urządzenia zwanego miernikiem luminancji. Idea metody pomiarowej opiera się na wyodrębnieniu z całej półprzestrzeni, którą dostrzega odbiornik fotoelektryczny, wąskiego kąta przestrzennego. Rysunek zamieszczony poniżej przedstawia zasadę działania miernika luminancji: P 1 P 4 przesłony, OF odbiornik fotoelektryczny, d średnica otworu wejściowego strumienia, d o średnica odbiornika, D średnica pola pomiarowego, a stała wynikająca z konstrukcji miernika, r odległość obiektu pomiaru od miernika, ω kąt bryłowy widzenia pola pomiarowego Niezależnie od odległości obiektu (ekranu), którego luminancję należy zmierzyć, kąt przestrzenny widzenia obiektu jest stały i wymuszony przez długość tubusa miernika luminancji i średnicęświatłoczułej powierzchni fotoogniwa oraz otworu wejściowegoświatła. Promienie które nie mieszczą się w stożku o rozwartościω, po wniknięciu do lumenomierza, są pochłonię-te przez wysoko absorbujący materiał pokrycia wnętrza i system przesłon. Prąd fotoelektryczny zmierzony w obwodzie odbiornika promieniowania można przedstawić zgodnie z następującym wzorem: I f 1 = ke = k 2 r πd l = k 4 2 r 2 Ponieważ więc D = r d a I f πd = Lk 4a 2 2

22 Prąd fotoelektryczny nie zależy od odległości r tylko od luminancji obiektu oraz stałych układu pomiarowego. Podobnie jak podczas innych pomiarów fotoelektrycznych, gdyby zagwarantować niezmienność właściwości ogniwa (stałość charakterystyki), to miernik luminancji można by raz wywzorcować i używać do pomiarów, bez konieczności weryfikacji poprawności wskazań. W rzeczywistości pomiary luminancji opierają się na porównywaniu ze wzorcem. Może to być wzorzec zewnętrzny, niezależny od konstrukcji miernika. Znając natężenie oświetlenia na płytce, luminancję określa się jako: L w = ρe π Wykonując raz pomiary luminancji wzorcowej, drugim razem natomiast obiektu badanego, uzyskuje się dwa prądy fotoelektryczne I fx i I fw, a luminancję oblicza się jako: L = L I fx w I fw W nowszych miernikach luminancji wzorzec tej wielkości jest wbudowany w układ miernika. Przed rozpoczęciem pomiarów dokonuje się wzorcowania (kalibracji) miernika. Odbywa się to w ten sposób, że przy zaświeceniu wzorca luminancji, reguluje się wzmocnieniem układu do chwili, gdy wartość wskazywana przez miernik będzie równa wartości wzorcowej. Profesjonalne mierniki luminancji stanowią skomplikowaną konstrukcję optycznoelektryczną, w której poprzez zastosowanie systemu odpowiednio dobranych zwierciadeł wydłużono drogę promieni wewnątrz miernika, a tym samym zmniejszono kąt przestrzenny. Działanie takie prowadzi do ulepszenia miernika, gdyż luminancja jest wielkością charakteryzującą nieskończenie mały element powierzchni ds. Dobre mierniki luminancji charakteryzuje bardzo mały kąt widzenia obiektów. Są to wielkości rzędu kilku minut, a nawet rzędu ułamków minuty. Oprócz tego istnienie wewnętrznego wzorca luminancji wymaga bardzo dobrze stabilizowanegoźródła zasilania, gdyż zmiana napięcia wpływa na zmianę luminancji tak silnie, jak na zmianę strumieniaświetlnego, czyli w przybliżeniu w 4 potędze. Obwód fotoogniwa, do którego dociera podczas pomiarów luminancji niewielki strumień świetlny, wymaga odpowiednio dobrego wzmocnienia. W związku z małymi wartościami prądu fotoogniwa, przewody doprowadzające muszą być dobrze ekranowane. Wszystkie wymienione powody sprawiają, że nowoczesne mierniki luminancji są bardzo drogimi urządzeniami, niemniej jednak, trudno wyobrazić sobie pracę w laboratorium fotometrycznym, w którym nie ma miernika luminancji

23 Mierniki do pomiaru luminancji Pomiary spektrofotometryczne Pomiary barwy mają bardzo szerokie zastosowanie w życiu. Wiele dziedzin, między innymi technika i medycyna, korzysta z pomiarów chromatyczności. Okazuje się, że na podstawie oceny barwy można wnioskować na temat właściwości fizykochemicznych różnych ciał. W ten sposób można oceniać jakość wina, olejów czy stanu zdrowia, jako funkcji barwy płynów ustrojowych. Pomiary barwy są również nieodzowne w technice świetlnej, gdyż zgodnie z wcześniejszą uwagą, barwa sygnału jest jedną z cech umożliwiających odrobienie sygnału. Na pomiary barw należy spojrzeć w dwojaki sopsób: wymaganej dokładności pomiaru, metody precyzyjne - spektrofotometryczne i metody szybkie - kolorymetryczne. czas przeznaczony na wykonanie pomiarów - rozwoju technicznego układów i metod pomiarowych.

24 Metody spektrofotometryczne Podstawową cechą odróżniającą pomiary spektrofotometryczne od kolory-metrycznych jest monochromatyzacja wiązkiświetlnej, której barwa jest mierzona. Zatem stałym elementem układu pomiarów spektrofotometrycznych jest element optyczny, dzięki któremu następuje rozszczepienieświatła. Jest to zazwyczaj pryzmat. Rzeczywista budowa jest zwykle dość skomplikowana, zawiera precyzyjne układy optyczne zwierciadeł, soczewek, przesłon, których zadania są dość złożone. Oprócz samego rozszczepienia są bowiem wymagane odpowiednie skupienia wiązek na przesłonach, niekiedy zagwarantowanie równoległości biegu promieni. Przykład układu pomiarowego realizującego spektrofotometryczne pomiary barwy jest pokazany schematycznie, w dużym uproszczeniu, na rysunku: Światło padając na szczelinę wejściową S we, przedostaje się do wnętrza monochromatora w postaci wąskiej, równoległej wiązki, która jest tak skierowana, aby natrafić na płaszczyznę łamiącą pryzmatu P, Po rozszczepieniu, na skutek niejednakowego załamywania różnych długości fal, wiązka opuszcza pryzmat już nie jako równoległa, lecz jako rozbieżna. Zatem na szczelinę wyjściową S wy pada wycinek widma promieniowania o długości fali zależnej od kąta obrotu pryzmatu. Na zewnątrz monochromatora wychodzi promieniowanie prawie monochromatyczne, gdyż skończona szerokość szczeliny wyjściowej obejmuje wycinek widma. Prąd I λ wymuszony oświetleniem odbiornika fotoelektrycznego przedziałem widma zawartym w szczelinie wyjściowej, związanym z długością faliλ. jest wyrażony wzorem I λ = kφ λv λ ' λ gdzie k - stała układu pomiarowego, Φ λ - strumień energetyczny zawarty w szczelinie wyjściowej, λ - przedział długości fal wynikający z szerokości szczeliny (dys-persja), V λ - czułość odbiornika fotoelektrycznego w funkcji długości faliλ. Cechą charakterystyczną pomiarów oświetleniowych, w tym również spektrofotometrycznych, jest stosowanie metod porównawczych.

25 Gdyby zatem zamiastźródła badanego ustawićźródło wzorcowe, o znanym rozkładzie widmowym, wtedy przy identycznym położeniu pryzmatu i rozmiarach obu szczelin prąd I λw wyniósłby: I λw = k φ λ λv gdzie: Φ λ - oznacza strumień energetycznyźródła wzorcowego (o znanym rozkładzie) zawarty w szczelinie wyjściowej. Dzieląc stronami równania otrzymuje się zależność umożliwiającą określenie rozkładu widmowego promieniowania, którego barwa ma być wyznaczona : ' Φ λ = Φ λ w I I λ λ w Zgodnie z przytoczonymi wcześniej wzorami, w pomiarach spektrofotometrycznych rozkład widmowy promieniowania stanowi podstawę obliczeń składowych i współrzędnych trójchromatycznych. Obliczony rozkład widmowy może być podany zarówno w wartościach bezwzględnych jak i względnych. Decyduje o tym postać rozkładu strumienia energetycznego wzorcowegoźródła promieniowania. W metodach spektrofotometrycznych barwaświatła jest określana sposobem pomiarowo rachunkowym. Dokładność określenia współrzędnych jest uwarunkowana dokładnością wyznaczenia rozkładu widmowego strumienia energetycznego i przyjętą gęstością tabelaryzacji składowych trójchromatycznych widmowych. Monochromatory nie są jedynymi przyrządami umożliwiającymi pomiary spektrofotometryczne. W tym samym celu bywają konstruowane bardziej skomplikowane przyrządy (spektrofotometry) jednak istota metody pozostaje niezmieniona.

26 Metody kolorymetryczne Metody kolorymetryczne pomiaru barwy nie wymagają stosowania tak precyzyjnych aparatów optycznych jak monochromator czy spektrofotometr. Główny wysiłek konstruktorów kolorymetrów koncentruje się na filtrach nakładanych na odbiorniki fotoelektryczne. Chodzi o to, aby filtr charakteryzował się rozkładem monochromatycznego współczynnika przepuszczania takim jak rozkład współczynników kolorymetrycznych x λ, y λ, z λ W ten sposób można zagwarantować, że prąd fotoelektryczny odbiornika, na który,, pada światło o nieznanej barwie, będzie proporcjonalny odpowiednio do wyrażeń Φ λ xλ λ Φ λ yλ λ Φ λ zλ λ Wyrażenia te nie określają składowych trójchromatycznych, ponieważ czułość układu filtr - odbiomik tylko kształtem, a nie wartościami, odpowiada składowym trójchromatycznym widmowym. Należy zatem odnieść sygnał odbiornika światła badanego do sygnału wzorca bieli (dlaświatła odbitego od wzorcowej płytki). Ponadto należy pamiętać, żeźródłem oświetlającym nie jest źródło odniesieniowe równoenergetyczne, lecz rzeczywisteźródło (jeden z iluminantów A, B, C, D). Zatem sygnał wychodzący z przetwornika należy pomnożyć przez odpowiednie współczynniki korekcyjne. Skorygowaniu po-winna podlegać również charakterystyka płytki wzorcowej, gdyż w rzeczywis-tości nie jest ona materiałem odbijającym w sposób nieselektywny. Dopiero po uwzględnieniu tych poprawek sygnał układu pomiarowego określa składo-we trójchromatyczne X, Y, Z, będące podstawą do obliczeń współrzędnych trójchromatycznych x, y, z. Wyrażenia te nie określają składowych trójchromatycznych, ponieważ czułość układu filtr - odbiomik tylko kształtem, a nie wartościami, odpowiada składowym trójchromatycznym widmowym. Należy zatem odnieść sygnał odbiornika światła badanego do sygnału wzorca bieli (dla światła odbitego od wzorcowej płytki). Ponadto należy pamiętać, że źródłem oświetlającym nie jest źródło odniesieniowe równoenergetyczne, lecz rzeczywiste źródło (jeden z iluminantów A, B, C, D). Zatem sygnał wychodzący z przetwornika należy pomnożyć przez odpowiednie współczynniki korekcyjne. Skorygowaniu powinna podlegać również charakterystyka płytki wzorcowej, gdyż w rzeczywistości nie jest ona materiałem odbijającym w sposób nieselektywny. Dopiero po uwzględnieniu tych poprawek sygnał układu pomiarowego określa składowe trójchromatyczne X, Y, Z, będące podstawą do obliczeń współrzędnych trójchromatycznych x, y, z.

27 Zasada konstrukcji kolorymetru obiektywnego działającego na podstawie przytoczonego rozumowania jest przedstawiona schematycznie na poniższym rysunku: W starszych konstrukcjach kolorymetrów do pomiaru barwy korzystano z jednego ogniwa. Kolejno były zmieniane tylko filtry. Nowoczesne rozwiązania stosują do pomiaru trzy ogniwa; filtry x,y,z. stanowią ich integralną całość. Przykłady kolorymetrów

28 Diagnostyka i regulacja urządzeńświetlnych zamontowanych na pojeździe Diagnostykę projektorów świateł głównych zamontowanych na pojeździe, poza ogólnym przeglądem ich sprawności, wykonuje się głównie w zakresie regulacji kierunku promieniowania poszczególnych projektorów. Można to zrealizować za pomocą dwóch odrębnych sposobów: l. Regulacja ustawienia projektorów za pomocą przyrządów kontrolnych, np. typu KS-20 (lub KSP-20) produkcji polskiej lub Hella typ 8PA seria III, produkcji niemieckiej. 2. Regulacja projektorów na podstawie kontroli plam świetlnych na ekranie prostopadłym do kierunku osi optycznej projektorów, oddalonym od pojazdu o 5 lub 10 m. Regulacja projektorów świateł głównych za pomocą przyrządów kontrolnych Przyrząd KS 20 B Przyrząd KST 20 Przyrząd firmy Fudim - Polmo Przyrząd firmy Hella

29 Przyrządy kontrolne Zaawansowane przyrządy kontrolne

30 Pomimo istnienia różnic w konstrukcjach mechanicznych przyrządów pomiarowych zasada pomiaru pozostaje nie zmienna. Zmienia się sposób ustawienia i kalibracji przyrządu. Kontrolę rozsyłu światłości projektorów za pomocą przyrządów rozpoczyna się od wykonania prac przygotowawczych (szczegóły zawiera fabryczna instrukcja obsługi przyrządów ) : l. Wybranie odpowiedniego miejsca. Pojazd i urządzenie powinny stać na jednym płaskim poziomym podłożu. Płaskość powierzchni, na której dokonuje się pomiaru nie powinna przekraczać l mm na l m. 2. Obciążenie pojazdu. Musi być bezwzględnie zgodne z wymaganiami fabrycznymi, dotyczącymi sprawdzaniaświateł. W pojazdach nie obciążonych należy odciążyć resory poprzez zakołysanie nadwozia. 3. Ciśnienie w ogumieniu. Powinno być równe nominalnemu. 4. Oględziny projektorów. Przed przystąpieniem do sprawdzania projektorów należy sprawdzić ich umocowanie, przeczyścić szybę rozpraszającą oraz zwrócić uwagę, czy znajduje się ona w należytym położeniu i czy nie jest zaparowana, a odbłyśnik zardzewiały. 5. Ustawienie urządzenia w stosunku do pojazdu. Obraz na ekranie pomiarowym przyrządu KS 20 przy właściwym ustaleniu reflektora z asymetrycznym Światłem mijania. W trakcie pomiarów należy pamiętać o normach jakie muszą spełnić projektory samochodowe. Światłość pojedynczych lub jednej pary świateł drogowych powinien osiągać minimum cd, natomiast suma światłości wszystkich świateł nie może przekraczać dopuszczalnego maksimum cd. Różnica światłości między lewym i prawym światłem nie może przekraczać: 30%światłości większej w przypadku, gdy światłość większa przekracza cd, 50%światłości większej w przypadku, gdy światłość większa nie przekracza 4000 cd. Maksymalne dopuszczalne natężenie oświetlenia światłami mijania mierzone na wysokości oczu kierowcy pojazdu nadjeżdżającego z przeciwka. określone podczas pomiaru oślepienia, nie powinno przekraczać l lx.

31 Regulacja projektorów świateł głównych za pomocą kontroli wiązki świetlnej na ekranie pomiarowym Jest to najprostsza metoda sprawdzania ustawienia reflektorów, w której rolę ekranu spełnia równa ściana garażu lub budynku. Przed ścianą powinien znajdować się prostopadły do niej, pięciometrowy odcinek równej i gładkiej nawierzchni. Potrzebne przyrządy i narzędzia taśma miernicza lub inny przymiar, kreda, klucz lub wkrętak do ewentualnej regulacji. Wykonanie pomiaru Sprawdzić i wyregulować ciśnienie w ogumieniu do wartości zalecanych przez producenta. Ustawić samochód przodem do ściany, możliwie najbliżej. Odległość obu reflektorów od ściany powinna być jednakowa. Zaznaczyć kredą na ścianie miejsca leżące naprzeciw środków reflektorów, np. krzyżami. Odjechać samochodem w linii prostej na odległość 5 m, liczoną od ściany do szkła reflektora. Nadal zachować prostopadłe ustawienie pojazdu do ekranu. Zaznaczyć na ścianie linię poziomą, umieszczoną poniżej środków reflektorów w odległości określonej przez producenta pojazdu. Jeżeli brak jest danych fabrycznych, to w odległości 1/8 wysokości naniesionych już znaków h = 1/8 H Obciążyć samochód taką masą, z jaką jest najczęściej użytkowany, jeśli wymaga tego producent. Włączyćświatła mijania i zaobserwować położenie plam świetlnych na ekranie Dokonać regulacji aż do uzyskania właściwego kształtu wiązki świateł mijania Ustawienie asymetrycznych świateł mijania typu europejskiego można uznać za prawidłowe, jeżeli granica światłocienia z lewej strony krzyży pokryje się z zaznaczoną na ekranie linią poziomą, natomiast z prawej strony krzyży wznosi się ukośnie pod kątem 15, a miejsce jej załamania wypada dokładnie na osi reflektorów.

32 Przełączyćświatła mijania na światła drogowe i zaobserwować, czy środki plam świetlnych na ekranie pokrywają się z krzyżami wyznaczającymi środki reflektorów OŚWIETLENIE WNĘTRZ ŚWIATŁEM ELEKTRYCZNYM Podstawowe rodzaje oświetlenia (ze względu na sposób rozmieszczania opraw oświetleniowych we wnętrzu): oświetlenie ogólne - oświetlenie przestrzeni bez uwzględnienia szczególnych wymagań dotyczących oświetlenia niektórych jej części, oświetlenie miejscowe - oświetlenie niektórych części przestrzeni, np. miejsc pracy, z uwzględnieniem szczególnych potrzeb oświetleniowych, w celu zwiększenia natężenia oświetlenia niektórych jej części, oświetlenie złożone - oświetlenie składające się z oświetlenia ogólnego i oświetlenia miejscowego.

33 Podstawowe rodzaje oświetleniao (ze względu na sposób b rozmieszczania opraw oświetleniowych we wnętrzu): oświetlenie ogólne - oświetlenie przestrzeni bez uwzględnienia szczególnych wymagań dotyczących oświetlenia niektórych jej części, oświetlenie miejscowe - oświetlenie niektórych części przestrzeni, np. miejsc pracy, z uwzględnieniem szczególnych potrzeb oświetleniowych, w celu zwiększenia natężenia oświetlenia niektórych jej części, oświetlenie złożone - oświetlenie składające się z oświetlenia ogólnego i oświetlenia miejscowego.

34 Za ekonomiczne uzasadnione jest stosowanie wyłącznie oświetlenia ogólnego gdy jest wymagany poziom natężenia oświetlenia do 200 lx. Oświetlenie złożone powinno stosować się wszędzie tam, gdzie wymagany poziom natężenia oświetlenia wynosi powyżej 700 lx. Przy oświetleniu złożonym wymaga się, aby co najmniej 20% wymaganego poziomu natężenia oświetlenia pochodziła od oświetlenia ogólnego. PN-EN Podstawowe parametry oświetlenia określające otoczenie świetlne wg normy PN-EN 12464: rozkład luminancji natężenie oświetlenia równomierność oświetlenia olśnienie oddawanie barw i postrzeganie barwy światła kierunkowość światła migotanie oświetlenie elektryczne uzupełniające światło dzienne.

35 ad A) Rozkład luminancji Luminancję powierzchni można określić między innymi za pomocą jej współczynnika odbicia i natężenia oświetlenia na tej powierzchni. Podane w omawianej normie zakresy współczynników odbicia głównych powierzchni we wnętrzach: sufit 0,6 0,9; ściany 0,3 0,8; podłoga 0,1 0,5. Współczynnik odbicia dla płaszczyzny pracy powinien wynosić: 0,2 0,6

36 Rozkład luminancji ad B) Natęż ężenie oświetleniao Wymagane wartości natężenia oświetlenia w polu zadania wzrokowego Wielkość pozorną szczegółu określa wzór: L w = 10 d gdzie: L - odległość szczegółu od oczu (m) d - najmniejszy wymiar szczegółu (mm). Im większa wielkość pozorna szczegółu pracy wzrokowej, tym wymagany poziom natężenia oświetlenia jest większy (tabela ). 3

37 Najmniejsze dopuszczalne wartości średniego natęż ężenia oświetlenia o a wielkość szczegółu u pracy wzrokowej Wielkość pozorna szczegółu pracy wzrokowej duża średnia dość mała mała bardzo mała krańcowo mała Średnie natężenia oświetlenia [lx] Wymagane wartości natęż ężenia oświetlenia w polu zadania wzrokowego W omawianej normie przyjęto, że wymagane natężenie oświetlenia w celu dostrzeżenia rysów ludzkiej twarzy w normalnych warunkach oświetleniowych, powinno być nie mniejsze niż 20 lx. Jest to najniższa wartość w przyjętej w tej normie skali stopniowania natężenia oświetlenia: lx. Minimalna wartość eksploatacyjnego natężenia oświetlenia wynosi 200 lx w obszarach, w których bez przerwy wykonywane są zadania wzrokowe.

38 Natęż ężenie oświetlenia o w obszarze bezpośredniego otoczenia x x zadanie wzrokowe x xmin = 0,5 m x obszar bezposredniego otoczenia Natęż ężenie oświetlenia o w obszarze bezpośredniego otoczenia Powinno zależeć od natężenia oświetlenia obszaru pracy (obszaru zadania wzrokowego), - może być od niego mniejsze, ale ma zapewniać równomierny rozkład luminancji w polu widzenia, - nie może być mniejsze od następujących zależności pomiędzy wartościami natężenia oświetlenia, w lx: Obszar zadania Obszar bezpośredniego otoczenia E obszaru zadania wzrokowego

39 C) RównomiernoR wnomierność oświetlenia Równomierność oświetlenia δ(na danej powierzchni) jest to stosunek natężenia oświetlenia najmniejszego do średniego na tej powierzchni. δ = E min E śr W obszarze samego zadania wzrokowego równomierność powinna być jak najlepsza, ale nie mniejsza niż 0,7 ( 0,7). Równomierność natężenia oświetlenia w obszarze bezpośredniego otoczenia nie może być niższa od 0,5 ( 0,5). D) Olśnienie Olśnieniem nazywa się pewien przebieg (stan) procesu widzenia, przy którym występuje odczucie niewygody lub zmniejszenie zdolności rozpoznawania przedmiotów lub jedno i drugie. Z punktu widzenia warunków powstawania rozróżniamy : olśnienie bezpośrednie - spowodowane przez jaskrawy przedmiot występujący w tym samym lub prawie tym samym kierunku co przedmiot obserwowany; olśnienie pośrednie - spowodowane przez jaskrawy przedmiot występujący w innym kierunku niż przedmiot obserwowany; olśnienie odbiciowe - spowodowane przez kierunkowe odbicia jaskrawych przedmiotów.

40 Strefa ograniczenia luminancji źródełświatła wyznaczona kątami k 450 do 900, licząc c od pionu

41 Z punktu widzenia występuj pujących skutków w rozróżniamy olśnienia : olśnienie przykre wywołuje uczucie przykrości, niewygody, rozdrażnienia bez zmniejszenia zdolności widzenia, olśnienie przeszkadzające zmniejsza zdolność widzenia na bardzo krótki czas; olśnienie oślepiające olśnienie tak silne, że przez pewien zauważalny czas żaden przedmiot nie może być spostrzeżony. F) Aspekty barwne Zarówno w tej normie, jak i w literaturze oświetleniowej cechy barwne źródełświatła emitujących światło o barwie bliskiej do białej, opisane są za pomocą dwóch niezależnych właściwości: 1. barwy światła emitowanej przez samo źródło (barwa postrzegana), 2. zdolności oddawania barw wpływu na wygląd przedmiotów oświetlanych przez to źródło.

42 ad 1. Barwa postrzegana Barwa postrzegana źródła światła określona jest liczbowo przez tzw. temperaturę barwową najbliższą (TCP) wyrażaną w Kelwinach W omawianej normie przyjęto następujące zakresy temperatury barwowej najbliższej i przypisano im odpowiednie nazwy barwy: ciepła, poniżej K pośrednia, od do K chłodna (zimna), powyżej K. ad 2. Oddawanie barw W celu zapewnienia obiektywnej informacji o właściwościach oddawania barw przez źródło światła, został wprowadzony wskaźnik oddawania barw Ra. Wartością maksymalną Ra jest 100. Źródła światła o wskaźniku oddawania barw niższym niż 80 nie mogą być stosowane we wnętrzach, gdzie ludzie pracują lub przebywają przez dłuższy czas. bardzo duże, Ra 90, dla stanowisk pracy, na których rozróżnianie barw ma zasadnicze znaczenie, jak np. kontrola barwy, przemysł tekstylny i poligraficzny, sklepy duże, 90 > Ra 80 biura, przemysł tekstylny, precyzyjny, w salach szkolnych i wykładowych średnie oraz ewentualnie małe, 80 > Ra 40, inne prace, jak np. walcownie, kuźnie, magazyny, kotłownie, odlewnie, młyny oraz wszędzie tam, gdzie rozróżnianie barw nie ma zasadniczego lub istotnego znaczenia.

43 PRZYKŁADOWA TABELA Z WYMAGANIAMI OŚWIETLENIOWYMI O NA STANOWISKACH PRACY, NA KTÓRYCH WYKONUJE SIĘ OBRÓBK BKĘ I PRZETWARZANIE METALI Nr Rodzaj wnętrz, zadania lub czynności Em [lx] UGR R a Kucie swobodne Kucie matrycowe Spawanie Zgrubna i średnia obróbka mechaniczna; tolerancja obróbki 0,1 mm Precyzyjna obróbka mechaniczna, szlifowanie; tolerancja obróbki < 0,1 mm Trasowanie, kontrola Produkcja narzędzi, wyrób sprzętu do skrawania Montaż: zgrubny średni dokładny precyzyjny Przygotowanie powierzchni, malowanie PRZYKŁADOWA TABELA Z WYMAGANIAMI OŚWIETLENIOWYMI DLA POMIESZCZEŃ BIUROWYCH Nr Rodzaj wnętrz, zadania lub czynności E m [lx] UGR R a 3.1 Segregowanie, kopiowanie Pisanie ręczne, pisanie na maszynie, czytanie obsługiwanie klawiatury, przetwarzanie danych Kreślarnie Stanowiska projektowania wspomagane komputerowo Sale posiedzeń i konferencyjne

44 Strefy komunikacyjne i obszary ogólnego przeznaczenia w budynkach Nr Rodzaj wnętrz, zadania lub czynności E m [lx] UGR R a Strefy komunikacyjne i korytarze Schody, ruchome schody i chodniki POMIARY PODSTAWOWYCH PARAMETRÓW OŚWIETLENIA WE WNĘTRZACH Luksomierz precyzyjny np. L-50 L-50 jest dokładnym (klasa dokładności A wg CIE), wysokiej jakości luksomierzem przeznaczonym do pomiarów natężenia oświetlenia w zakresie 0,1 lx 199,9 klx. Posiada krzemowe fotoogniwo skorygowane widmowo do względnej skuteczności biologicznej widzenia fotopowego V (λ) oraz kierunkowo do krzywej cosinus. Doskonałe dopasowanie czułości spektralnej głowicy fotometrycznej do krzywej V(λ) gwarantuje prawidłowy pomiar natężenia oświetlenia niezależnie od charakteru promieniowania i nie wymaga stosowania współczynników korekcyjnych dla różnych źródełświatła.

45 Do najistotniejszych warunków w dokładno adności pomiarów w luksomierzem należą żą: okresowe sprawdzanie prawidłowości wzorcowania luksomierza (z upływem czasu prąd fotoelektryczny ogniwa może ulegać znacznym zmianom przy tym samym natężeniu oświetlenia); nie zasłanianie przez obserwatora ogniwa fotoelektrycznego w czasie pomiaru; przed przystąpieniem do pomiarów należy naświetlać ogniwo przez min światłem o natężeniu równym bądź większym od mierzonego (jest to tzw. dojrzewanie ogniwa). Określenie płaszczyzny p roboczej oraz rozmieszczenie punktów w pomiarowych Pomiary natężenia oświetlenia wykonujemy na płaszczyźnie roboczej Najczęściej płaszczyzna robocza jest płaszczyzną poziomą. Jeśli nie ma ustalonej wysokości płaszczyzny roboczej (np. poprzez wysokość płaszczyzny blatu stołu itp.) wówczas przyjmuje się płaszczyznę poziomą na wysokości 0,85 m nad podłogą. W strefach komunikacyjnych, na schodach oraz w pomieszczeniach sanitarnych przyjmuje się płaszczyznę roboczą na wysokości podłogi (schodów).

46 Ustalenie punktów w pomiarowych Pomiary natężenia oświetlenia należy wykonać równomiernie w całym pomieszczeniu (na płaszczyźnie roboczej). Badaną płaszczyznę należy podzielić na odpowiednią liczbę części. Wymiary i liczba tych części zależą od wymiarów badanej płaszczyzny. W pomieszczeniach z oświetleniem ogólnym, nie przeznaczonych do pracy (korytarze, hole, itp.) lub pustych (bez urządzeń produkcyjnych i mebli) całą powierzchnię wnętrza należy podzielić na kwadraty o boku 1 m i mierzyć natężenie oświetlenia w punktach pomiarowych położonych w środku każdego kwadratu, na wysokości płaszczyzny roboczej.

47 Dopuszcza się zwiększenie wielkości kwadratów i ograniczenie liczby punktów pomiarowych w równomiernie oświetlonym pomieszczeniu, wówczas najmniejszą dopuszczalną liczbę punktów pomiarowych dobiera się (tabela) na podstawie obliczonego wskaźnika pomieszczenia w", który obliczany jest ze wzoru: gdzie: W = H P Q ( P Q) m + P, Q - długość i szerokość pomieszczenia H m - wysokość zawieszenia opraw nad powierzchnią roboczą Najmniejsza liczba punktów w pomiarowych w zależno ności od wskaźnika pomieszczenia Wskaźnik pomieszczenia [w] Liczba punktów pomiarowych w < <= w < <= w < 3 16 w<= 3 25

48 Dwa warianty wyboru punktów pomiarowych we wnętrzu Określenie średniego natęż ężenia oświetlenia i równomiernor wnomierności oświetleniao Średnie natężenie oświetlenia na płaszczyźnie roboczej Eśr wylicza się ze wzoru: Eśr = ( E1 + E En) / n gdzie: n - liczba pomiarów. Przy obliczaniu średniego natężenia oświetlenia we wnętrzu nie bierze się pod uwagę (do obliczeń) pasa przy ścianach o szerokości 0,5 m, z wyjątkiem tych sytuacji, gdy stanowisko pracy mieści się w tym pasie.)

49 Równomierność oświetlenia δ oblicza się następuj pująco: gdzie: δ = E min E śr E min - wartość minimalna z pomiarów (bez pasa przy ścianach) Pomiar współczynnika odbicia W celu wyznaczenia współczynnika odbicia wykonujemy dwukrotny pomiar natężenia oświetlenia: 1. na badanej powierzchni E pad (pomiar w miejscu w miarę równomiernie oświetlonym); 2. w odległości około 30 cm od badanej powierzchni - E odb (naprzeciwko 1-szego punktu pomiarowego - ogniwo skierowane w stronę badanej płaszczyzny). Współczynnik odbicia -ρobliczamy ze wzoru: ρ = E E odb pad

50 Oświetlenia wnętrz światłem dziennym Wartość współczynnika oświetlenia dziennego w danym punkcie płaszczyzny (e), wyraża się ilorazem natężenia oświetlenia w tym punkcie wnętrza (Ew) do równocześnie występującego natężenia oświetlenia w otwartej przestrzeni na płaszczyźnie poziomej, pochodzącego od całkowitego, nie zasłoniętego nieboskłonu o założonym lub znanym rozkładzie luminancji (Ez) e = Ew Ez Przykład Wykres współczynnika oświetlenia dziennego e" w pomieszczeniu: z lewej - z oknami w jednej bocznej ścianie, z prawej - w pomieszczeniu z oknami z dwóch stron

51 Obie ekipy pomiarowe ustalają moment rozpoczęcia pomiarów i odstęp czasu pomiędzy kolejnymi odczytami. Wyniki pomiarów wpisuje się w karty pomiarowe, w których należy podać zmierzone wartości natężenia oświetlenia wewnątrz pomieszczenia i na zewnątrz pomieszczenia dla określonego punktu pomiarowego. Na podstawie wyników pomiarów oblicza się (dla każdego punktu pomiarowego) współczynnik oświetlenia dziennego. Ocenie podlega wartośćśrednia (dla pomieszczeń o oświetleniu dziennym górnym i mieszanym) lub minimalna (dla pomieszczeń o oświetleniu dziennym bocznym) współczynnika oświetlenia dziennego dla danego stanowiska pracy lub pomieszczenia. Wartość eśr oblicza się ze wzoru: Otrzymane wartości współczynnika oświetlenia dziennego eśr lub emin nie powinny być mniejsze od wartości obowiązującej, podanej w normie PN-EN Pomiar natęż ężenia oświetlenia o dziennego Pomiary wykonuje się w dniu, w którym powierzchnia nieba pokryta jest równomiernie chmurami, a natężenie oświetlenia na zewnątrz nie jest mniejsze od 5000 lx; Podczas pomiarów oświetlenie elektryczne jest wyłączone; Pomiary należy wykonywać dwoma luksomierzami przez dwie ekipy pomiarowe jednocześnie - jedna ekipa wewnątrz pomieszczenia, druga ekipa na zewnątrz budynku; Pomiary wewnątrz budynku (pomieszczenia) wykonuje się na płaszczyznach roboczych, podobnie jak w przypadku pomiarów oświetlenia elektrycznego, z pominięciem 0.7 metrowego pasa od ściany z otworami okiennymi (w przypadku pomieszczeń z oświetleniem bocznym), na wysokości 0.85 m nad podłogą gdy prace wykonywane są na płaszczyznach nie określonych wyraźnie np. na obrabiarkach lub na płaszczyźnie podłogi gdy nie występują stałe stanowiska pracy.

52 Pomiar luminancji przy oświetleniu dziennym Dziękuję za uwagę!!!