Обучающий ролик «Световой поток и сила света»
21.06.2016
Автор: ViLED
Что такое световой поток и сила света, и какой же физический смысл этих величин.
Попробуем разобраться в этих сложных, на первый взгляд, терминах.
Световой поток и сила света
Световой поток — мощность лучистой энергии, оцениваемая по производимому ею световому ощущению, и измеряется в Лм.
Попробую объяснить проще: в дневное время наши глаза максимально чувствительны к одному цвету – зеленому.
Длина волны этого излучения утверждена Международной Комиссией по Освещению (МКО наложение) и равна 555 нм. Так вот, 1 люмен соответствует потоку излучателя, с длиной волны 555 нм, и мощностью 1/683 Вт.
Не секрет, что распределение излучения реального источника в окружающем пространстве не равномерно.
Какой-то источник света может светить узким пучком, другой широким, но при этом они будут иметь одинаковое количество Лм.
Именно поэтому световой поток не является исчерпывающей характеристикой источника света, если одновременно с ним не определяется распределение излучения по разным направлениям окружающего пространства.
И вот мы подобрались к понятию «сила света».
Сила света — отношение светового потока, распространяющегося заключенного внутри элементарного телесного угла, к этому углу.
На самом деле, еще удобнее использовать Кривую Силы Света, но о ней я расскажу в следующих видео.
По завершению хочу, как всегда, пожелать выбирать только правильные и надежные светильники.
Основные понятия, применяемые в светотехнике
В данном разделе каталога рассмотрены вопросы проектирования установок уличного освещения: даны основные светотехнические определения, пояснения по маркировке осветительных приборов, таблица источников света и примеры осветительных установок для улиц категорий А и Б.
При проектировании осветительных установок уличного освещения необходимо поэтапно решить следующие задачи:
- определение категории освещаемого объекта в зависимости от интенсивности движения транспорта и значимости улицы в общей городской системе;
- нормируемый уровень средней яркости дорожного покрытия и равномерности ее распределения в соответствии с СНиП 23+05+95;
- выбор светильников и источников света, проведение расчета осветительной установки (шаг между светильниками, высота и угол их установки, схема расположения осветительных приборов).
Основные светотехнические определения
Световой поток, Ф, люмен (лм) — характеризует мощность излучения источника света, оцениваемую по световому ощущению глаза человека.
Сила света, I, кандела (кд) — пространственная плотность светового потока источника света в данном направлении.
Кривая силы света, КСС — характеризует распределение силы света светового прибора в пространстве. В каталогах на светильники значения силы света приводятся в пересчете для условной лампы со световым потоком 1000 лм. Для получения реальных значений силы света осветительного прибора в данном направлении необходимо значение силы света, определенное по кривой, умножить на световой поток используемой лампы в килолюменах. КСС представляется, как правило, для светильников + полярной системой координат. Для прожекторов с узконаправленным светораспределением, КСС даются на полный световой поток лампы.
Освещенность, Е, люкс (лк) — отношение светового потока, падающего на элемент поверхности, содержащей данную точку, к площади этого элемента.
Средняя освещенность, Е, люкс (лк) — освещенность, средневзвешенная по площади.
Изолюкса — кривая равной освещенности + геометрическое место точек поверхности.
Яркость, L, кандела на квадратный метр (кд/м2) — величина, показывающая какой световой поток поверхность излучает или отражает в направлении наблюдателя.
Источник света, лампа — устройство для получения света, состоящее в общем виде из колбы, цоколя и излучающего тела.
Лампа накаливания
Лампа газоразрядная — источник света, в котором излучение генерируется электрическим разрядом в газах, парах металлов, или смеси газа с парами металлов.
Световая отдача, Н, люмен на Ватт (лм/Вт) — отношение излучаемого светового потока к потребляемой мощности. Характеристика эффективности источника света.
Цветовая температура, Т цв, градус Кельвина (К) — величина, характеризующая сравнительное цветовое впечатление от различных источников света.
Индекс цветопередачи, Ra — мера соответствия зрительных восприятий цветного объекта освещенного исследуемым и стандартным источниками света при определенных условиях наблюдения. Более высокое значение индекса цветопередачи определяет более точное воспроизведение цвета объекта с данным источником света.
Светильник — устройство, состоящее из источника света и осветительной арматуры, предназначенной в основном для перераспределения испускаемого лампой, содержащее все необходимое для крепления и защиты лампы, а также для подключения к питающей сети.
Коэффициент полезного действия светильников
Влияет на потери напряжения и мощности в распределительной сети.Важно знать для грамотного выбора осветительного оборудования.
Поднимая вопрос об оценке светотехнических параметров осветительного оборудования стоит обратиться к физике, а именно к одному из ее разделов — фотометрии.
Фотометрия — это раздел прикладной оптики, который производит количественные измерения энергетических характеристик излучения света. С точки зрения фотометрии, свет – это излучение,(в более широком понимании поток гамма квантов, каждый из которых обладает энергией) способное вызывать ощущение яркости при воздействии на человеческий глаз.
А теперь рассмотрим немного физических величин необходимых для дальнейшего понимания материала:
Телесный угол — часть пространства, ограниченная конической поверхностью (поверхность образуют прямые, исходящие из одной точки и пересекающие замкнутую направляющую кривую),Рис 1.
Рис.1.Представление телесного угла
Световой поток(F) — энергия излучения за единицу времени, которую испускают источники в телесный угол,Рис.2.1. Измеряется в Люменах. Не стоит путать с мощностью излучения в Ваттах, так как световой поток оценивается исключительно человеческим зрением и зависит от графика чувствительности глаза к различным длинам волн различимого света, а Ватт – это единица мощности потока излучения. Поскольку человеческий глаз обладает неодинаковой чувствительностью к различным длинам волн, имеющим разный цвет, то излучение равной мощности воспринимается им по-разному, в зависимости от цвета длины волны,Рис.2.2. Когда значение чувствительности равно единице, в этом диапазоне длин световых волн глаз имеет наилучшее восприятие световой энергии, и как вы можете видеть, эта зона приходится на границу желтого и зеленого спектра.
Рис.
2.1. Наглядное изображение светового потока Рис.2.2. График спектральной восприимчивости человеческого глаза
Освещенность(Е) — физическая величина, количественно характеризующая освещение поверхности, которое создается падающим на нее световым потоком. Освещенность рассчитывается в Люксах (1 люкс – это 1 люмен на кв. метр поверхности),Рис.3. Удаление светильника от освещаемой поверхности уменьшает освещенность в обратной пропорции к квадрату расстояния. А при наклонном падении лучей на поверхность уменьшение освещенности находится в зависимости от косинуса угла падения лучей.
Рис.3. Освещенность поверхности
Сила света(I) — количество световой энергии приходящейся на телесный угол , в пределах которого распространяется световой поток, измеряется в Канделах Рис.4. Из этого следует, что чем выше находится осветительный прибор, тем большую площадь освещения он охватывает, но свет от него становится все более тусклым.
Рис.4. Зависимость силы света от угла раскрытия светового пучка
Теперь можно перейти непосредственно к знакомству с Кривой силы света, ведь зная эту характеристику, а так же световой поток светильника, вы будите уже наиболее подкованными как наиболее эффективно добиться нужного освещения без лишних затрат.
Кривая силы света (КСС) — это графическое изображение распределения света в пространстве, представляется в виде графика зависимости силы света от радиальных углов. И все же в большинстве случаев рассматривается нижняя полусфера, поэтому в дальнейшем это будет приниматься по умолчанию, Рис.5.
Рис.5. Трехмерное представление построения КСС
В зависимости от того, какую долю всего светового потока светильника составляет поток нижней полусферы, светильники разделяют на классы:
1.прямого света (П) – не менее 80% потока излучается в нижнюю полусферу;
2.преимущественного прямого света (Н) – от 60 до 80%;
3.
рассеянного света (Р) – от 40 до 60%;
4.преимущественно отраженного света (В) – от 20 до 40%;
5.отраженного света (О) – менее 20% потока излучается в нижнюю полусферу.
В зависимости от направления максимальной силы света принято семь типовых кривых распределения силы света, Рис.6.1.,Рис.6.2.
Рис.6.1. Типы кривых силы света
Рис.6.2. Типы кривых силы света
Количественное описание данных кривых производится с помощью коэффициента формы Кф, он выражает отношение максимальной силы света светильника к средней арифметической для данной плоскости. Проще говоря, чем больше значение этого коэффициента, тем более узкая и вытянутая КСС с высоким значением силы света, и наоборот, чем меньше его значение, тем более широкая кривая и световой поток уже распространяется на большую площадь поверхности и соответственно меньше сила света. Все основные типы КСС и их параметры вы можете увидеть в следующей таблице, Рис.
8.
Рис.8. Сводная таблица для КСС
Основная функция кривых силы света – это наглядно показать возможности осветительного прибора. На них мы можем увидеть распределение светового потока в пространстве, оценить зоны максимальной освещенности, определить оптимальную высоту подвеса для того или иного типа светильников, так же расстояния между ними, а следовательно правильно рассчитать их количество. Но стоит учесть, что для сопоставимости данных как кривые, так и таблицы силы света обычно даются для светильника с условным световым потоком лампы (или суммарным потоком нескольких ламп) 1000 лм.
Важный момент заключается в том, что сам по себе источник света, например светодиод, светит примерно одинаково во всех направлениях и при этом большая часть световой энергии терялось бы в пространстве, поэтому для рационального освещения объектов нужно локализовать исходящий от светильника световой поток. Для этого используется вторичная оптика — оптический элемент, направляющий излучение светодиода в необходимый телесный угол пространства.
Таким образом, именно применение вторичной оптики позволяет получить требуемую кривую силы света, и тем самым сэкономить электричество при освещении, так как свет при этом попадает только на интересующую нас площадь.
А теперь на основании уже сложившихся стандартов и нашего личного опыта мы бы хотели дать вам следующие советы:
Для помещений промышленного назначения или помещений с высокими потолками рекомендуется применять светильники прямого света с КСС типа К, Г, Д. Стоит заметить, что чем больше высота подвеса, тем более узкая зона направлений максимальной силы света, поэтому над рабочей зоной светильники стоит размещать под углом по отношению к освещаемой поверхности для большего раскрытия светового пучка, либо обеспечить ее дополнительным освещением.
Для освещения офисных или жилых помещений лучшим решением станут светильники прямого и рассеянного света с КСС типа Г и Д. Это обусловлено тем, что при высоте подвеса 2-3 метра, они дают ровное и яркое освещение на достаточной площади.
Не стоит забывать о нормах СанПиН по освещенности, например, для офисных помещений она составляет порядка 400 Люкс.
Для подсветки особых, выделенных зон, внутренних архитектурных решений и деталей интерьера подходят световые приборы с КСС типа К. Для формирования отраженного или приглушенного света (например, в холле здания) необходимо применять светильники преимущественно отраженного света с КСС типа С.
Для автострад и улиц или вытянутых коридоров общественных зданий рациональней использовать светильники, имеющие в одной из плоскостей КСС типа Л или Ш. Пространственная диаграмма, большинства из них, представляет собой сложное фотометрическое тело. Кривые силы света, описывающие такое тело в разных сечениях, имеют разную форму. Такие распределения называют специальными. При этом часто пространственная диаграмма дорожного светильника имеет не ось, а плоскость симметрии. Для уличного светильника в двух взаимно перпендикулярных сечениях КСС будут различны — в одном типа Л или Ш, а в другом — К или Г, поэтому тема дорожного освещения требует более детального обсуждения.
Надеемся, что прочитанный материал окажется полезным для вас, и поможет в выборе осветительного оборудования нашей фирмы.
Спасибо за внимание!
Перевод люмены в канделы и обратно
Единица измерения Лю́мен (обозначение: лм, lm) — единица измерения светового потока в СИ.
Количество люмен указывает, сколько света испускает точечный источник света во всех направлениях. Чем больше число люмен, тем больше света.
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 4π люменам.
Единица измерения Канде́ла (обозначение: кд, cd) — единица измерения силы света в СИ (от латинского candela, свеча).
Количество кандел указывает, сколько света испускает точечный источник света в одном направлении, в котором она светит наиболее интенсивно.
Одна кандела — сила света в данном направлении от источника монохроматического излучения с частотой 54 · 1013 Гц, (555 нм, зеленый цвет) имеющего интенсивность излучения в этом направлении равную 1 / 683 Вт в телесном угле равном одному стерадиану.
Калькулятор для перевода люмен в канделы
Рассчёт ведется по формуле:
Fv=I·2π(1-cos(α))
где мы имеем:
Fv — световой поток
Iv — сила света
α — угол половинной яркости
Для расчета введите угол и силу света (световой поток). Пожалуйста стоит учесть, что результаты расчета зависят от оптических параметров светодиода и дают ориентировочный результат!
Световой поток различных источников света
Приведены сравнительные параметры некоторых источников света, значения могут отличаться в зависимости конкретного экземпляра
| Тип источника света | Световой поток (люмен) | Сила света (кандел) | лм/ватт |
| Лампа накаливания 40 Вт | 415 | 35 | 10 |
| Лампа накаливания 100 Вт | 1550 | 1300 | 15 |
| Люминесцентная лампа 40 Вт | 2500 | 2200 | 60 |
| Газоразрядная лампа 35 Вт (ксенон с учетом оптики фары) | 3000 | 15000 | 90 |
| Светодиод Cree XLamp XP-L 6 Вт | 1226 | 550 | 200 |
Мощность излучения, взаимосвязь энергии света и светового потока
Достаточно критичным параметром для оценки эффективности энергопотребления светодиодного светового электронного прибора считается соотношение между излучаемой кристаллом мощностью и мощностью, выделяемой в виде тепла.
Излучаемый полупроводниковым светодиодом свет, как известно, обладает определенной энергией и энергия света зависит от длины волны. В то же время величина силы света не является линейно пропорциональной энергии светового излучения, а зависит от чувствительности рецепторов человеческого глаза. Иными словами говоря, сила света — это мощность светового излучения, которое доступно для восприятия человеческим глазом. Чтобы пересчитать излучаемую энергию (Ватты) в световой поток (люмены), нужно знать длину волны излучения и кривую чувствительности человеческого глаза. Из этого следует, что для монохромного излучения такая вычислительная задача решается вполне тривиально, а для светодиода святящего белым цветом, необходимо еще знать более детально спектр излучения и технологию изготовления, и только исходя уже из этой информации формируется методика рассчёта.
| Цвет излучения | Формула пересчета светового потока в энергию излучения |
Опт. мощность приFv = 100 люмен, Вт |
Сила света при P = 1 Вт, лм |
| красный 650 нм | Р= Fv/68,3 Вт/лм | 1.46 | 68.3 |
| оранжевый 625 нм | Р= Fv/222 Вт/лм | 0.45 | 222 |
| зеленый 555 нм | Р = Fv/683 Вт/лм | 0.15 | 683 |
| синий 465 нм | Р= Fv/68,3 Вт/лм | 1.46 | 68.3 |
| белый | Р= Fv/243 Вт/лм | 0.41 | 243 |
Таким образом можно оценить, что белый светодиод мощностью 1 Вт с эффективностью 100 лм/Вт излучает в виде света 0,4 Вт и 0,6 Вт рассеивает в виде тепла, а лампа накаливания из потребляемых 100 Вт излучает в видимой области спектра только 6 Вт (0,06 Вт на 1 Вт).
Энергия, потребляемая источником света от питающего источника, не полностью преобразуется в излучение.
Особенно это актуально для светодиодных ламп. Кроме потерь энергии в самом светодиоде, мощность теряется в преобразователе питания, часть света задерживается оптикой — отражателями, рассеивателями, линзами. При использовании светодиода с эффективностью 100 lm/Вт, эффективность лампы редко достигает 80 lm/Вт, а для наиболее распространённых источников овещения бывает 60-70 lm/Вт. В итоге, современные светодиодные источники освещения примерно в 10 раз эффективнее теперь уже архаичных ламп накаливания. При этом не стоит забывать главное правило при разработке источника питания для светодиодов: для питания светодиода необходимо использовать именно стабилизатор тока, не путайте со стабилизатором напряжения. В качетве таковых на небольшие токи хорошо зарекомендовала себя микросхема LM317T, на большие же токи чаще используют специализированные микросхемы драйверов, осуществляющих оптимальный токовый режим работы, особенно критичный при больших мощностях.
Основные светотехнические понятия и их практическое применение
В природе существует множество электромагнитных волн с различными параметрами: рентгеновские лучи, γ-лучи, микроволновое излучение и др.
(см. рис. 1). Природа всех электромагнитных волн одинакова, отличаются они лишь длиной волны (или частотой). Из всего этого многообразия человеческий глаз воспринимает только узкий интервал волн в диапазонеот 380нм до 780 нм, вызывающий зрительные ощущения. Электромагнитное излучение, сосредоточенное в этом диапазоне, называется светом. Благодаря свету мы способны получать информацию об окружающем нас мире посредством зрения.
Рис. 1 Многообразие электромагнитных волн
Чувствительность глаза к излучениюна разных длинах волн видимого диапазона неодинакова и характеризуется так называемой кривой относительной спектральной световой эффективности излучениия (см. рис. 2).
Рис. 2. Кривая относительной спектральной световой эффективности излучения
Максимум кривой лежит в жёлто-зелёной области спектра и приходитсяна длину волны 555 нм. Это значит, что глаз наиболее чувствителен к излучениюна этой длине волны.
Для оценки количественных и качественных параметров света введена система световых величин и единиц, которая построена на основе кривой относительной спектральной световой эффективности излучения, т. е.по сути, на чувствительности глаза к излучениюна разных длинах волн.
Рассмотрим основные величины этой системы и то, какое значение они имеют в практической светотехнике.
Для начала остановимся на параметрах, относящихся в первую очередь, к источникам света и световым приборам. Это такие величины, как световой поток, сила света и кривая силы света, КПД, световая отдача, цветовая температура, индекс цветопередачи, коэффициент пульсаций светового потока.
Общее количество света, которое излучается источником света, называется световым потоком (измеряется в люменах — лм). Другими словами, это мощность излучения в видимом диапазоне, оцениваемая по его воздействию на глаз.
На практике источники света используются в составе осветительного прибора (светильника).
При этом на выходеиз светильника световой поток оказывается ниже, чем у самостоятельного источника света. Причина тому — потери в оптической системе светильника. Поэтому говорят о коэффициенте полезного действия — КПД, который показывает отношение светового потока светильника к световому потоку источника света. КПД является важнейшим показателем эффективности оптической системы светильника.
На практике световой поток является одним из основных параметров, и производители источников света обязательно приводят его в своих каталогах и информационных материалах. Однако потребителю зачастую важнее знать поток системы «световой прибор + источник света», но здесь ситуация с указанием этого параметра не так однозначна. Следует различать два направления развития осветительной техники: традиционные ламповые приборы и светодиодные. Для традиционных светильников световой поток не приводится, поскольку такой подход является некорректным.
Это связано с тем, что лампа в такомсветильнике — сменный элемент, и не является его частью. В одноми том же светильнике могут быть применены лампы, имеющие разный световой поток. Это приводит к тому, что световой поток светильника может различаться в зависимостиот того, какая лампа в нём применяется. Поэтому производители традиционных светильников в каталогах приводят КПД (см. рис. 3). Зная поток лампы и КПД, не трудно определить поток светильника.
Рис. 3 Технические параметры традиционных приборов уличного освещения на примере данных, приведённых в каталоге светильников GALAD
В светодиодных приборах светодиоды интегрируются в конструкциюна стадии производства и являютсяих бессменной частью, поэтому ничто не мешает приводить в информационных материалах световой поток светильника (см. рис. 4).
Рис. 4 Технические параметры светодиодных приборов уличного освещения на примере данных, приведённых в каталоге светильников GALAD
Интересная ситуация сложилась на рынке относительно КПД светодиодных светильников.
Он условно принимается равным 100%, хотя по сути это не так. Поскольку некоторая доля света светодиодов в любом случае теряется: при прохождении через защитное стекло, на вторичной оптике, могут быть и другие факторы, определяемые конструктивными особенностями прибора. Если производитель настаивает на том, что КПД его светильников на самом деле близок к 100%, следует насторожиться, ведь в большинстве случаев это не так.
В свете вышесказанного возникает резонный вопрос, если КПД светильников всегда меньше 100%, то зачем вообще нужен световой прибор? Почему быне использовать источники света самостоятельно, получая при этом больше света? Дело в том, что одной из главных функцией осветительного прибора является перераспределение светового потока от источника света в пространстве. Распределение светового потока в пространстве характеризуется кривой силы света — КСС. Говоря бытовым языком, кривая силы света показывает, в каком направлении свет более интенсивный, а в каком — менее интенсивный.
А понятиесилы света можно объяснить как поток в заданном направлении. Сила света измеряется в канделах — кд. Строго говоря, распределение потока в пространстве определяется 3-мерным фотометрическим телом, а КСС — это сечение фотометрического тела определённой плоскостью (см. рис. 5).
Рис. 5. Вид фотометрического тела и КСС, характерный для светильников дорожного освещения
Свет лампы распространяется во все стороны более-менее равномерно, а в большинстве задач необходимо, чтобы свет падал на конкретную плоскость. Тот свет, который не попадаетна эту плоскость, оказывается бесполезным. Поэтому для максимальной концентрации света в нужном месте необходимо специальное светораспределение, которое обеспечивается благодаря отражателю светового прибора. Например, для дорожного освещения максимально эффективно работает тип КСС, представленный на рис. выше. В случае светодиодных светильников ситуация похожая, только свет перераспределяется за счёт вторичной оптики (см.
рис. 6).
Таким образом, получается выгоднее применять источник света в составе светильника, теряя световой поток, но получая более эффективное его распределение. КСС светильника — одна из его основных характеристик, которая зачастую определяет целесообразность применения прибора для освещения данного типа объектов.
Рис. 6. Формирование КСС на примере ламповых и светодиодных светильников уличного освещения
Для оценки целесообразности применения того или иного светильника не менее важно знать, насколько эффективно расходуется электроэнергия при его работе. В светотехнике есть параметр, который называется световая отдача. Это отношение светового потока к потребляемой мощности, т. е. другими словами, сколько люмен получается с 1Вт затрачиваемой электроэнергии. Данный параметр имеет непосредственное отношение к источникам света, ведь сам процесс преобразования электроэнергии в свет происходит именно в источнике. Светильник такой функции не несёт, поэтому применение этого термина к светильникудо некоторых пор считалось некорректным.
Однако на практике потребителю важно сравнивать, насколько один светильник эффективнее другого в плане потребления электроэнергии. Поэтому в последнее время на практике прижилось понятие «световая отдача светильника».
Светильники и источники света конкурируют не толькопо показателям количества света, но и по его качеству. Объективными показателями качества света являются: индекс цветопередачи, цветовая температура и коэффициент пульсации светового потока.
Индекс цветопередачи (Ra или CRI) показывает, насколько источник света хорошо передаёт цвета объектов по сравнениюс эталонными источниками света. За эталонный источник света принимается, например, солнечный свет. Наш глаз видит объекты, потому что отраженный от них свет попадает к намв глаза. Поэтому и восприятие этих объектов зависит от их освещения (см. рис. 7). Невооруженным глазом можно заметить, что при освещении предметов разными типами ламп, передача цвета будет существенно отличаться. Максимальное значение Ra для эталонных источников света принимается равным 100.
Цветовая температура (измеряется в Кельвинах, К), в практическом смысле означает оттенок белого света, который излучает источник. Цветовая температура 2500 — 3500К соответствует тёплому оттенку белого света, 3500 —4500К — нейтральному оттенку, 4500 — 6000 К — холодному.
Рис. 7. Освещение объекта разными типами источников света
Коэффициент пульсации светового потока показывает, насколько сильно будет заметно мерцание лампы светильника. У газоразрядных источников света, работающих с электромагнитными ПРА, величина светового потока меняется с удвоенной частотой силы тока. В России частота переменного тока в сети равна 50 Гц, следовательно, световой поток ламп пульсирует с частотой 100 раз в секунду (см. рис. 8). Электронный ПРА обеспечивает работу ламп на более высоких частотах, и максимально снижает коэффициент пульсации. Светодиоды тоже могут иметь пульсации потока, что определяется параметрами их блока питания.
Глаз не воспринимает такое мерцание, но оно может влиять на утомляемостьне только глаз, но и всего организма человека.
Рис. 8. Пульсация светового потока разрядных ламп, работающих с электромагнитным ПРА
Указанные параметры качества света наиболее важно учитывать во внутреннем освещении. Например, для офисов и торговых залов в СП52.13330.2011 регламентируется значение Ra не менее 80. Для улиц и дорог этот показатель не задаётся, поскольку не является значимым. Всё дело в том, что в офисахи на улице происходит абсолютно разная зрительная работа. В офисах необходимо хорошо различать мелкие детали и цвета объектов, и для этого важно качество света. На улицах достаточно различать крупные объекты, чтобы ориентироваться в пространстве, и для этого высокое качество света не требуется. К примеру, на улицах распространено освещение светильниками с натриевыми лампами высокого давления, индекс цветопередачи которых Ra = 20, и объективно этого вполне достаточно (см.
рис. 9).
Рис. 9. Освещение автомагистрали, выполненное на основе светильников с натриевыми лампами высокого давления GALAD ЖКУ15 Сириус. Натриевые лампы высокого давления дают белый свет характерного оранжевого оттенка с Ra = 20
Рассмотрим другие светотехнические понятия, которые применимы к освещаемым поверхностям. К ним относятся: освещённость, яркость, равномерность распределения яркости и освещённости.
Освещённость — это величина светового потока, приходящаяся на единицу площади освещаемой поверхности. Единица измерения — люкс (лк). По сути, освещённость характеризует количество света на поверхности.
Для понимания, какое значение освещённости является высоким, а какое — низким, можно привести следующие характерные примеры:
— освещённость от полной Луны на поверхности Земли зимой на широте Москвы не превышает 0,5 лк;
— прямая освещённость от Солнцав летний день на широте Москвы может достигать более 10 000 лк;
— нормируемая освещённость на рабочем столе в офисе — 400 — 500 лк;
— нормируемая освещённость на дорогах — 6 — 30 лк.
Яркость поверхности. Далее не приводится физическое определение яркости, а лишь ненаучным языком объясняется суть этого параметра. Количество света на поверхности определяется освещённостью. Однако, глаз видит предмет не за счёт упавшего, а счёт отражённого от него света. Свет, упавший на поверхность, может отражаться по-разному: во-первых, может отражаться сильнее или слабее, что зависит от свойств материала, а во-вторых, он может отразиться в разных направлениях с разной интенсивностью. Поэтому введено понятие яркости, которая представляет собой количество света, попавшего в глаз наблюдателя с единицы площади освещённой поверхности. Глаз человека реагирует именно на яркость. Единицы измерения — кд/м2. В тех случаях, когда материал предмета отражает свет неравномерно в разных направлениях, яркость зависит от направления взгляда на предмет. В таких случаях освещённость и яркостьне связаны прямой зависимостью. Если взять лист обычной матовой бумаги, то подкаким бы углом мы на негоне смотрели, он кажется одинаково светлым, поскольку яркость его по всем направлениям одинакова.
Но еслимы возьмём полированную металлическую поверхность, у которой практически весь падающий свет отражается в одну сторону, то заметим, что при её рассмотрении с разных углов меняется её яркость (см. рис. 10).
Рис. 10. Пример объектов, обладающих разными отражающими свойствами. Слева — яркость предмета не зависитот направления взгляда на предмет, справа — яркость предмета зависит от направления взгляда
В российских нормах освещения объектов основной регламентируемой величиной является освещённость рабочей поверхности внутри и вне помещений. Хотя глаз, как было отмечено, реагирует не на освещённость, а на яркость, нормируется именно освещённость, т. к. она значительно проще рассчитывается и измеряется. Однако в основу нормирования дорожного освещения положена яркость. Это связано с тем, что для современных дорожных покрытий яркость в значительной степени зависит от угла падения, и прямой зависимости между яркостью и освещённостью нет, что не позволяет осуществлять нормирование по освещённости.
Также в нормах ограничивается слепящее действие, которая создаёт осветительная установка, т. е. зрительное неудобство, возникающее при наличии в поле зрения ярких источников. Это характеристика качества освещения. Для общественных зданий для этих целей вводится показатель дискомфорта M, в промышленности — показатель ослеплённости P, в дорог — пороговый коэффициент приращения яркости TI. Слепящее действие осветительной установки может не только причинять дискомфортные ощущения, но и снижать контраст объекта с фоном, снижая видимость объектов.
Слепящее действие осветительной установки зависит от многих факторов, среди которых основными являются: расположение светильников относительно линии зрения и их тип. То, насколько сильное слепящее действие будет оказывать светильник, во многом определяется его конструктивными особенностями. Установлено, что в случае дорожного освещения слепящее действие зависит от значений силы света в зоне углов? 75?, что в свою очередь определяется оптической системой светильника (см. рис. 11). Поэтому эта часть КСС должна быть ограничена. При этом яркость дорожного полотна в большей степени определяется формой КСС в интервале углов 0 — 80?. Поэтому для создания действительно эффективной КСС для дорожного освещения — непростая инженерная задача. Компания-производитель светильников GALAD (Просмотреть каталог), понимая исключительную важность такого подхода, традиционно при разработке светильников уделяет особое внимание именно оптической системе, ведь от неё зависит эффективность КСС светильника.
Рис. 11. Характерная КСС светильника для дорожного освещения
Что касается светильников для освещения интерьеров, в последнее время всё более ярко выражена тенденция использования светодиодных светильников в данной сфере. Такой подход оправдывает себя с точки зрения энергоэффективности, однако многие светильники, представленные на рынке, обладают высокой габаритной яркостью (это яркость видимой светящейся поверхности светильника). Связано это с тем, что светодиоды являются очень яркими источниками света, и иногда даже при наличии матовых рассеивателей не удаётся снизить этот показатель до приемлемого уровня.
А применение специальной оптики нецелесообразно с точки зрения стоимости светильника. Зачастую меры по снижению габаритной яркости путём применения хорошо рассеивающих свет материалов, приводят заодно и к значительному снижению световой отдачи прибора, поэтому здесь важно соблюдать баланс. Компания-производитель светильников GALAD решает этот вопрос за счёт комплектации светильников большим количеством светодиодов меньшей мощности (и соответственно, малой яркости). Это позволяет получать низкую габаритную яркость светильника и очень высокую равномерность яркости светящей поверхности, что выгодно отличает эти модели от обычных светодиодных светильников.
На рис. 12 слева — прибор с неравномерно яркой поверхностью и более высокой габаритной яркостью, справа — светильник GALAD Кайро premio, отличающийся более высокой равномерностью яркости и пониженным значением габаритной яркости. С точки зрения внешнего вида, светильник слева больше подходит для технических помещений, а светильниксправа — для классчического офисного освещения.
Рис. 12. Светильники с разной равномерностью яркости светящейся поверхности
Итак, мы рассмотрели основные светотехнические параметры. Основная цель, которую мы преследовали при подготовке статьи, заключается в том, чтобы описать их смысл простым и понятным языком, а также объяснить их практическое значение. Мы надеемся, что статья будет полезна тем, кто начинает свою деятельность в сфере светотехники.
Светотехнические параметры
Свет, улавливаемый человеческим глазом – это не что иное, как электромагнитное излучение, длина волны которого колеблется в пределах от 400 до 780 нм. Импульсы с параметрами, не входящими в эти границы, нашим зрением уже не воспринимается – это ультрафиолетовое (ниже 400 нм) и инфракрасное (выше 780 нм) излучение. Отрасль светотехники изучает количественные и качественные параметры, характеризующие специфические признаки всех излучающих свет приборов.
Основные количественные показатели осветительных устройств – это освещенность, яркость, сила света и световой поток.
Для любых расчетов в светотехнике необходимо владеть некой базовой информацией, которая включает:
- Габариты помещения – ширину, длину, высоту;
- Коэффициенты отражения пола, стен и потолка;
- Расстояние между осветительным прибором и рабочей поверхностью;
- Коэффициент использования светильников;
- Тип и мощность применяемых ламп;
- Показатель требуемого уровня освещенности.
Оперируя исходными данными и дополнительной информацией, можно рассчитать цифровые значения каждого из четырех светотехнических параметров.
Освещенность
Эта физическая величина характеризует освещение поверхности, которое создается падающим на нее световым потоком. Освещенность рассчитывается в люксах (1 люкс – это 1 люмен на кв. метр поверхности) и находится в прямо пропорциональной зависимости от силы света осветительного прибора. Удаление светильника от освещаемой поверхности уменьшает освещенность в обратной пропорции к квадрату расстояния.
А при наклонном падении лучей на поверхность уменьшение освещенности находится в зависимости от косинуса угла падения лучей.
Освещенность в светотехнике обозначается Е и рассчитывается по формуле:
В случаях, когда для проекта требуется составить точный план построения света, рассчитать освещенность помещений и найти необходимое количество светильников можно, воспользовавшись формулой:
Яркость
Этот параметр, который обозначается знаком L, характеризует яркость ламп и вычисляется в канделах на кв. метр. Это один из главных факторов, участвующих в световом восприятии человеческого глаза. L – это яркость поверхности, излучающей силу света в 1 канделу с поверхности в 1 кв. метр в перпендикулярном направлении.
Именно яркость определяет интенсивность ощущения от того или иного источника света. Грамотное распределение яркости зависит от расположения светильников и отражающих свойств различных поверхностей в помещении. И хоть наши глаза способны адаптироваться к перепадам яркости, резкие скачки вызывают ощутимое утомление.
Световой поток
Этот параметр, обозначаемый символом F (или Ф) и измеряемый в люменах, характеризует мощность излучения осветительного прибора и представляет собой количественный показатель той энергии, которую излучают источники освещения в телесном углу и которая протекает за принятую единицу времени по принятой единице площади.
В отличие от мощности излучения, измеряемой в ваттах, световой поток оценивается исключительно человеческим зрением и зависит от графика чувствительности глаза к различным длинам волн различимого света. Поскольку человеческий глаз обладает неодинаковой чувствительностью к различным длинам волн, имеющим разный цвет, то излучение равной мощности воспринимается им по-разному, в зависимости от цвета длины волны.
Сила света
Силой света называют пространственную плотность светового потока и рассчитывают как отношение исходящего от источника света потока к величине телесного угла, внутри которого он распространяется.
Этот параметр обозначается символом I и измеряется в канделах.
Как следует из формулы, сила света неразрывно связана со световым потоком и выражает его отношение к величине телесного угла. Количественные показатели силы света позволяют судить о преимуществах и недостатках тех или иных осветительных приборов и потому имеют большую ценность. Для измерения этой величины используют специальные приборы – фотометры, показания которых, к сожалению, не отличаются высокой точностью. И дело не столько в устройстве, сколько в индивидуальных особенностях человеческого глаза, который и является главным инструментом фотометрии – науки, изучающей силу света.
Контрольно-измерительные приборы — люксметры, пульсметры, радиометры, яркомеры, измерители давления, скорости воздуха, влажности и температуры воздуха, спектроколориметры
Световой поток создается источником света и воздействует на окружающие предметы. В фотометрии вводятся ещё две величины: одна для характеристики источника света — сила света источника, а другая для характеристики действия света на поверхность тел — освещённость.
Световой поток — мощность светового излучения, т. е. видимого излучения, оцениваемого по световому ощущению, которое оно производит на глаз человека. Световой поток измеряется в люменах (лм).
Например, лампа накаливания (100 Вт) излучает световой поток, равный 1350 лм, люминесцентная лампа ЛБ 40 — 2800 лм, ртутная лампа высокого давления ДРЛ 250 — 13000 лм, а светодиод 40-80 Вт — 6000 лм.
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 x ср). Полный световой поток, создаваемый изотропным источником, с силой света одна кандела, равен 4π люменам. Если телесный угол равен нулю, т. е. лучи строго параллельны, то световой поток также равен нулю. Это означает, что строго параллельный пучок световых лучей не несет никакой энергии, т. е. не имеет физического смысла,— ни в одном реальном опыте не может быть осуществлен строго параллельный пучок.
Это — чисто геометрическое понятие. Тем не менее, параллельными пучками лучей очень широко пользуются в оптике.
Существует и другое определение: единицей светового потока является люмен (лм), равный потоку, излучаемому абсолютно черным телом с площади 0,5305 мм2 при температуре затвердевания платины (1773 °С), или 1 свеча·1 стерадиан.
Без прибора для измерения светового потока не обойтись как производителям световых приборов, так и в научных лабораториях, исследовательских центрах. Правильно сконструированные светодиодные световые приборы по своим эксплуатационным характеристикам и экономичности не уступают и даже превосходят традиционные, например, КЛЛ. Различия светодиодных источников света от традиционных оказывают очень большое влияние на методы испытаний светодиодных источников света, измерение их светового потока, оценку их пригодности для конкретного применения и способы сравнительной оценки светодиодных и традиционных световых приборов.
Следует иметь в виду, что по ряду причин световой поток не является единственным параметром, характеризующим возможности осветительного прибора. Для оценки возможностей светодиодных осветительных приборов и сравнения их с традиционными источниками света вместо понятия «световой поток» лучше использовать термин «полезный свет». Параметром для измерения полезного света является освещённость. Полезный свет характеризует количество света от осветительного прибора, которое достигает освещаемого участка. Это та часть светового потока осветительного прибора, которая эффективно направляется на рабочую поверхность с учетом потерь света.
Благодаря передовым разработкам научно-технического предприятия «ТКА», осуществляющего свою деятельность с 1991 года, на рынке фотометрических измерительных приборов появились отечественные модели. Имеются два существенно различающихся способа измерения полного светового потока: гониометрический метод и метод «интегрирующей сферы» («сферы Ульбрихта»). Для экспресс анализа наиболее удобен в эксплуатации прибор для измерения светового потока одиночных светодиодов «ТКА-КК1» с заводской калибровкой. Полный световой поток одиночных светодиодов, используемых в светильниках, измеряются с использованием интегрирующей сферы. Выгодно отличает «ТКА-КК1» вполне доступная стоимость и отсутствие прямых аналогов. Теперь измерение светового потока можно проводить в режиме реального времени.
Использование светового потока для оценки воспринимаемой интенсивности источника света имеет ряд недостатков, которые усугубляются особенностями спектра излучения светодиодных источников света, особенно в области синего края спектра видимого света. Для контроля более широкой области параметров светодиодов выпускается Спектрофотометр «ТКА-Спектр» (СП) с заводской калибровкой. Полный световой поток, коррелированную цветовую температуру и цветность (цвет) одиночных светодиодов, используемых в светильниках, измеряются с использованием фотометрического шара.
Разница цвета в пределах областей, которые соответствуют стандартам цветовой температуры и цветности, легко заметна. Поэтому на практике производители светодиодов разделяют каждую область на несколько бинов.
Полный световой поток светильника не учитывает потери света. Так как светодиодные световые приборы являются направленными и излучают белый или цветной свет без использования светофильтров, а также без дополнительной фокусировки и экранирования, то и потери света у них гораздо ниже, чем у традиционного оборудования. Светодиодные световые приборы доставляют большую часть излучаемого светового потока до освещаемой поверхности. Следовательно, светодиодные световые приборы с меньшим значением светового потока могут доставить такое же или большее количество полезного света в нужное место, чем традиционные осветительные приборы с большим значением светового потока в люменах.
Несмотря на все недостатки использования понятия «световой поток» для точной оценки воспринимаемой интенсивности некоторых светодиодных источников света, оно широко применяется в светотехнической промышленности. При проведении сравнительного анализа средств освещения часто приходится сравнивать указываемый производителем световой поток светодиодных световых приборов с указанным световым потоком традиционной светотехники.
ООО «НТП «ТКА» занимается выпуском приборов для оценки характеристик микроклимата с 1999 года. Колоссальный опыт работы, постоянное обновление технической базы и использование передовых технологий позволили компании стать лидером в данной области.
2014-03-06
Все статьи
Общие сведения о световом потоке (люмен) и освещенности (люкс) _ YUJILEDS
Мы часто видим данные о световом потоке или освещенности на упаковке лампочек или других ламп. Возможно, вы знаете, что эти два параметра используются для описания яркости света.
Но каковы конкретные определения светового потока и освещенности? В чем разница между ними?
Что такое световой поток?
Световой поток — это мера общего количества видимого света, излучаемого лампой.Он отличается от лучистого потока. Поток излучения — это измерение всего испускаемого электромагнитного излучения (включая инфракрасное, ультрафиолетовое и видимое), которое представляет собой общее количество света объектива. Световой поток — это количество света, которое воспринимает человеческий глаз. Он отражает чувствительность человеческого глаза путем взвешивания каждой длины волны с помощью функции яркости. Таким образом, это взвешенная сумма всех длин волн мощности в диапазоне видимого света, исключая инфракрасный и ультрафиолетовый.
Что такое функция яркости?
Функция яркости описывает относительную чувствительность человеческих глаз к свету с разной длиной волны путем субъективной оценки яркости света разных цветов.
Его не следует считать совершенно точным, но он дает хорошее представление о зрительной чувствительности человеческого глаза и является ценным исходным показателем для экспериментальных целей.
Рисунок 1: Фотопическая (черная) и скотопическая (зеленая) функции светимости
Единица светового потока — Люмен
Единицей светового потока в системе СИ является люмен (лм). Люмен определяется по отношению к канделе, которая является единицей силы света, как
1 лм = 1 кд ⋅ sr
То есть, когда световой угол источника света равен одному телесному углу, а световой поток равен 1 люмену, его сила света составляет 1 канделу.Когда световой поток источника света также составляет 1 люмен, но световой угол становится 1/2 телесного угла, сила света этого источника света считается равной 2 канделам.
И наоборот, когда сила света точечного источника света, который излучает свет во всех направлениях, равна 1 канделе, поскольку полная сфера имеет телесный угол 4π стерадиан, световой поток этого источника света составляет 4π люмен или 12,56 люмен.
Рисунок 2: Графическое представление 1 стерадиана.
Что такое освещенность?
В фотометрии освещенность — это полный световой поток света, падающий на единицу площади. Другими словами, световой поток представляет собой общее количество света, излучаемого источником, в то время как освещенность относится к общему количеству света, получаемого объектом.
Связь между освещенностью и световым потоком аналогична соотношению между энергетической яркостью и потоком излучения, то есть потоком излучения, принимаемым на единицу площади.Однако освещенность взвешивается в соответствии с чувствительностью человеческих глаз к свету с разными длинами волн, что представляет собой интенсивность света, воспринимаемого человеческими глазами.
Единица освещенности — люкс
Единица освещенности в системе СИ — люкс (лк). Он равен одному люмену на квадратный метр.
1 лк = 1 лм / м2 = 1 кд · ср / м2.
В фотографии есть и неметрическая единица освещенности — фут-свеча.
Фут-свеча означает «свечение источника свечи на поверхности на расстоянии одного фута». Таким образом, одна фут-свеча равна одному люмену на квадратный фут или примерно 10 люксам.
И расстояние, и наклон влияют на освещение
Освещенность — это количество люмен на квадратный метр. Это означает, что когда источник света в 1000 люмен освещает площадь в 1 квадратный метр, освещенность в этой плоскости составляет 1000 лк. Когда источник света в 1000 люмен освещает площадь в 10 квадратных метров, освещенность на плоскости становится 100 лк.
Так что, покупая лампочки, мы не должны выбирать их только по количеству люменов. Это связано с тем, что, когда в гостиной и туалете устанавливаются лампы с одинаковым световым потоком, из-за разного размера комнат различие в освещенности, которое может восприниматься глазами, может быть значительным.
Конвертер силы света и светового потока
Конвертер силы света и светового потокаВведение
Много лет назад, когда лампы накаливания широко использовались и почти не использовались.
стандартный источник света для повседневного использования, выбор подходящей лампы был
довольно просто: нужно было «всего лишь» выбрать наиболее подходящую мощность для
предполагаемое приложение.Сегодня все намного сложнее: есть стандартные лампочки накаливания,
галогенные лампы, компактные люминесцентные лампы, люминесцентные лампы и светодиоды
лампы разных видов.
Все эти лампы обладают разной эффективностью и схемой свечения.
выбор намного сложнее.
Просто глядя на мощность лампы в ваттах, мало что можно сказать об эффективном
световой поток.
Чтобы решить эту проблему, сила света I v (выраженная
в канделах) и световой поток F (в люменах) являются
лучший выбор, но, к сожалению, мало кто привык к этим агрегатам
и их значение иногда неверно истолковывают.Производители ламп часто указывают на упаковке одну из этих цифр, но
редко и то и другое, поэтому сравнивая лампу мощностью 1000 лм с другой
произвести 250 кд непросто: будут ли они светиться
такая же яркость?
Цель этого калькулятора — помочь преобразовать люмены в канделы для
выбор соответствующего источника света.
Эта компактная люминесцентная лампа потребляет 20 Вт электроэнергии и
обеспечивает (номинальный) световой поток 1’300 лм.
Предположим, что диаграмма направленности направлена во всех направлениях (угол конуса 360 °), с
с помощью калькулятора, представленного ниже, вы можете оценить силу света около
103 кд.Вы также можете рассчитать эффективность лампы 65 лм / Вт.
(нажмите для увеличения)
Эта светодиодная лампа потребляет 4 Вт электроэнергии и производит (номинальную)
сила света 350 кд в конусе с полным углом 36 °.
С помощью калькулятора, представленного ниже, вы можете оценить световой поток около
108 лм.
Затем можно рассчитать эффективность лампы 27 лм / Вт.
(нажмите для увеличения)
Почему фотометрические единицы?
В физике используются радиометрические единицы : например, заданное излучение
(свет) источник излучает количество мощности P (измеряется в ваттах) и
мы можем легко вычислить интенсивность излучения Дж (измеряется в Вт / стер) или
освещенность E (измеряется в Вт / м 2 ), если мы хотим знать
количество мощности, излучаемой в заданном направлении (телесный угол) или в заданном
поверхность соответственно.
Но когда мы говорим о видимом свете, мы должны учитывать чувствительность человеческого глаза, потому что ощущение яркости зависит от цвета (спектра) света. Поэтому предпочтительны фотометрические устройства .
Фотометрический эквивалент мощности излучения — световой поток. (или сила света) F (измеряется в люменах). Тогда сила света I v (выраженная в канделах) соответствует световому потоку в заданном телесном угле Ом (1 кд = 1 лм / стер), а освещенность E v (измеряется в люксах) соответствует световому потоку на заданной площади (1 лк = 1 лм / м 2 ).
| Радиометрические блоки | Фотометрические блоки |
| Мощность излучения P Вт [Вт] | Световой поток F Люмен [лм] |
| Интенсивность излучения Дж Ватт на стерадиан [Вт / стер] | Сила света I v Кандел [cd = лм / стер] |
| Энергия излучения E Ватт на квадратный метр [Вт / м 2 ] | Освещенность E v Люкс [лк = лм / м 2 ] |
Зависимость силы света от светового потока
В фотометрии световой поток является мерой всего воспринимаемого света.
сила света, тогда как сила света является мерой воспринимаемого
мощность, излучаемая источником света в определенном направлении на единицу твердого тела
угол.Это означает, что максимальная сила света зависит от общей световой
потока источника света, но также и от его диаграммы направленности (то, как свет
источник излучает во всех направлениях).
Общий световой поток — это сумма всех излучаемых потоков
направления, независимо от диаграммы направленности источника света.
Сила света — это световой поток в заданном телесном угле.
Вот два примера разной силы света в двух произвольных конусах,
предположим, что диаграмма направленности этой лампы неоднородна.
Итак, один и тот же источник света, излучающий одинаковый световой поток (те же люмены)
может давать разную силу света (разные свечи) в зависимости от
его способность концентрировать свет.
Если вы поставите линзу перед лампой, чтобы сосредоточить свет в одном направлении,
сила света в этом направлении увеличится, а общая
световой поток остается прежним.
Чем выше способность концентрировать свет в одном направлении, тем терка
сила света.
Эти 2 светодиода имеют один и тот же чип, обеспечивающий одинаковый световой поток
0.2 лм при токе 30 мА.
У того, что слева, есть линза, которая концентрирует свет в узком конусе.
15 °, в то время как тот, что справа, имеет другую линзу, концентрирующую
свет в конусе 30 °.
В результате сила света светодиода слева составляет 3,7 кд.
и 0,9 кд для правого. (нажмите, чтобы увеличить)
Те же 2 светодиода проецируются на экран на расстоянии около 5 см.
Обратите внимание, что светодиод слева дает меньшее и яркое пятно.К сожалению, на этом HDR-изображении разница в яркости едва заметна.
видимый. (нажмите для увеличения)
Точное преобразование силы света в световой поток
Чтобы точно рассчитать общий световой поток F , нам необходимо
учитывать диаграмму направленности I (θ) светового
источник.
Без диаграммы направленности выполнить преобразование невозможно.
Точные числовые данные диаграммы направленности доступны очень редко, но
если у кого-то есть шанс иметь таблицу с красивым графиком диаграммы направленности,
бесплатную программу, такую как Engauge Digitizer, можно использовать для преобразования графика в
числовые значения.Практически все источники света имеют симметричную диаграмму направленности, поэтому мы
используйте только данные от 0 ° до 180 ° (от 0 до π), и мы предполагаем, что это будет
остается неизменным, если устройство вращается вокруг своей оптической оси.
Зная I (θ) , мы можем вычислить эквивалентный телесный угол Ом (в стерадианах):
Чтобы вычислить этот интеграл, вам потребуется числовая вычислительная программа, например
MATLAB, бесплатный Scilab или, возможно, даже электронная таблица.
В любом случае это недоступно для простого калькулятора JavaScript, такого как
тот, который вы найдете на этих страницах.
Обратите внимание, что I (θ) необходимо нормировать по амплитуде перед вычисляя вышеуказанный интеграл, что означает, что макс (I (θ)) = 1 .
Ом представляет собой телесный угол, пропускающий постоянную и однородную поток равен потоку, передаваемому I (θ) в 4π стерадианах (вся поверхность сферы).
На самом деле это должен быть двойной интеграл в θ и φ . покрывает всю сферу вокруг источника света, но из-за симметричная диаграмма направленности большинства источников света, интеграл в φ можно упростить до коэффициента 2π.
Теперь легко рассчитать световой поток F в люменах:
Где I v — максимальная сила света, измеренная в кандела (кд).
Простой преобразователь силы света / потока
Очень часто диаграмма направленности лампы неизвестна, но если мы знаем
ширина луча (расходимость луча) 2θ , которая представляет собой угол конуса
свет излучаемый, мы можем сделать приблизительный расчет.
Это приближение, потому что предполагается, что вся мощность равномерно распределена.
распределяется внутри этого конуса, и снаружи не излучается энергия.
Ширина луча обычно определяется как полный угол конуса 2θ , что составляет
удвоение угла конуса θ между осью и конусом.
На этом чертеже вы можете видеть синим цветом
угол конуса θ и в
красный конус полный
угол 2θ .
В этом приближении мы предполагаем, что весь поток равномерно распределен в указанный конус и что снаружи нет излучения.Это, конечно, не очень точно. Имейте в виду, что реальные цифры могут значительно отличаться, но это лучшее, что вы можете получить только с углом конуса. Но обычно порядок величины правильный. Преимущество в том, что преобразование теперь легко и может быть выполнено с помощью карманный калькулятор или этот конвертер JavaScript.
Зная ширину луча 2θ , мы можем легко вычислить соответствующий телесный угол Ом в стерадианах с:
Тогда мы можем использовать то же уравнение, что и раньше, для преобразования между светящимися поток F и максимальная сила света I v :
Следующий калькулятор выполнит вычисления за вас:
Мобильная версия доступна здесь, если вы
нужно делать преобразования при покупке ламп.
..
Введите все известные данные в калькулятор ниже и оставьте поля вычислить пустое значение, затем нажмите кнопку «вычислить», чтобы вычислить и заполнить бланки. Возможны не все комбинации; если данных недостаточно; всплывающее окно коробка предупредит вас. Убедитесь, что неизвестные поля полностью пусты: пробел не будет Работа.
А как насчет мощности излучения?
Теперь, когда мы знаем световой поток F , можем ли мы вычислить мощность излучения P или наоборот? Что ж, теоретически да, но это не так просто, потому что вам нужно знать спектр P (λ) излучаемого света для расчета соответствующий коэффициент преобразования.Иногда производители предоставляют вам хороший график спектра, иначе вам понадобится измерить его с помощью оптического спектрометра (и если он у вас есть, вы, вероятно, не нужны пояснения на этой странице). Без точных спектральных данных преобразование из F в П .
Предполагая, что вы знаете P (λ) (измерено, оцифровано с графика предоставленные производителем), первое, что вам нужно сделать, это нормализовать в поверхности (поверхность под кривой должна быть равна единице):
Опять же, это недоступно для этого калькулятора JavaScript, и вам понадобится
мощная числовая вычислительная программа.
Убедившись, что P (λ) нормализовано, можно рассчитать коэффициент преобразования лучистого потока в световой η v :
Где В (λ) — стандартное функция яркости (фотопическое зрение), и вы должны интегрироваться для весь видимый спектр (скажем, от λ мин = От 380 нм до λ макс = 770 нм) или не менее участок, где P (λ) отличен от нуля.
Зная η v , теперь возможно преобразование между лучистый и световой поток со следующим соотношением:
Обратите внимание, что η v выражается в лм / Вт, но не эффективность лампы, это просто мера видимости света для человеческого глаза. Эффективность лампы, выраженная также в лм / Вт, также учитывает потери лампы.
Другими словами, если у вас есть точные спектральные данные и подходящий числовой
вычислительное программное обеспечение, вы можете это сделать, но все же вам нужно много мотивации
чтобы преодолеть эти два препятствия.
И не нужно просто покупать лампочку…
Световая отдача лампы
Световая отдача лампы — это соотношение между производимой световой отдачей. поток и используемая электрическая мощность и выражается в люменах на ватт. (лм / Вт), чем выше, тем лучше. В основном это зависит от технологии изготовления ламп: у старых ламп накаливания очень низкий КПД, галогенные лампы немного лучше, люминесцентные лампы и светодиоды имеют лучшая эффективность (для белого света) на сегодняшний день (2013 г.).
Обратите внимание, что используемая электроэнергия отличается от (и всегда выше, чем) мощность излучения обсуждалась ранее. Чтобы вычислить эффективность лампы, нет необходимости рассчитывать или знать лучистая сила.
Эта старинная лампа накаливания потребляет 75 Вт электроэнергии и
обеспечивает (номинальный) световой поток 950 лм.
Предположим, что диаграмма направленности направлена во всех направлениях (угол конуса 360 °), с
С помощью калькулятора, приведенного выше, вы можете оценить силу света около
76 кд.
Вы также можете рассчитать эффективность лампы 13 лм / Вт.
(нажмите для увеличения)
Лампы накаливания, независимо от того, галогенные они или нет, более эффективны для большие силы, потому что чем горячее нить накала генерирует более видимый свет. Таким образом, одна лампочка мощностью 75 Вт и ее 13 лм / Вт эффективнее. чем две лампы мощностью 40 Вт с мощностью всего 10 лм / Вт.
Цветные лампы накаливания имеют очень низкий КПД, потому что большинство свет отфильтровывается цветным стеклом, оставляя только одну часть спектр.С другой стороны, цветные газоразрядные лампы или светодиоды обладают очень высокой эффективностью. потому что излучается только требуемый цвет и не делается никаких компромиссов получить белый свет. По этой причине во многих странах уличные фонари желтые: натриевые лампы. имеют очень хорошую светоотдачу, но излучают уродливый желтый свет.
Для белых ламп в целом наиболее эффективны газоразрядные или светодиодные лампы.
излучают холодный (голубоватый) свет и плохо передают цвета; это может
изменения в будущем.
Наконец, прозрачные лампы имеют лучшую эффективность, чем диффузные, но иногда тревожно смотреть. Добавление диффузора к прозрачной лампе, конечно, снизит ее эффективность.
В следующей таблице приведены обычные значения световой эффективности обычного белого цвета. домашние лампы:
| Тип лампы: | Световая отдача: |
| Эталонные лампы накаливания | 8 … 15 лм / Вт |
| Галогенные лампы накаливания | 15…20 лм / Вт |
| Компактные люминесцентные лампы | 30 … 60 лм / Вт |
| Люминесцентные лампы | 60 … 110 лм / Вт |
| Современные светодиодные лампы | 60 … 100 лм / Вт |
Практически для всех типов ламп, кроме светодиодных, световая отдача больше или меньше.
менее стабильный уже много лет, и здесь нет больших сюрпризов.
Для светодиодов эффективность постоянно повышается: десять лет назад эффективность
Светодиодные лампы были сравнимы с галогенными лампами, первые эффективные светодиоды имели очень
низкие уровни мощности и были практически бесполезны.
Сегодня (в 2013 году) можно купить хорошие светодиодные лампы с превышением КПД.
100 лм / Вт в местном магазине, и эта цифра продолжает расти.
Заключение
Две основные фотометрические концепции, световой поток и сила света имеют были кратко описаны и простой примерный калькулятор для преобразования между два доступны на этой странице. Чем отличаются некоторые аспекты преобразования лучистого потока в световой поток. было объяснено, но, к сожалению, нет простого способа конвертировать между их.Наконец, была обсуждена световая отдача лампы. Цель — помочь сравнить лампы или источники света в целом после завершения технические данные отсутствуют.
Библиография и дополнительная литература
| [1] | Уоррен Дж. Смит. Современная оптическая инженерия — Дизайн оптических систем. 3 rd Edition, McGraw-Hill, 2000 г., Глава 8. |
| [2] | А. Даешлер, Г. Кампоново. Elettrotecnica. Edizioni Casagrande, Беллинцона, 1974 г.,
capitolo 11. |
Что такое люкс? Как измерить световой поток на единицу площади?
Люкс измеряет освещенность. Его символ — «lx».
Практическое применение люкс
Число люкс указывает световой поток на единицу площади. Например, человеческий глаз оперирует световым потоком с большой амплитудой:
- Наше ночное видение в полнолуние возможно с 1 лк
- В очень солнечный летний день наши глаза подвергаются световому потоку в 130 000 лк
- Для защиты наших движений требуется минимум 5 лк.
- Мы легко читаем, пишем или работаем, когда световой поток составляет около 150 лк…
Чтобы понять этот процесс, необходимо рассмотреть три концепции: освещение, свет (лм ) и люкс (лк).Первый рассматривается как световой поток, воздействующий на определенную область; Другими словами, сколько света исходит от источника света на поверхности?
Чтобы узнать ответ, мы можем представить себе процесс освещения, в котором источник света излучает определенное количество света; Согласно международной системе измерений, излучаемый световой поток может быть измерен в люменах (лм).
Чем выше число лм, тем выше интенсивность освещения от источника.
Число люкс указывает световой поток на единицу площади.
Когда излучаемый свет достигает определенной области, используется термин люкс (лк). Это единица измерения, эквивалентная одному люмен / м², с помощью которой можно подсчитать, насколько освещение влияет на данную область. Однако, чтобы оценить количество света, необходимо учитывать такие аспекты, как размеры помещения, высота светильника и его расстояние до целевой поверхности, а также фотометрические данные ламп и их количество.
Следует отметить, что если источник света находится близко к целевой области, люксов будет больше, а если далеко, то будет меньше.Например, светильник излучает две тысячи люмен на площади одного квадратного метра, таким образом, в этой зоне будет излучаться две тысячи люмен, что представляет собой много света. С другой стороны, если такое же количество света используется на площади 20 квадратных метров, освещенность этого пятна составляет всего 200 люкс, то есть меньше света.
Чтобы достичь светового равновесия, человек сможет использовать средства, методы и программное обеспечение для его расчета. Кроме того, следует учитывать эстетические и функциональные аспекты в зависимости от использования каждой области, подлежащей освещению.Использование люксметров позволяет получить оптимальный уровень освещенности.
КАКОЙ ИСТОЧНИК СВЕТА ВЫБРАТЬ?
Световой поток измеряется в люменах (лм) и показывает, сколько света излучает источник света / лампа. В прошлом потребляемая мощность (измеряемая в ваттах) использовалась в качестве эталона для количества света, излучаемого источником света. Поскольку использование ламп накаливания с проволочной нитью накаливания постепенно прекращалось, а на рынок выходила новая технология замены, прежняя эталонная система перестала быть такой полезной, как раньше.Это связано с тем, что новые технологии освещения оказались намного более эффективными, чем традиционные лампы накаливания. Это также является причиной того, что источник света мощностью 25 Вт нельзя напрямую сравнивать с различными другими типами, поскольку световая отдача сильно различается между типами.
В таблице ниже представлены приблизительные данные об энергопотреблении в ваттах (Вт) и световой отдаче в люменах (лм) для различных технологий освещения.
Лампа накаливания | Галогенная лампа | Энергосберегающая лампа | Светодиодная лампа |
25 Вт / 200 лм | 18 Вт / 200 лм | 5 Вт / 230 лм | 3.5 Вт / 250 лм |
40 Вт / 360 лм | 28 Вт / 350 лм | 8 Вт / 400 лм | 5 Вт / 350 лм |
60 Вт / 600 лм | 42 Вт / 630 лм | 11 Вт / 600 лм | 7. |
75 Вт / 800 лм | 52 Вт / 840 лм | 14 Вт / 800 лм | 10 Вт / 800 лм |
100 Вт / 1200 лм | 70 Вт / 1240 лм | 20 Вт / 1150 лм | 18 Вт / 1500 лм |
5 Вт / 600 лмФактически, имеет смысл говорить об эффективности (мощности) световых технологий, которая измеряется в люменах на ватт:
Лампы накаливания | 10 лм / Вт |
Галогенные лампы | 15-18 лм / Вт |
Энергосберегающие лампы | 50-60 лм / Вт |
Светодиодные лампы | 70-80 лм / Вт |
Практическое правило: энергосберегающие лампы имеют в 5-6 раз большую светоотдачу на ватт, а светодиодные лампы в 7-8 раз больше, чем у обычных ламп накаливания.
Цветовая температура говорит нам, насколько горячий или холодный источник света. В то время как свет синего спектра воспринимается как холодный, свет красного спектра воспринимается как горячий. Цветовая температура измеряется в Кельвинах: чем выше рейтинг Кельвина, тем холоднее свет. Мы в странах Северной Европы предпочитаем теплый спектр, который характеризуется низкой цветовой температурой 2600–3000 К. Цветовая температура устаревшей лампы накаливания составляет 2700 Кельвинов.
Воспроизведение цвета указывает на способность источника света воспроизводить цвета.Цветопередача измеряется в Ra (или CRI) — чем выше рейтинг Ra, тем лучше цветопередача. Галогенные лампы и лампы накаливания имеют рейтинг Ra почти 100, в то время как энергосберегающие и светодиодные лампы имеют рейтинг Ra как минимум 80 (это требование закона). Всегда выбирайте источники света с высоким рейтингом Ra для помещений, где особенно важна цветопередача (например, кухня, столовая и лампы для чтения).
Выбор источника света зависит не только от качества света, но и от его функции, потребляемой мощности и покупной цены.У всех источников света есть свои плюсы и минусы, но текущее улучшение соотношения цены и качества светодиодных источников света настолько обнадеживает, что можно ожидать, что светодиоды вытеснят другие типы в течение всего лишь нескольких лет. В свою очередь, мы сможем наслаждаться улучшенным качеством света по более низкой цене.
Светодиодные источники света / лампы
Светодиод — сокращение от Light Emitting Diode, то есть диод, излучающий свет. Светодиодные источники света загораются сразу; они потребляют мало энергии и обычно имеют хорошую цветопередачу.Светодиодный источник света относительно дорогой, но обычно имеет очень долгий срок службы. Большинство светодиодных источников света имеют регулировку яркости. Их следует утилизировать, потому что более 85% их компонентов можно использовать повторно.
ЗДЕСЬ ПОЛЕЗНЫЙ СОВЕТ. Выбирайте лампы класса энергопотребления A + или A ++ со сроком службы 25 000 часов, не забывая выбирать правильную цветовую температуру (2600–3000 кельвинов означает свет теплого спектра).
Энергосберегающие лампы / компактные люминесцентные лампы
Энергосберегающие лампы потребляют мало энергии, имеют длительный срок службы, безопасны в использовании и обычно относительно недороги.Однако потребуется некоторое время, прежде чем энергосберегающая лампа достигнет максимальной производительности. Не все энергосберегающие лампы имеют регулировку яркости. Их необходимо утилизировать с осторожностью, поскольку они содержат ртуть.
ПОЛЕЗНЫЙ СОВЕТ: выберите лампу / лампу не ниже энергетического класса A с минимальным сроком службы 10 000 часов и рейтингом Ra более 90, если вы хотите получить качественную цветопередачу.
Галогенные лампы / галогенные лампы накаливания
Галогенные лампы очень хорошо передают цвет и излучают свет теплого спектра.
Загорается сразу и стоит недорого. Плохая новость заключается в том, что он потребляет много энергии, имеет короткий срок службы и, следовательно, будет дорогостоящим в долгосрочной перспективе.
ЗДЕСЬ ПОЛЕЗНЫЙ СОВЕТ. Когда ваша галогенная лампа накаливания перестает работать, подумайте о замене ее светодиодным источником света.
Световой поток | Психология вики
Оценка |
Биопсихология |
Сравнительный |
Познавательный |
Развивающий |
Язык |
Индивидуальные различия |
Личность |
Философия |
Социальные |
Методы |
Статистика |
Клиническая |
Образовательная |
Промышленное |
Профессиональные товары |
Мировая психология |
Когнитивная психология: Внимание · Принятие решений · Обучение · Суждение · Объем памяти · Мотивация · Восприятие · Рассуждение · Мышление — Познавательные процессы Познание — Контур Показатель
В фотометрии световой поток или световая мощность — это мера воспринимаемой силы света.
Он отличается от лучистого потока, меры общей мощности излучаемого света, тем, что световой поток регулируется так, чтобы отражать изменяющуюся чувствительность человеческого глаза к разным длинам волн света.
Единица светового потока в системе СИ — люмен (лм). Один люмен определяется как световой поток света, создаваемый источником света, который излучает одну канделу силы света на телесный угол в один стерадиан. В других системах единиц световой поток может иметь единицы мощности.
Световой поток учитывает чувствительность глаза путем взвешивания мощности на каждой длине волны с функцией светимости, которая представляет реакцию глаза на разные длины волн.Световой поток — это взвешенная сумма мощности на всех длинах волн в видимом диапазоне. Свет вне видимой полосы не влияет. Отношение полного светового потока к лучистому потоку называется световой отдачей.
Световой поток часто используется как объективная мера полезной мощности, излучаемой источником света, и обычно указывается на упаковке лампочек, хотя он не всегда заметен.
Потребители, заботящиеся об энергопотреблении, обычно сравнивают световой поток различных лампочек, поскольку он дает оценку видимого количества света, которое будет производить лампа, и полезен даже при сравнении различных технологий, таких как лампы накаливания и компактные люминесцентные лампы.Например, обычная лампа накаливания мощностью 100 Вт излучает около 1700 люмен. Примерно такое же количество света может быть произведено на четверть мощности (хотя и при более высоких начальных затратах) компактной люминесцентной лампой мощностью 25 Вт. В статье о световой отдаче есть больше информации об эффективности различных источников света.
Неправильно или, по крайней мере, неточно называть световой поток мерой «яркости», поскольку, например, ближайший источник света может казаться намного ярче, чем удаленный источник с гораздо более высоким световым потоком.Это связано с тем, что не весь излучаемый поток воспринимается вашим глазом, и вы получаете меньше потока от более удаленных источников.
В общем, яркость не имеет однозначного научного значения и должна использоваться только для неколичественных ссылок на физиологические ощущения и восприятие света.
Световой поток — Fagerhult (международный)
Сравнение светодиодов с традиционными решениями легко может превратиться в дело яблок и апельсинов.Свойства, измеренные в лаборатории производителя светодиодов, нельзя напрямую связать с тем, как светодиодный модуль работает в светильнике. Чтобы получить хорошее представление о мощности света, светодиод необходимо поместить в его конкретный контекст освещения.
Световой поток равен световому потоку
Энергоэффективность светодиодного светильника нельзя определить по световому потоку, потому что светодиодные модули не имеют стандартизированного номинального светового потока, как люминесцентные лампы.Причина этого в том, что весь светильник, включая светодиод и электрический балласт, считается эталоном, в результате чего световой поток всегда составляет 100%.
Вместо этого эффективность светодиодного светильника определяется как отношение общего измеренного светового потока (лм) к лучистому потоку, включая балласт (лм / Вт).
Рабочая температура
Тепло оказывает самое сильное негативное влияние на срок службы, яркость и эффективность светодиода. Вот почему Fagerhult при разработке светодиодных светильников следит за тем, чтобы температура компонентов оставалась в пределах спецификаций производителя и соответствовала требованиям нашей собственной политики.Производители светодиодов и пускорегулирующих аппаратов указывают температуру термопары х градусов, но согласно стандарту добавляется запас прочности. Политика Fagerhult, заключающаяся в том, чтобы оставаться ниже указанного значения TC, может привести к разнице в температуре электроники по сравнению со светильником другого производителя. Это сильно влияет на продолжительность жизни, качество цвета и цветопередачу.
Светодиод выходит из строя очень редко, хотя, как и в случае с любыми другими электронными продуктами, частота отказов нормальная.
Вместо того, чтобы ломаться, светодиод со временем генерирует уменьшенный световой поток.
звезд — разница между светимостью, световым потоком и лучистым потоком?
Фотометрические устройства часто могут показаться сложными на первый взгляд.
Яркость
Яркость относится к полной энергии, выделяемой объектом в единицу времени . Эта величина по размерам эквивалентна мощности и поэтому измеряется в джоулях в секунду или ваттах $ (\ mathrm {W}) $.{26} $ $ \ mathrm {W} $.
Сила света
Сила света относится к мощности , взвешенной по длине волны, , излучаемой источником в определенном направлении . Здесь важен взвешенный по длине волны. Поскольку человеческий глаз более чувствителен к некоторым длинам волн, чем к другим, это взвешивание призвано установить стандарт восприятия. Он установлен на $ 555 $ $ \ mathrm {nm} $ — длину волны, к которой человеческий глаз наиболее чувствителен.
{- 1} $.По сути, это принимает во внимание тот факт, что концентрация такого же количества света в меньшем телесном углу заставит его казаться ярче. Определение силы света источника с несколькими длинами волн немного сложнее. Определим следующее:
$ I_v $ — сила света в канделах,
$ I_e $ — интенсивность излучения в ваттах на стерадиан, а
$ \ bar {y} (\ lambda) $ — это стандартная функция яркости, которая взвешивает длину волны.{\ infty} \ bar {y} (\ lambda) \ cdot \ frac {dI_e (\ lambda)} {d \ lambda} d \ lambda $
Световой поток
Световой поток эквивалентен полной взвешенной по длине волны мощности, излучаемой источником. Это похоже на светимость. Он измеряется в просвете $ \ mathrm {lm} $, что эквивалентно кандела-стерадиану $ (\ mathrm {cd} \ cdot \ mathrm {sr}) $. Можно представить это как полезное для человека количество света, излучаемого источником.
Радиометрические единицы
Радиометрические единицы такие же, за исключением того, что они относятся к истинной излучаемой мощности без взвешивания по длине волны.