Fotometrinės matavimo sistemos apšvietimo inžinerijoje: fotopinių ir skotopinių liumenų parametrų analizė
Kevinas Rao 2025 m. gruodžio 1 d
Apšvietimo sistemų optiniam įvertinimui reikalingi matavimo standartai, pagrįsti žmogaus regėjimo fiziologinėmis savybėmis. Žmogaus tinklainėje yra dviejų tipų fotoreceptorių ląstelės: kūgiai ir lazdelės, atitinkančios skirtingas spektrinio atsako kreives. Tarptautinė apšvietimo komisija (CIE) atitinkamai apibrėžė fotopinę šviesos efektyvumo funkciją V(λ) ir skotopinę šviesos efektyvumo funkciją V'(λ), sukurdama dvi nepriklausomas fotometrines matavimo sistemas.
Fotografinio liumeno matavimo standartas
Fotopiniai liumenai yra pagrįsti CIE 1931 Standard Observer kūgio atsako kreive, o didžiausias jautrumas išmatuotas 555 nm geltonai -žaliame regione. Ši sistema taikoma apšvietimo aplinkoms, kurių šviesumas viršija 3 cd/m², atitinkančias dienos lauko sąlygas ir standartines vidaus darbo vietas. Matavimo priemonės yra kalibruotos pagal ISO/CIE 19476 standartą, reikalaujantis spektrinio neatitikimo indekso f1' Mažiau arba lygus 3%.
Pramoninio apšvietimo projektavimo atveju fotopinės liumenų vertės tiesiogiai koreliuoja su apšvietimo reikalavimais, nurodytais tokiuose standartuose kaip GB50034-2013. Norint išlaikyti 500 lx biuro darbo plokštumoje, reikalingas ne mažesnis kaip 300 lm/m² fotopinis liumenų tankis.
Scotopinis liumenų matavimo principas
Skotopiniai liumenai yra pagrįsti CIE 1951 scotopine funkcija V'(λ), o didžiausias jautrumas yra 507 nm mėlyname -žaliame regione. Ši matavimo sistema tinka aplinkai, kurios šviesumas mažesnis nei 0,01 cd/m², pavyzdžiui, mėnulio apšviestose sąlygose arba giliose požeminėse erdvėse. Skotopiniam matavimui reikia naudoti tamsus{6}}pritaikius fotometrinius zondus, vadovaujantis CIE 198:2011 mezopinės fotometrijos vadovu.
Skotopiniai liumenų parametrai vaidina lemiamą vaidmenį projektuojant pereinamąsias zonas tunelio apšvietime. Remiantis specifikacija JTG/T D70/2-01-2014, šviesumas tunelio įėjimo atkarpose turi būti suprojektuotas naudojant gradiento mažėjimo kreivę, pagrįstą scotopinėmis liumenų reikšmėmis.
Techninių parametrų palyginimo lentelė
| Matavimo matmenys | Fotografinė liumenų sistema | Scotopic liumenų sistema |
|---|---|---|
| Atskaitos standartas | CIE 1931 V(λ) funkcija | CIE 1951 V'(λ) funkcija |
| Didžiausias bangos ilgis | 555 nm | 507 nm |
| Taikomas šviesumas | >3 cd/m² | <0.01 cd/m² |
| Ląstelės tipas | Kūgio ląstelės | Strypų ląstelės |
| Matavimo prietaisas | Fotometras L-1000 | Tamsi{0}}pritaikyta zondo sistema |
| Spektrinis svėrimas | Pabrėžiamas geltonas{0}}žalias spektras | Pabrėžiamas mėlynas{0}}žalias spektras |
| Inžinerinė programa | Užduočių apšvietimas patalpose | Kelių ir tunelių apšvietimas |
| Standartinis dokumentas | ISO/CIE 19476 | CIE 198:2011 |
S/P santykio inžinerinis taikymas
S/P santykis apibrėžiamas kaip šviesos šaltinio skotopinių liumenų ir jo fotopinių liumenų santykis. Šis parametras turi praktinę reikšmę mezopinio apšvietimo projektavimui. Pagal CIE 191:2010 mezopinė aplinka svyruoja nuo 0,01 iki 3 cd/m², atitinkanti miesto gatvių apšvietimą ir automobilių stovėjimo vietas.
Šviesos šaltiniai, turintys aukštą S/P santykį, užtikrina didesnį vizualiai efektyvų liumeną tam pačiam fotopinės šviesos srautui. Inžinerinėje praktikoje LED šviesos šaltiniai, kurių S/P koeficientas didesnis nei 1,2, gali sumažinti kelių apšvietimo galios tankį 15-20%, išlaikant lygiavertį regimumą.
Spektrinio optimizavimo technologija
Reguliuojant LED lusto bangos ilgio derinius ir fosforo santykį galima tiksliai valdyti šviesos šaltinio S/P santykį. Naudojant 450 nm mėlynus lustus su siaurais -FWHM fosforais galima pasiekti optimizuotus spektrus, kurių S/P santykis yra 1,3–1,5. Tokie šviesos šaltiniai kelio apšvietime gali sumažinti vairuotojo reakcijos laiką 0,2-0,3 sekundės.
Pramoninio pritaikymo scenarijai
Kelių apšvietimo projektavimas
Pagal standartą CJJ45-2015, greitkelių apšvietime turi būti visapusiškai atsižvelgta į fotopinio apšvietimo ir skotopinio skaisčio parametrus. Projektavimo procese naudojami mezopiniai fotometriniai modeliai, siekiant optimizuoti energijos vartojimo efektyvumą reguliuojant S/P santykį. Faktiniai projekto duomenys rodo, kad naudojant LED gatvių šviestuvus, kurių S/P santykis yra 1,4, sistemos energijos suvartojimas sumažinamas 18%, išlaikant tą patį regimumą.
Tunelio apšvietimo valdymas
Tunelio apšvietimas projektuojamas atskirai įėjimo zonai, pereinamajai zonai, vidaus zonai ir išėjimo zonai. Apšvietimas pereinamojoje zonoje turi būti pagrįstas skotopiniais liumenų parametrais, kad būtų galima nustatyti šviesumo mažėjimo kreivę pagal eksponentinės funkcijos modelį. Dabartinėse specifikacijose reikalaujama, kad skaisčio mažėjimo greitis pereinamojoje zonoje neviršytų 1:10.
Pramoninis saugos apšvietimas
Pavojingų darbo zonų apšvietimas turi atitikti ir fotopinio apšvietimo, ir skotopinio kontrasto reikalavimus. Remiantis GB/T 26189{2}}2010 m., apšvietimo sistemų didelės-rizikos darbo zonose S/P santykis turi būti ne mažesnis kaip 1,2, kad būtų užtikrintas kliūčių atpažinimas prasto apšvietimo sąlygomis.
DUK
Skotopinių liumenų matavimo metodas
Skotopinis liumenų matavimas turi būti atliekamas tamsioje patalpoje, zondams 30 minučių adaptuojant tamsoje. Matavimo sistemos spektrinis atsakas turi būti sukalibruotas pagal V'(λ) funkciją, o kalibravimo neapibrėžties reikalavimas yra mažesnis arba lygus 5 %.
Standartinis S/P santykio diapazonas
Bendrojo apšvietimo LED šaltinių S/P santykis svyruoja nuo 0,8 iki 1,5. Rekomenduojama, kad kelių apšvietimui skirtų šaltinių S/P santykis būtų nuo 1,2 iki 1,4. Šaltiniai, mažesni nei 0,9, netinka mezopinei aplinkai.
Inžinerinės programos konversijos koeficientas
Mezopinėje aplinkoje konvertavimo koeficientas tarp fotopinio apšvietimo ir skotopinio skaisčio yra 0,8–1,2, o specifinė vertė priklauso nuo aplinkos apšvietimo lygių ir šviesos šaltinio spektrinio pasiskirstymo.
Matavimo priemonių sertifikavimo reikalavimai
Skotopinio matavimo prietaisai turi turėti CNAS sertifikatą. Kalibravimo sertifikatuose turi būti V'(λ) atitikties duomenys. Per metinį kalibravimo ciklą prietaiso poslinkis turi būti kontroliuojamas 3 % ribose.
Standartinis atitikties patikrinimas
Apšvietimo projektavimo pasiūlymai turi būti pateikti kartu su trečiosios šalies{0}}laboratorinių bandymų ataskaitomis. Ataskaitose turi būti šviesos šaltinio spektrinės galios pasiskirstymas, S/P santykis ir apskaičiuoti mezopinio skaisčio duomenys.
Techninių standartų nuorodos
CIE 1931 standartinės kolorimetrinės stebėtojo spektrinės tristimulių reikšmės
CIE 1951 Scotopic spektrinio šviesos efektyvumo funkcija
ISO/CIE 19476:2014 Fotometro kalibravimo specifikacija
CIE 191:2010 rekomenduojama mezopinės fotometrijos sistema
JTG/T D70/2-01-2014 Išsamios greitkelių tunelio apšvietimo projektavimo taisyklės
