Fotopiskā un skopiskā lūmena parametru analīze

Fotometriskās mērīšanas sistēmas apgaismojuma inženierijā: fotopisko un skopisko lūmena parametru analīze

Autors: Kevins Rao, 2025. gada 1. decembris

Apgaismojuma sistēmu optiskajai novērtēšanai ir nepieciešami mērījumu standarti, kuru pamatā ir cilvēka redzes fizioloģiskas īpašības. Cilvēka tīklenē ir divu veidu fotoreceptoru šūnas: konusi un stieņi, kas atbilst dažādām spektrālās reakcijas līknēm. Starptautiskā apgaismojuma komisija (CIE) attiecīgi ir definējusi fotopisko gaismas efektivitātes funkciju V(λ) un skotopisko gaismas efektivitātes funkciju V'(λ), izveidojot divas neatkarīgas fotometriskas mērīšanas sistēmas.

Fotoattēla lūmena mērīšanas standarts

Fotopiskie lūmeni ir balstīti uz CIE 1931 Standard Observer konusa reakcijas līkni ar maksimālo jutību, kas mērīta 555 nm dzeltenajā{2}}zaļajā reģionā. Šī sistēma attiecas uz apgaismojuma vidi ar spilgtumu virs 3 cd/m², kas atbilst dienas āra apstākļiem un standarta iekštelpu darba vietām. Mērinstrumenti ir kalibrēti saskaņā ar ISO/CIE 19476 standartu, kam nepieciešams spektrālās neatbilstības indekss f1' Mazāks vai vienāds ar 3%.

Rūpnieciskā apgaismojuma projektēšanā fotopiskā lūmena vērtības tieši korelē ar apgaismojuma prasībām, kas noteiktas tādos standartos kā GB50034-2013. Lai uzturētu 500lx uz biroja darba plaknes, nepieciešams fotopiskā lūmena blīvums, kas nav mazāks par 300 lm/m².

Skotopiskais lūmena mērīšanas princips

Skotopiskie lūmeni ir balstīti uz CIE 1951 scotopisko funkciju V'(λ), ar maksimālo jutību pie 507 nm zilajā{2}}zaļajā reģionā. Šī mērīšanas sistēma ir piemērota vidēm ar spilgtumu zem 0,01 cd/m², piemēram, mēness apgaismojuma apstākļos vai dziļās pazemes telpās. Skotopiskajam mērījumam ir jāizmanto tumši{6}}pielāgotas fotometriskas zondes, ievērojot CIE 198:2011 mezopiskās fotometrijas rokasgrāmatu.

Skotopiskajiem lūmena parametriem ir izšķiroša nozīme tuneļa apgaismojuma pārejas zonu projektēšanā. Saskaņā ar specifikāciju JTG/T D70/2-01-2014 spožums tuneļa ieejas posmos jāprojektē ar gradienta samazināšanās līkni, kuras pamatā ir skopiskā lūmena vērtības.

Tehnisko parametru salīdzināšanas tabula

S/P attiecības inženiertehniskais pielietojums

S/P attiecība tiek definēta kā gaismas avota skotopisko lūmenu attiecība pret tā fotopiskajiem lūmeniem. Šim parametram ir praktiska nozīme mezopiskā apgaismojuma dizainā. Saskaņā ar CIE 191:2010 mezopiskā vide svārstās no 0,01 līdz 3 cd/m², kas atbilst pilsētas ielu apgaismojumam un stāvvietām.

Gaismas avoti ar augstu S/P attiecību nodrošina augstākus vizuāli efektīvus lūmenus tādai pašai fotopiskā lūmena jaudai. Inženierpraksē LED gaismas avoti ar S/P attiecību virs 1,2 var samazināt ceļa apgaismojuma jaudas blīvumu par 15-20%, vienlaikus saglabājot līdzvērtīgu vizuālo redzamību.

Spektrālās optimizācijas tehnoloģija
LED mikroshēmas viļņu garuma kombināciju un fosfora attiecību regulēšana ļauj precīzi kontrolēt gaismas avota S/P attiecību. Izmantojot 450 nm zilās mikroshēmas ar šauriem -FWHM luminoforiem, var sasniegt optimizētus spektrus ar S/P attiecību 1,3–1,5. Šādi gaismas avoti ceļa apgaismojumā var samazināt vadītāja reakcijas laiku par 0,2-0,3 sekundēm.

Rūpniecisko lietojumu scenāriji

Ceļu apgaismojuma dizains
Saskaņā ar standartu CJJ45-2015 ātrgaitas ceļu apgaismojumā ir vispusīgi jāņem vērā fotopiskā apgaismojuma un skopiskā spilgtuma parametri. Projektēšanas procesā tiek izmantoti mezopiski fotometriskie modeļi, lai optimizētu energoefektivitāti, pielāgojot S/P attiecību. Faktiskie projekta dati liecina, ka LED ielu apgaismojuma izmantošana ar S/P attiecību 1,4 samazina sistēmas enerģijas patēriņu par 18%, vienlaikus saglabājot tādu pašu vizuālo redzamību.

Tuneļa apgaismojuma vadība
Tuneļa apgaismojums ir paredzēts atsevišķi ieejas zonai, pārejas zonai, iekšējai zonai un izejas zonai. Apgaismojumam pārejas zonā jābūt balstītam uz skopiskiem lūmena parametriem, lai izveidotu spilgtuma samazināšanās līkni pēc eksponenciālās funkcijas modeļa. Pašreizējās specifikācijas nosaka, ka spilgtuma samazināšanās ātrums pārejas zonas garumā nedrīkst pārsniegt 1:10.

Rūpnieciskās drošības apgaismojums
Apgaismojumam bīstamās darba zonās jāatbilst gan fotopiskā apgaismojuma prasībām, gan skopiskā kontrasta prasībām. Saskaņā ar GB/T 26189-2010 apgaismojuma sistēmām augsta-bīstamības darba zonās S/P attiecībai jābūt ne zemākai par 1,2, lai nodrošinātu šķēršļu atpazīšanas spēju vāja apgaismojuma apstākļos.

FAQ

Skotopisko lūmenu mērīšanas metode
Skotopiskā lūmena mērījumi jāveic tumšās telpas vidē, zondēm veicot 30 minūšu adaptāciju tumsai. Mērījumu sistēmas spektrālā reakcija ir jākalibrē atbilstoši funkcijai V'(λ) ar kalibrēšanas nenoteiktības prasību, kas ir mazāka vai vienāda ar 5 %.

S/P attiecības standarta diapazons
Vispārējā apgaismojuma LED avotu S/P attiecība svārstās no 0,8 līdz 1,5. Ceļu apgaismojumam paredzēto avotu S/P attiecībai ir jābūt no 1,2 līdz 1,4. Avoti, kas ir mazāki par 0,9, nav piemēroti mezopiskām vidēm.

Inženiertehnisko lietojumprogrammu konversijas koeficients
Mezopiskā vidē pārveides koeficients starp fotopisko apgaismojumu un skopisko apgaismojumu ir 0,8–1,2, un konkrētā vērtība ir atkarīga no apkārtējā apgaismojuma līmeņa un gaismas avota spektrālā sadalījuma.

Mērinstrumentu sertifikācijas prasības
Skotopisko mērījumu instrumentiem jābūt CNAS sertifikācijai. Kalibrēšanas sertifikātos jāiekļauj V'(λ) atbilstības dati. Ikgadējā kalibrēšanas cikla laikā instrumenta novirze jākontrolē 3% robežās.

Standarta atbilstības pārbaude
Apgaismojuma dizaina priekšlikumi jāiesniedz kopā ar trešās puses{0}}laboratorijas testu ziņojumiem. Pārskatos jāiekļauj gaismas avota spektrālās jaudas sadalījums, S/P attiecība un aprēķinātie mezopiskā spilgtuma dati.

Tehnisko standartu atsauces

CIE 1931 standarta kolorimetriskā novērotāja spektrālās trīsstimulu vērtības

CIE 1951 Scotopic spektrālās gaismas efektivitātes funkcija

ISO/CIE 19476:2014 Fotometra kalibrēšanas specifikācija

CIE 191:2010 ieteicamā sistēma mezopiskajai fotometrijai

JTG/T D70/2-01-2014 Detalizēti noteikumi autoceļu tuneļa apgaismojuma projektēšanai