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1、光度学基本知识与报告解读 内容提要 1 光度学基础知识 2 灯具坐标系 灯具定义及分类 光通量 照度 亮度 TypeA TypeB TypeC 发光强度 3 灯具光度测试报告解读 室内灯具 投光灯 路灯 常用的光度测量定律 光度学基础知识 灯具定义 灯具又称照明器 其主要作用是照明 在我们的日常生活中 可以看见多种多样的灯具 而灯具的分类也是多种多样的 按照使用目的可以分为 功能性灯具 装饰性灯具 光度学基础知识 在我们的日常生活中 可以看见多种多样的灯 而灯具的分类也是多种多样的 按照使用位置可以分为 室内灯具 室外灯具 灯具定义 灯具又称照明器 其主要作用是照明 光度学基础知识 灯具本身的
2、基本作用是提供与光源的电气连接 但还有许多其它的重要功能如光源的防护 适宜的机械特性 壳体的防护要求 电气安全要求 热要求 标志要求和光度功能要求 而一般情况下 用户最关心的是这一盏灯是否能够照亮我们希望它照亮的地方 不照亮它不该照亮的地方 其次便是它是否使我们感觉舒适 而这可以由配光曲线和眩光等参数所描述 这也就说明了我们为什么要测量配光曲线 什么是配光曲线 配光曲线又叫发光强度分布曲线 是描述光源或灯具发光的空间分布特性的一条曲线 这种方法通常用于描述室内和道路的灯具的光分布 它很形象地以极坐标的原点表示灯具的光中心 以一定方向的矢量表示光强的大小 以极坐标的角度表示光强矢量与光轴之间的夹
3、角 极坐标表示法 配光曲线通常有两种表示方法 极坐标表示法的好处就是形象 直观 长度表示光强 角度表示测量方向与极轴的夹角 此方法通常用于描述泛光灯和配光非常窄的灯具和光源光的分布 用直角坐标的原点表示光中心 用横坐标表示方向角 用纵坐标表示光强 直角坐标表示法 配光曲线通常有两种表示方法 直角坐标表示法的好处是便于查不同角度的光强数值 配光曲线从它的对称性质来说可以分为 轴向对称 对称和非对称3种 投光类灯具还可以根据其光束的宽窄分为 窄光束 宽光束 中等光束等 一般来说 窄光束 光束角40 立体角的单位叫球面度 sr 1球面度是半径为1米的球面上 1平方米的球面对球心所张的立体角 l A
4、o B a s A A r b o r 光度学的几个基本概念 平面角和立体角 平面角的单位叫弧度 1弧度是半径为1米的园上 1米长的圆弧对圆心所张的角 下面我们先来介绍一下光度学的一些基本概念 光通量 光通量是光源在单位时间内发出的光量 也即为辐射通量 或辐射功率 能够被人眼视觉系统所感受的那部分有效当量 一只40W的日光灯输出的光通量大约是2100流明 光通量符号 单位lm 常见电光源的发光效率 是指1W的电功率能转化成多少光通量 常见光源的大致效率 流明 瓦 白炽灯 15日光灯 50钠灯 120 光度学基础知识 发光强度 光源在给定方向的单位立体角中发射的光通量定义为光源在该方向的 发 光
5、强 度 d d 单位 cd1cd 1lm 1sr实际光源或灯具各方向的发光强度不同 为了描述其发光的空间分布特性 需要用发光强度分布曲线 又叫配光曲线 来表示 它是照明计算和设计的一个重要依据 常见光源发光强度 cd 太阳 2 8E27高亮手电 10000 光度学基础知识 照度 定义 表面上一点的照度是入射在包含该点面元上的光通量d 除以该面元面积dS之商 单位 lx 单位为勒克斯 lx 1lx 1lm m2常见照度 勒克司 阳光直射 正午 下 110 000阴天室外 1000商场内 500普通房间灯光下 100满月照射下 0 2烛光 20cm远处 10 15LUX 距60W台灯60cm桌面
6、300LUX 黄昏室内 10LUX 夜间路灯 0 1LUX 光度学基础知识 亮度 亮度 L Luminance 单位尼特 即nit 或cd m2 定义 光源体在某一方向上 每单位投影面积上所发出的光强 常见发光体的亮度 尼特 太阳表面 2 000 000 000白炽灯灯丝 10 000 000阳光下的白纸 30 000眼能习惯的亮度 3 000满月表面 2 500人眼能比较好的分辨出颜色的亮度 1满月下的白纸 0 07无月夜空 0 0001 光源体在某一方向上 每单位投影面积上所发出的光强 E I E S I I E l 2 常用光度学单位及其相互关系 光通量 lm 光强I cd 照度E lx
7、 常用的光度测量定律 照度的平方反比定律 E I 垂直于光线传播方向的照度与光源在该方向的光强成正比 与光源到表面的距离的平方成反比 注意 只有点光源才符合距离平方反比定律 测试距离不应少于灯具出光口面最大尺寸的10倍 d d b 照度的余弦定律 S1面 E1 S2面 E2 S1 S2cos 显而易见 E2 E1cos 将它与照度的平方反比定律结合起来就有 E cos 照度的余弦定律 照度定义 余弦立方定律 式中 I 点光源射向该点的光强 h 光源离该平面的高度 平面法线与入射光线的夹角 OA长度 E cos cos3 根据照度的余弦定律 E cos 将 h cos 带入 不同光源 灯具向空间
8、各个方向射出的光通量是很不一样的 空间图最能直观地描绘光分布的特性 方法是把各个方向上测得的光强 以一条条矢径的形式画在一个球坐标系上 假定光源就在坐标系的极点上 这些矢量合起来就构成了 光分布体 下面回到配光曲线的测量上来 灯具的光强通常在许多平面中测得 在各式各样可能的测试平面中 有三种平面系统已被证明特别有用 TypeC TypeC坐标在TypeC坐标系统中 极轴是垂直的 如图所示 在垂直半平面测量的角度是 角度 以及到此半平面的水平角度是C角度 灯具发光口面通常瞄准坐标系中的 C0 0 点 角度范围从0 最低点 到180 最高点 C平面在角度范围从0 到360 如图所示 在光度学中C0
9、参考平面位置 通常是平行于灯具的辅助轴线 C型光度数据目前是最流行的并得到广泛的承认 大多数光度数据 包括室内灯和路灯 使用TypeC格式 TypeC TypeB B型坐标B型坐标系统的说明如图 极轴在水平方向 水平半平面内的角度数据叫做H角度 到此平面的垂直角度是V角度 使用 H V 坐标指示球面上的某点 H0 在赤道圈上 灯具口面通常瞄准点 0 0 并且V0 平面垂直于灯具口面 H角度的范围是从 90 至90 V角度范围从 180 到180 90 将在最低点 90 在最高点 泛光灯光度数据通常使用TypeB坐标系 TypeA A型坐标A型坐标系统的说明如图 极轴在竖直方向 竖直半平面内的角
10、度数据叫做 角度 到此平面的垂直角度是A角度 使用 A 坐标指示球面上的某点 0 在赤道圈上 灯具口面通常瞄准点 0 0 并且 0 平面垂直于灯具口面 角度的范围是从 90 至90 A角度范围从 180 到180 90 将在最低点 90 在最高点 汽车车灯光度数据通常使用TypeA坐标系 TypeB TypeA 灯具光度测试报告解读 光通比与灯具类型配光曲线眩光室内灯利用系数概算曲线 室内灯具 报告基本信息 C0 180 LEFT指的是C180面 C90 270 LEFT指的是C270面 最大光强 最大光强 平面等照度曲线 连结测量截面上等照度的点的曲线 图中粉色点代表了只有一盏灯的时候 水平
11、照度值为最大照度值一半的点 最大距高比即为 S 2H 光通比 上射光通比 灯具的上射总光通灯具总光通 下射光通比 灯具的下射总光通灯具总光通 照度距离图表 亮度限制曲线是CIE推荐的作为评价室内一般灯具直接眩光的标准和方法 眩光 在视野范围内有亮度极高的物体或亮度对比过大 或空间和时间上存在着极端的对比 就可引起不舒适的视觉 或造成视功能下降 或同时产生这两种效应的现象 眩光是影响照明质量的最重要因素 眩光 照明质量的优劣与灯具的亮度限制有关 在视野范围内若亮度过高 可产生不舒适眩光 甚至产生失能眩光 严重的眩光直接影响劳动生产率甚至诱发眼疾 眩光程度主要与灯具发光面大小 发光面的亮度 背景亮
12、度 视看方向和位置有关 因此在灯具设计时一定要考虑限制灯具的亮度 一般情况下人们在室内眼睛停留最多的位置是水平方向 因此灯具在60 90 区域内最易受眩光影响 一般产生直接眩光的区域为45 90 区域内 灯具评价 室内灯的主要评价参数 灯具有发光侧边的界限曲线 根据在照明使用中对照明质量的不同要求 CIE将室内一般灯具直接眩光分为5个质量等级 房间系数 RoomCavityRatio RCR 5hRC L W L W 室内照明计算是把房间看作直六面体 能表征房间尺寸的表式就是室空间比 室指数 越是低而宽敞的房子 可得到的光通利用率越高 越是狭而高的房间 光通利用率越低 室内灯具利用系数 室内灯
13、具利用系数 RHOCC天花板反射系数 RHOW墙壁反射系数 RCR房间系数 平均照度 光源光通量 灯具数量 CU 维护系数 长 宽 灯具数量 平均照度 长 宽 光源光通量 CU 维护系数 室内灯具概算 室内灯具概算 在报告的最后 会附上光强数据表 直角坐标配光曲线等光强曲线 投光灯 直角坐标配光曲线 半峰发散角 在选定的通过最大光强的平面上 两个为50 最大光强的光强之间的夹角半峰边角 在选定的通过最大光强的平面上 最大光强与50 最大光强之间的夹角灯的有效光束 光强大于或等于10 最大光强的所有光束称灯具的有效光束 IES定义 投光灯光度特性的三个定义 矩形等光强网图 等光强曲线 在以光源的
14、光中心为球心的假想球面上 将发光强度相等的那些方向所对应的点连接成的曲线 或是该曲线的平面投影 光强曲线分布图等光强圆形网图等照度曲线光通量利用系数曲线 路灯 路灯灯具报告基本信息 1 当灯具位于或接近于道路边 50 最大光强的曲线位于参考轴的两边且屋边1 0M宽 路边1 0 MH宽 这种灯具被称作 类 2 50 最大光强的轨迹的横向宽度在路边1 75MHLRL以内 属于 类 3 部分的或全部在路边1 75MH和2 75MHLRL之间 属于 类 4 部分的或全部的在路边2 75MHLRL以外 属于 类 单个路灯的横向分布一般可以分为四类 路灯分类 1 当最大光强点位于1 0和2 25MHTRL
15、之间时 此灯具被归类为Short S 分布 最大的灯具间隔是安装高度的4 5倍 2 在2 25和3 75MHTRL之间的 此灯具被归类为Medium M 分布 最大的灯具间隔是安装高度的7 5倍 3 在3 75和6 0MHTRL之间称为Long L 分布 最大的灯具间隔是安装高度的12倍 路灯的纵向分布分为三种 路灯分类 IESNA路灯分类图 路灯光强曲线分布图 IESNA眩光控制分类 完全截光型离开灯下点90 r 90 以上的所有角度的光强值为0 而且在离灯下点80 r 80 的位置每1000流明的光强值不超过100cd 10 围绕灯具的所有横向角度都要满足这个要求 截光型离开灯下点90 r 90 水平 的位置的每1000流明的光强值不超过25cd 2 5 而且在离灯下点80 r 80 的位置每1000流明的光强值不超过100cd 10 的灯具是达到截光水平的 同样应用到围绕灯具的所有横向角度 半截光型离开灯下点90 r 90 水平 的位置的每1000流明的光强值不超过50cd 5 而且在离灯下点80 r 80 的位置每1000流明的光强值不超过200cd 20 的灯具是达到截光水平的 同样应用到围绕灯具的所有横向角度 路灯的主要评价参数 灯具评价 某种路灯的等光强圆形网图 某种路灯的平面等照度曲线 路灯的利用率系数
