Прототипы сферы и куба для измерений светового потока

Характеристики спектрофотометров

Спектрофотометры обладают целым набором технических параметров, которые влияют на выбор модели прибора. Даже конструкцию спектрофотометра определяет область его применения.

Выбирая спектрофотометр, нужно узнать, какой источник излучения указан в документации.

Данный параметр обозначается заглавной буквой латинского алфавита:

• свет от электрической лампочки со световой температурой, равной 2856 Кельвинам (A);
• свет солнца, но не прямой, со световой температурой, равной 6774 Кельвинам (C);
• естественное (дневное освещение) со световой температурой, равной 5000 Кельвинам (D);
• естественное (дневное освещение) со световой температурой, равной 6500 Кельвинам (D65).

Диаметр площади для измерения цвета также имеет большое значение. Если предстоит проводить измерение цвета гранул, порошка, искусственных камней либо поверхностей с неоднородным окрашиванием, то нужен прибор с большой апертурой, чтобы была хорошая сходимость итогов измерения. Однако иногда возникает необходимость и в небольшом диаметре площади для измерения цвета.

• Воспроизводимость определяется близостью итогов измерения одного объекта одинаковыми методами и правилами одного документа с использованием разного оборудования и различными лаборантами в различные отрезки времени и в разных лабораториях. 
• Повторяемость определяется близостью итогов измерения одного объекта одинаковыми методами и правилами одного документа с применением одного оборудования в одной лаборатории одним лаборантом.

Приборы спектрофотометры подразделяются на несколько категорий:

1. Если нужны точный анализ цвета, испытания и аттестация сырьевых материалов, то применяют стационарные приборы (для исследований, измерения степени пропускания прозрачных предметов и белизны предмета с ультрафиолетовыми компонентами). Они обладают хорошей прочностью конструкции, большой измерительной головкой и большим измерительным отверстием. В них расширены возможности измерения цвета (можно измерять и на отражение, и на пропускание).
2. Спектрофотометры портативной конфигурации дают возможность измерить цвет в режиме реального времени и на любом этапе производственного процесса. Такие приборы легкие и очень удобные, их можно транспортировать. У них есть не только измерительная головка, но и мощная система микропроцессоров для анализирования информации, полученной во время измерения. Все результаты измерений выводятся жидкокристаллический экран прибора, а в памяти, которая встроена в прибор, можно сохранить большое число данных и допустимые критерии. Эти спектрофотометры функционируют и отдельно от компьютера. Их оснащают угловой, сферической либо многоугловой геометрией измерений.

Разница между светодиодами 3528 и 5050

В числе самых популярных модификаций светодиодов — 3528 и 5050. Что они собой представляют?

Наименование данных электронных компонентов отражает их размер: 3,5 на 2,8 мм. В структуре 1 светодиода рассматриваемого типа присутствует 1,2 или 3 полупроводниковых кристалла.

В результате с помощью соответствующих электронных компонентов можно обеспечивать освещение помещений при использовании 3 цветов.

Распространены вместе с тем и монохромные светодиоды 3528 — они способны светиться белым, синим, красным, зеленым, желтым цветом.

От конкретного цвета электронного компонента зависит уровень освещенности, обеспечиваемый светодиодом. Так, самый высокий показатель имеют белые устройства. Их освещенность может достигать 5,5 люмен. Существенно скромнее освещенность у синих светодиодов — она обычно не превышает 0,85 люмен.

Светодиоды 3528 чаще всего используются как элемент конструкции осветительных лент, различных бытовых приборов.

Основные характеристики рассматриваемых электронных компонентов таковы:

• световой поток — в пределах 5,5 люмен;
• мощность — порядка 0,1 Вт;
• рабочая температура — от минус 40 до 85 градусов;
• номинальный ток — 25 мА;
• напряжение — порядка 3,2 В;
• угол свечения — порядка 120 градусов.

Что представляют собой светодиоды 5050?

Наименование рассматриваемых светодиодов, как и в случае с электронными компонентами типа 3528, отражает их величину — 5 на 5 мм.

Прежде всего следует отметить, что структура светодиода 5050 фактически представлена тремя электронными компонентами типа 3528, смонтированными в одном корпусе.

Поэтому по основным технологическим свойствам они будут довольно схожи со светодиодами 3528. Но между рассматриваемыми электронными компонентами существенны различия в части характеристик:

• световой поток светодиодов 5050 может достигать 18 люмен;
• мощность данных электронных компонентов составляет порядка 0,21 Вт;
• номинальный ток светодиодов 5050 — 60 мА;
• напряжение — около 3,3 В;
• угол свечения — порядка 125 градусов.

Конкретный показатель производительности светодиода (к слову, так же как и в случае с электронным компонентом 3528) зависит от фирмы-производителя, от уровня располагаемой ей инфраструктуры выпуска светодиодов.

Сравнение

Главная особенность светодиодов 3528 и 5050 в том, что первые входят в структуру вторых, образуя, по сути, новое устройство. В связи с этим обнаруживается не одно отличие светодиодов 3528 от 5050 — выше, рассматривая их характеристики, мы убедились в данном факте. Но с технологической точки зрения оба электронных компонента работают по схожим принципам.

Изучив, в чем разница между светодиодами 3528 и 5050, зафиксируем выводы в таблице.

Таблица

Светодиоды 3528	Светодиоды 5050
Что общего между ними?
Светодиоды технологически схожи, в структуре элемента 5050 присутствуют 3 светодиода 3528
В чем разница между ними?
Размер — 3,5 на 2,8 мм	Размер — 5 на 5 мм
Световой поток — до 5,5 люмен	Световой поток — до 18 люмен
Мощность — порядка 0,1 Вт	Мощность — порядка 0,21 Вт
Номинальный ток — 25 мА	Номинальный ток — 60 мА
Угол свечения — 120 градусов	Угол свечения — 125 градусов

Параметры

Radex Lupin

Параметры прибора очень достойные, погрешность измерений не более 10%, что соответствует значению дорогих.

Технические характеристики

Диапазон освещенности	10-200000 Люкс
Диапазон яркости	3-70000 Кандел
Диапазон пульсации	1-100%
Относительная погрешность измерения	10%
Диапазон температур	от -10° до +40°
Габаритные размеры	101x42x17 мм.
Масса	50 грамм

В комплекте устройства входит:

1. сам прибор Радэкс Люпин;
2. кабель USB;
3. зарядное на 1 Ампер;
4. ремешок для ношения на шее.
5. инструкция и другие бумажки.

Только не хватает чехольчика для постоянного ношения, иначе быстро будет царапаться и мараться.

Расчет светового потока

Лампа LED D60х108мм Матовая колба 320º 1600Лм A60 23229, Gauss

Для вычисления светового потока можно применить специальный измерительный прибор или ориентироваться на показатель светоотдачи в зависимости от потока:

• светодиодная лампочка в матовой колбе – мощность прибора, умноженная на 80 лм/Вт, будет величиной светового потока;
• филаментные источники – мощность лампы умножается на 100 лм/Вт;
• энергосберегающие устройства КЛЛ – умножается на 60 лм/Вт;
• ДРЛ – мощность требуется умножить на 58 лм/Вт.

Эффективность метода зависит от интенсивности светового потока в лампе, норм освещенности, коэффициентов запаса (чистота объекта и тип источника), использования светопотока, поправочного, количества светильников, площади комнаты. При расчетах также ориентируются на конструкцию устройства, наличие защитного покрытия.

Освещенность

Освещенность представляет собой поверхностную плотность светового
потока, падающего на освещаемую поверхность. При равномерном
распределении светового потока F в пределах освещаемой поверхности
S значение освещенности можно определить как:

E = F / S.

Освещенность и сила света точечного источника света при нормальном
падении лучей (поверхность перпендикулярна лучам) связаны следующим
соотношением:

E = I / r²,

где r — расстояние от источника света до освещаемой поверхности.

Это выражение называется законом квадратов расстояний. Его
сформулировал еще в 1604 г. немецкий астроном Иоганн Кеплер. Следует
помнить, что освещенность будет оставаться постоянной вдоль пучка лучей
только тогда, когда они параллельны.

Рис. 5. К определению освещенности поверхности

Если лучи от источника падают на поверхность под углом φ к нормали
(рис. 5), то тот же световой поток F распределяется по площади, в
1 / cosφ раз большей, чем S (по площади S / cosφ), и формула примет вид:

E = I·cosφ / r²,

Закон квадратов расстояний приемлем для расчета освещенности,
создаваемой осветительными приборами, но минимальное значение r
определяется таким параметром осветительного прибора как рабочее
расстояние.

Следует добавить, что освещенность поверхности может создаваться
не одним источником, как показано на рис. 5, а любым числом произвольно
расположенных источников, посылающих свет на освещаемую поверхность (или
ее элемент) с различных направлений и под разными углами к ее нормали.
Тогда общая освещенность будет равна сумме освещенностей поверхности
в данной точке от различных источников света:

E = E₁ + E₂ + E₃ + … + E_n.

Эта формула представляет собой закон аддитивности, из которого
следует, что общая освещенность равна сумме освещенностей поверхности
в данной точке от различных источников света.

Единицей освещенности является люкс (лк, от лат. lux — свет).
То есть, 1 лк = 1 лм / 1 м². Внесистемная единица освещенности:
1 фот = 1 лм / 1 см². В США, Англии и других странах в качестве единицы
освещенности часто используется фут-кандела: 1 фут-кандела =
1 лм / 1 фут² = 10,764 лк.

Главные характеристики света

Человек видит спектр цветов – малую часть диапазона электромагнитных волн. Его характеристики влияют на комфортность среды пребывания и самочувствие человека. Существует определение для одного из свойств – световой поток (Ф), который измеряют в люменах (лм). Мощность светового потока источника характеризует вызванное ощущение восприятия света. По его распределению для замкнутого пространства выделяют потоки света: прямого, рассеянного, отраженного. Чем больше света, тем выше число люменов.

Важно! Этот параметр не определяет интенсивность, яркость или производительность свечения, потому что учитывает весь рассеянный поток. Для того, чтобы измерить световой поток требуется много времени и при этом нужно учитывать пространственные характеристики явления

Главная характеристика источника – сила света (I), определяющая интенсивность излучения в направлении потока. Она вычисляется через частное светового потока (Ф) и телесного угла (ꭥ) в стерадианах (ср), внутри которого распределяется. В СИ единицу измерения силы света, кандела, обозначают кд, cd.

Вам это будет интересно Особенности дифференциального тока

Важно! Восковая свеча излучает с около одной канделы (от лат. candela), и ранее эта единица измерения называлась «свечой»

Величина кандел показывает световое излучение точечного источника света на самом интенсивном его направлении.

Покупатели ламп обычно оценивают яркость по мощности потребления (Вт) источника. При хорошей яркости получается четкое и контрастное видение предметов. Однако и слабый, и очень яркий свет неблагоприятен для деятельности человека. Яркость (L) определяется плотностью силы света в направлении поверхности и вычисляется делением I на площадь проекции на перпендикулярную поверхность (зависит от cos угла).

Измеряют показатель яркости (L) света в кд/м². Главной характеристикой восприятия светового ощущения глазами является яркость освещаемой поверхности или источника.

Световая отдача (H) фиксирует экономичность преобразования электрической мощности в световую. При переходе от электрической энергии к световой появляются потери, что вызывает снижение показателей яркости излучения. Измеряют световую отдачу в люменах на ваттах. Можно вычислить световой поток, зная среднее значение световой отдачи.

Практичную светоотдачу имеют светодиодные лампы (потери менее 5%).

Важно! Существуют стандарты качества освещения для помещений, а также для растений или для животных. Освещенность характеризуется отношением светового потока к площади поверхности

Состав

Теория интегрирующей сферы предполагает однородную внутреннюю поверхность с коэффициентом диффузного отражения, приближающимся к 100%. Отверстия для выхода или проникновения света, используемые для детекторов и источников, обычно называются портами. Общая площадь всех портов должна быть небольшой, менее примерно 5% площади поверхности сферы, чтобы теоретические предположения были верными. Поэтому неиспользуемые порты должны иметь подходящие заглушки, при этом внутренняя поверхность заглушки покрыта тем же материалом, что и остальная сфера.

Интегрирующие сферы различаются по размеру от нескольких сантиметров до нескольких метров в диаметре. Меньшие сферы обычно используются для рассеивания входящего излучения, в то время как более крупные сферы используются для измерения интегрирующих свойств, таких как световой поток лампы или светильников, которые затем помещаются внутри сферы.

Если входящий свет некогерентен (а не лазерный луч), то он обычно заполняет порт источника, и отношение площади порта источника к площади порта детектора имеет значение.

Перегородки обычно вставляются в сферу, чтобы блокировать прямой путь света от порта источника до порта детектора, поскольку этот свет будет иметь неравномерное распределение.

Расчет освещенности

Для расчёта необходимого количества осветительных приборов существует две основные формулы – простая и сложная, дающая более точный расчёт. На практике достаточно простой формулы. Она не требует серьёзных знаний и вполне решаема даже без калькулятора.

Шаг первый – рассчитать величину светового потока, требуемого для помещения (измеряется в Люменах).

Для этого стоит прибегнуть к простой формуле А * B * C, где:

1. Норма освещённости выбранного объекта.
2. Площадь объекта.
3. Коэффициент высоты потолков. При высоте потолков от 2.5 до 2.7 метров он равен 1, от 2.7 до 3 метров – 1.2, от 3 до 3.5 метров – 1.5 и от 3.5 до 4.5 метров – равен 2.

Вторым шагом будет расчёт нужного количества ламп и их мощности. Для этого необходимо разделить полученное в первых расчётах число на величину светового потока указанную на лампах в подобранных осветительных приборах

При этом важно помнить, что чем больше используется приборов, тем равномернее освещение

Пример расчёта 1

Дано: жилая комната площадью 20 квадратных метров с потолком высотой 2.7 метра и осветительными приборами, оснащёнными лампочками накаливания мощностью 60 Вт.

Сначала рассчитываем необходимый световой поток для данного помещения:

150 * 20 * 1 = 3000 Люмен.

Затем узнаем необходимое количество ламп для нормальной освещённости комнаты. Для этого сначала надо уточнить световой поток 60 Вт лампочки накаливания. В среднем они выдают от 600 до 800 Люмен.

Возьмём среднее значение в 700 Люмен:

3000 : 700 = 4.28571

Округляем в большую сторону – до 5 – это и будет необходимым количеством осветительных приборов, оснащённых одной лампочкой. Мощностью 60 Вт. Но стоит иметь ввиду, что большее количество менее мощных ламп позволяет получить более равномерную засветку.

Более сложная, но с этим и более точная формула требует перед началом расчётов собрать некоторое количество данных:

1. Первым делом надо измерить комнату, для которой рассчитывается освещение. Необходимы такие параметры, как высота, длина и ширина комнаты.
2. Затем по нормативам необходимо определить коэффициент отражения стен, потолка, и пола.
3. Следующим шагом будет нахождение коэффициента применения. Для этого рассчитывается расстояние от рабочей поверхности до светильника. Также на этом этапе необходимо определиться с типом и мощностью установленной в нём лампочки.
4. По таблице из СНиП определяем норму освещённости помещения.

Рассчитываем площадь помещения (S):

S = a * b

где:

a – длина помещения;

b – ширина помещения.

Рассчитываем индекс помещения (Ф):

Ф = S / (( h1 – h2 ) * ( a + b ))

где:

h1 – высота от пола до потолка;

h2 – высота от рабочего места до потолка.

Рассчитываем количество осветительных приборов (N):

N = ( E * S * 100 * Кз ) / ( У * p * Fi )

где:

E – освещённость помещения;

S – площадь помещения;

Кз – коэффициент запаса;

У – коэффициент использования ламп;

p – количество ламп;

Fi – поток света одной лампы.

Необходимый уровень освещения в разных комнатах

Пример расчёта 2

Дано: жилая комната размером 9 на 6 метров с потолком высотой 3.2 метра. Осветительными приборами были выбраны четыре люминесцентные лампы по 18 Вт каждая. Расстояние от рабочей поверхности до пола 0.8 метра, коэффициент запаса – 1.25, коэффициент отражения пола равен 10, стен – 30, потолка – 50.

Производим расчёт площади:

S = 9 * 6 = 54 кв. м

Далее узнаём индекс помещения:

Ф = 54 / (( 3.2 – 0.8 ) * ( 6 + 9 ) = 1.5

Коэффициент использования ламп в жилых комнатах – У – равен 51.

Производим дальнейшие, окончательные расчёты:

N = ( 300 * 54 * 100 * 1.25 ) / ( 51 * 4 * 1150 ) = 8.63

Всегда округляем в большее число – получаем 9. Это и есть необходимое для правильной организации освещения количество ламп.

Теория

Теория интегрирующих сфер основана на следующих предположениях:

• Свет, падающий на стороны сферы, рассеивается диффузным образом, т.е. коэффициент отражения Ламберта.
• Только свет, который был рассеян в сфере, попадает в порты или детекторы, используемые для исследования света.

Используя эти предположения, можно рассчитать сферический множитель. Это число представляет собой среднее количество раз, когда фотон рассеивается в сфере, прежде чем он будет поглощен покрытием или улетит через порт. Это число увеличивается с отражательной способностью покрытия сферы и уменьшается с соотношением между общей площадью отверстий и других поглощающих объектов и внутренней площадью сферы. Для получения высокой однородности рекомендуемый множитель сфер составляет 10-25.

Теория далее утверждает, что если вышеупомянутые критерии выполнены, то освещенность любого элемента площади на сфере будет пропорциональна общему потоку излучения, поступающему в сферу. Абсолютные измерения светового потока экземпляра затем могут быть выполнены путем измерения известного источника света и определения передаточной функции или калибровочной кривой.

Материалы

Оптические свойства футеровки сферы сильно влияют на ее точность. Необходимо использовать разные покрытия в видимом, инфракрасном и ультрафиолетовом диапазонах волн. Источники освещения высокой мощности могут нагреть или повредить покрытие, поэтому интегрирующая сфера будет рассчитана на максимальный уровень падающей мощности. Используются различные материалы покрытия. Для света видимого спектра ранние экспериментаторы использовали отложение оксида магния , а сульфат бария также имеет очень плоскую отражательную способность в видимом спектре. Различные запатентованные соединения ПТФЭ также используются для измерений в видимом свете. Для инфракрасных измерений используется тонко нанесенное золото.

Важное требование к материалу покрытия – отсутствие флуоресценции. Флуоресцентные материалы поглощают коротковолновый свет и повторно излучают более длинные волны

Из-за большого количества рассеяний этот эффект гораздо более выражен в интегрирующей сфере, чем для материалов, облучаемых нормально.