FP 4 Měření parametrů světelných zdrojů a osvětlení Úkoly : 1. Určete a porovnejte normované prostorové vyzařovací charakteristiky určených světelných zdrojů (žárovky, LD dioda) pomocí fotogoniometru 2. Určete a porovnejte spektrální složení záření určených světelných zdrojů (žárovka, halogenová žárovka, LD dioda, laserová dioda, zářivka, slunce) pomocí spektrofotometru 3. Proveďte kolorimetrické vyhodnocení spektrálního složení záření různých světelných zdrojů a stanovte jejich ekvivalentní barevnou teplotu 4. Proveďte měření a posouzení osvětlení interiéru s pomocí digitálního luxmetru Postup : 1. Určení prostorové vyzařovací charakteristiky světelných zdrojů Měření bude prováděno na fotogoniometru Meopta, jehož principiální schéma je naznačeno na obrázku 1. Postup měření je následující: 1) měřený světelný zdroj (např. halogenovou žárovku, LD diodu) upneme do posuvného držáku. 2) výškově posouváme držákem žárovky tak dlouho, až se vlákno měřené žárovky nachází ve středu otočného kruhového ramena (odměříme posuvným měřítkem) 3) detektor záření, který je posuvně umístěn na kruhovém rameni fotogoniometru, nastavíme do výchozí polohy (bod, který se nachází na
ose základního hřídele fotogoniometru) a pomocí digitálního voltmetru změříme elektrický signál z fotodetektoru 4) začneme postupně odečítat úhlovou polohu otočného ramena ϕ a úhlovou polohu detektoru na kruhovém ramenu θ, tj. změříme signál z detektoru pro danou polohu ramena a detektoru. Signál z detektoru je přímo úměrný svítivosti vyšetřovaného světelného zdroje v uvedeném směru. Měřená žárovka Posuvný držák žárovky Základní hřídel Vodorovná stupnice Fotodetektor Otočné kruhové rameno s úhlovou stupnicí Podstavec Obr. 1: Schéma fotogoniometru Měření provádíme tím způsobem, že pro danou hodnotu θ detektoru ve svislém směru natáčíme kruhové rameno postupně ve vodorovném směru o úhel 30 o v celém rozsahu 0 o 360 o. Poté posuneme detektor na kruhovém ramenu o úhel 10 o a celé měření opakujeme (v opačném směru otáčení!!!). Pro jednotlivé polohy fotodetektoru zapisujeme hodnoty napětí do přiložených tabulek (každá trabulka pro 1 zdroj) a ty poté zadáme do počítače (šablona tabulky je uložena ve složce Dokumenty v souboru fotogoniometr_tabulka_template.xls). Při zpracování prováděného měření na počítači si každá skupina vytvoří nový adresář ve složce Dokumenty a do tohoto adresáře si překopíruje soubor s šablonou tabulky (fotogoniometr_tabulka_template.xls) pro vyplňování hodnot. Soubor přejmenujte a název zvolte podle měřeného zdroje napr. zarovka.xls). Hodnoty měřeného napětí se poté zadávají do tabulky na Listu1 (Obr 2).
Prostorová vyzařovací charakteristika 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 0 30 60 90 120 150 180 210 240 270 300 330 360 Obr. 2: Tabulka pro zadávání dat Zadávané naměřené hodnoty se zpracují a upraví pomocí připraveného Fotogoniometr (viz.obr.3) - ikona programu je umístěna na pracovní ploše počítače. Obr. 3: Ukázka programu Fotogoniometr
Po spuštění tohoto programu je nutno načíst data pomocí standardního okna prostředí MS Windows. Program provede zpracování dat a umožňuje následný export grafických výstupů. Je možno provést export všech výstupů tj. 6 svislých řezů vyzařovací charakteristiky, které odpovídají jednotlivým polohám otočného kruhového ramena, pro něž bylo měření prováděno, prostorové grafické znázornění vyzařovací charakteristiky měřené žárovky a vodorovný řez θ = 90 o v rovině vlákna žárovky. Do výsledného protokolu o měření (úvodní hlavička je ve složce Dokumenty) bude zahrnut stručný teoretický úvod o základních fotometrických veličinách a použití vyzařovacích charakteristik světelných zdrojů v praxi, popis samotného fotometrického měření a naměřené numerické hodnoty v tabulkách. Pro každý světelný zdroj bude uveden graf normované prostorové vyzařovací charakteristiky a její dva nejvýznačnější svislé řezy (tj. dva navzájem kolmé řezy, které se nejvíce odlišují) a jeden vodorovný řez pro úhel θ = 90 o. Měl by být připojen komentář a závěr k uvedenému měření (tj. porovnání vyzařovacích charakteristik jednotlivých zdrojů). Při počítačovém zpracovávání v laboratoři je vhodné mít s sebou zálohovací médium pro uložení naměřených dat (USB disk). 2. Určení spektrálního složení záření světelných zdrojů Měření spektrálního složení záření vybraných světelných zdrojů (žárovek a diod) provedeme pomocí vláknové sondy spektrofotometru USB2000 od firmy Ocean Optics (obr.4). Obr. 4: Schéma měření spektrálního složení světelných zdrojů
Měření se provede následujícím způsobem: 1) do zdroje stejnosměrného elektrického napětí (12 V) se zapojí držák se světelným zdrojem (žárovkou nebo diodou) 2) žárovku postavíme na stojánek a provedeme měření spektrálního složení záření vybraných světelných zdrojů pomocí ovládacího software spektrofotometru OOIBase32, ke kterému je přiložen podrobný návod. Při práci se spektrofotometrem dbejte pokynů vyučujícího. 3. Kolorimetrické vyhodnocení spektrálního složení záření světelných zdrojů S pomocí ovládacího software ke spektrofotometru Spectra Suite proveďte kolorimetrické vyhodnocení spektrálního složení záření různých světelných zdrojů a stanovte tzv. ekvivalentní barevnou teplotu testovaných světelných zdrojů (obr.5). Obr. 5: kvivalentní barevná teplota kolorimetrický trojúhelník Zdroj záření s ekvivalentní barevnou teplotou T má z hlediska lidského vnímání stejnou chromatičnost ( stejnou barevnost ) jako záření absolutně černého tělesa o teplotě T.
4. Měření a posouzení osvětlení interiéru s pomocí digitálního luxmetru Proveďte měření osvětlení pracovní plochy s využitím digitálního luxmetru. Pro různé typy prostor a různé druhy pracovní činnosti jsou stanoveny minimální hodnoty intenzity osvětlení. Pro ukázku jsou uvedeny některé minimální hygienické limity pro osvětlení vnitřních prostor v následující tabulce (Tab 1) Požadavek umělého Místo, případně činnost osvětlení v lx 50 až 100 Celkové nebo odstupňované osvětlení obytné místnosti s místním osvětlením 200 až 500 Celkové nebo odstupňované osvětlení pracovních prostorů bez místního osvětlení 200 Společné jídlo 300 Studium, psaní, kreslení, kuchyňské práce aj. 500 Jemné ruční práce 75 Komunikace v bytě 100 Obytné kuchyně, koupelny, WC Tab. 1 - Požadavky na umělé osvětlení podle ČSN 36 0452 Umělé osvětlení obytných budov Měření se provádí ve srovnávací rovině (ve výšce 0,85m nad podlahou) na pravidelné síti měřicích bodů s maximálním rozestupem 20 cm. Minimální počet měřicích bodů n při měření celkového osvětlení místnosti lze určit jako 1 ab n = =, k 5h( a + b) kde a, b jsou rozměry měřené místnosti, h je výška svítidla nad srovnávací rovinou a k je tzv. činitel místnosti. Pro hodnocení horizontálního osvětlení pracovní plochy pak používáme následující charakteristiky: Průměrná hodnota osvětlení P, HR n HR, i i= = 1 n
Maximální hodnota osvětlení Minimální hodnota osvětlení Rovnoměrnost osvětlení max, HR = max( HR, min, HR = min( HR, r = min, HR P, HR i i ) ) Hodnoty rovnoměrnosti osvětlení musí splňovat následující podmínky: Pro trvalý pobyt r 0,65 (1:1,5 ) Pro krátkodobý pobyt r 0,40 (1: 2,5) Pro občasný pobyt. r 0,10 (1:10) Vlastní měření osvětlení pracovní plochy pomocí digitálního luxmetru provádějte následujícím způsobem. Zapněte zdroj světla a postupně proměřte intenzitu osvětlení na pravidelné síti bodů. Měření provádějte v rovině desky stolu (tj. ve výšce 85 cm nad podlahou = srovnávací rovina) na pravidelné síti měřicích bodů s rozestupem 10 cm (Obr 6). Obr. 6: Měření intenzity osvětlení pracovní plochy
Provedené měření zpracujte na počítači v prostředí Matlab a vytvořte graf znázorňující průběh intenzity osvětlení ve srovnávací rovině. Vytvořte 2D graf tzv. izoluxních křivek (Obr. 7) křivky se stejnou intenzitou osvětlení a 3D graf znázorňující intenzitu osvětlení. Obr. 7: Izoluxní křivky křivky stejného osvětlení Na základě provedeného měření posuďte zda dané osvětlení splňuje normové požadavky na umělé osvětlení pracovního prostoru. Pomůcky : fotogoniometr Meopta, spektrofotometr USB2000, digitální voltmetr, posuvné měřítko, měřené světelné zdroje, zdroj stejnosměrného napětí, digitální luxmetr.