Фотометрични системи за измерване в осветителната техника: Анализ на фотопични и скотопични параметри на лумена
От Кевин Рао, 1 декември 2025 г
Оптичната оценка на осветителните системи изисква стандарти за измерване, базирани на физиологичните характеристики на човешкото зрение. Човешката ретина съдържа два вида фоторецепторни клетки: конуси и пръчици, съответстващи на различни спектрални криви на реакция. Международната комисия по осветление (CIE) съответно дефинира функцията за фотопична светлинна ефективност V(λ) и функцията за скотопична светлинна ефективност V'(λ), установявайки две независими фотометрични системи за измерване.
Стандарт за измерване на фотопичен лумен
Фотопичните лумени се основават на CIE 1931 Standard Observer конична крива на реакция, с пикова чувствителност, измерена в 555nm жълто-зелена област. Тази система се прилага за осветителни среди с яркост над 3 cd/m², съответстваща на дневни условия на открито и стандартни работни места на закрито. Измервателните инструменти са калибрирани съгласно стандарта ISO/CIE 19476, изискващ индекс на спектрално несъответствие f1' По-малко или равно на 3%.
При проектирането на промишлено осветление фотопичните стойности на лумена пряко корелират с изискванията за осветеност, определени в стандарти като GB50034-2013. Поддържането на 500lx на офисна работна плоча изисква фотопична плътност на лумена не по-малка от 300 lm/m².
Принцип на измерване на скотопичния лумен
Скотопичните лумени се основават на скотопичната функция CIE 1951 V'(λ), с пикова чувствителност при 507 nm в синьо-зелената област. Тази система за измерване е подходяща за среди с осветеност под 0,01 cd/m², като условия на лунна светлина или дълбоки подземни пространства. Скотопичното измерване изисква използването на тъмно{6}}адаптирани фотометрични сонди, следвайки ръководството CIE 198:2011 за мезопична фотометрия.
Параметрите на скотопичния лумен играят решаваща роля при проектирането на преходните зони в тунелното осветление. Съгласно спецификация JTG/T D70/2-01-2014, осветеността във входните секции на тунела трябва да бъде проектирана с градиентна крива на затихване въз основа на стойностите на скотопичния лумен.
Таблица за сравнение на технически параметри
| Измерване | Система за фотопичен лумен | Скотопична луменна система |
|---|---|---|
| Референтен стандарт | Функция CIE 1931 V(λ). | Функция CIE 1951 V'(λ). |
| Пикова дължина на вълната | 555 nm | 507 nm |
| Приложима яркост | >3 cd/m² | <0.01 cd/m² |
| Тип клетка | Конусовидни клетки | Пръчковидни клетки |
| Измервателен уред | Фотометър L-1000 | Тъмна{0}}адаптирана система за сонда |
| Спектрално претегляне | Подчертава жълто-зеления спектър | Подчертава синьо-зеления спектър |
| Инженерно приложение | Вътрешно работно осветление | Осветление на пътища и тунели |
| Стандартен документ | ISO/CIE 19476 | CIE 198:2011 |
Инженерно приложение на съотношението S/P
Съотношението S/P се определя като съотношението на скотопичните лумени на източника на светлина към неговите фотопични лумени. Този параметър има практическо значение в дизайна на мезопичното осветление. Съгласно CIE 191:2010 мезопичната среда варира от 0,01 до 3 cd/m², съответстваща на градско улично осветление и зони за паркиране.
Източниците на светлина с високо съотношение S/P осигуряват по-високи визуално ефективни лумени за същия фотопичен лумен. В инженерната практика светодиодните източници на светлина със съотношение S/P над 1,2 могат да намалят плътността на мощността на пътното осветление с 15-20%, като същевременно поддържат еквивалентна визуална видимост.
Технология за спектрална оптимизация
Регулирането на комбинациите от дължина на вълната на LED чипа и съотношенията на фосфора позволява прецизен контрол на съотношението S/P на източника на светлина. Използването на 450nm сини чипове с тесни-FWHM фосфори може да постигне оптимизирани спектри със съотношения S/P от 1,3-1,5. Такива източници на светлина в пътното осветление могат да намалят времето за реакция на водача с 0,2-0,3 секунди.
Сценарии за индустриално приложение
Проектиране на пътно осветление
Съгласно стандарт CJJ45-2015, осветлението за скоростни пътища трябва цялостно да отчита параметрите на фотопичната осветеност и скотопичната осветеност. Процесът на проектиране използва мезопични фотометрични модели за оптимизиране на енергийната ефективност чрез регулиране на съотношението S/P. Действителните данни за проекта показват, че използването на LED улични лампи със съотношение S/P 1,4 намалява консумацията на енергия от системата с 18%, като същевременно поддържа същата визуална видимост.
Управление на тунелното осветление
Тунелното осветление е проектирано отделно за входната зона, преходната зона, вътрешната зона и изходната зона. Осветлението в преходната зона трябва да се основава на параметрите на скотопичния лумен, за да се установи крива на намаляване на яркостта, следвайки експоненциален функционален модел. Настоящите спецификации изискват степента на намаляване на яркостта в рамките на дължината на преходната зона да не надвишава 1:10.
Индустриално безопасно осветление
Осветлението в опасни работни зони трябва да отговаря както на изискванията за фотопична осветеност, така и на изискванията за скотопичен контраст. Съгласно GB/T 26189-2010, осветителните системи в работни зони с висок-риск трябва да имат съотношение S/P не по-ниско от 1,2, за да осигурят възможност за разпознаване на препятствия при условия на слаба светлина.
ЧЗВ
Метод за измерване на скотопични лумени
Измерването на скотопичния лумен трябва да се извърши в среда на тъмна стая, като сондите преминават 30 минути адаптация към тъмнина. Спектралната характеристика на измервателната система трябва да бъде калибрирана спрямо функцията V'(λ) с изискване за неопределеност на калибриране По-малко или равно на 5%.
Стандартен диапазон за съотношението S/P
Съотношението S/P за светодиодни източници за общо осветление варира от 0,8 до 1,5. Препоръчва се източниците, предназначени за пътно осветление, да имат съотношение S/P между 1,2 и 1,4. Източници под 0,9 не са подходящи за мезопични среди.
Коефициент на преобразуване на инженерни приложения
В мезопични среди коефициентът на преобразуване между фотопичната осветеност и скотопичната осветеност е 0,8-1,2, като специфичната стойност зависи от нивата на околна осветеност и спектралното разпределение на източника на светлина.
Изисквания за сертифициране на средства за измерване
Инструментите за скотопично измерване трябва да имат CNAS сертификат. Сертификатите за калибриране трябва да включват V'(λ) съвпадащи данни. Отклонението на инструмента трябва да се контролира в рамките на 3% по време на годишния цикъл на калибриране.
Стандартна проверка за съответствие
Предложенията за дизайн на осветлението трябва да бъдат изпратени с -доклади от лабораторни тестове на трети страни. Докладите трябва да съдържат спектралното разпределение на мощността на светлинния източник, съотношението S/P и изчислените данни за мезопичната яркост.
Препратки към технически стандарти
CIE 1931 Стандартни колориметрични спектрални тристимулни стойности на наблюдател
CIE 1951 Scotopic Spectral Luminous Efficiency Function
ISO/CIE 19476:2014 Спецификация за калибриране на фотометър
CIE 191:2010 Препоръчителна система за мезопична фотометрия
JTG/T D70/2-01-2014 Подробни правила за проектиране на осветление в тунели на магистрали
