照明基础知识(一)——照明装置

2017-05-21 10:05:00
畅想照明
原创
191

1. 基本 照明专业度量与单位


以下四种基本 照明专业度量与单位


数量Quantity

符号

单位

光束(光通量) Luminous Flux

O

流明 lumen

光度 Luminous Intensity

I

烛光 Candela

照度 Illuminance

E

勒克斯 Lux

辉度 Luminance

L

单位面积的光度 Candela per square metre (cd/m2)


照明 度量与单位的关系 :


光通量 (f) 与光度 ( I ) 的关系


光度 ( I )与照度 (E) 的关系


射入角的余弦定律Cosine Law与垂直照度


照明 度量会使用两组不同的参数 :


当在 已知的照明电磁辐射下考量,我们 会一方面着重能量效率与另一眼睛视觉灵敏度方面;基本 上这是两种截然不同的考量角度,在照 明量化过程中是完全不同的数据。为了解决这个疑虑,通常 将依照明工程实例中最合宜的方案来取决:即,产品 的耗电量与眼睛视觉灵敏度,因此,光是 人类眼睛视觉灵敏度条件下光线投射的衡量基础。



光的瓦特数 The Light Watt :


眼睛 视觉灵敏度会随着灯的波长而变化;在白昼明亮环境时,眼睛 对中波长黄绿色光 (555 nm) 最敏锐;由此,在波长555 nm环境下一个电源能量(瓦特)转换成光能量 (瓦数),在不 同波长的可见光下一个瓦特能量,将会 随着白昼眼睛视觉灵敏度的光谱中各种因素而改变,这个 变化曲线称为白昼视觉曲线 V(l);如此一来,光的 瓦特数是取决于光的波长,例如:一个波长 490 nm 光是坐落在波长 555 nm 白昼 眼睛视觉灵敏度曲线中百分之二十的位置,且一个波长 490 nm 光只 能将一个电源能量(瓦特) 转换等于0.2 个光能量 (瓦数)。


在低亮度水平,整个 眼睛视觉灵敏度曲线会左移 (相当于靠近较短波长) 而其最敏锐的高点是 507 nm位置,这个 曲线被称为夜晚视觉灵敏度曲线。


烛光 The candela :


光的 瓦数是将可见光的视觉感受转换成量化的单位,并排 除了一些仿真两可的因素。可是,虽然 光的瓦数曾是以前的光学标准与遵循公式,也由 此衍生出光的单位 - 原先是称"烛光源 candle power",之后在1948年被简称为 "烛光  candela" ,而这 才是符合真实的光度有方向特性的单位;有一 烛光光度的光源每秒钟向四面八方投射的量就被称为 "流明 lumen",这个 基本标准一直持续使用至今。


最佳的光谱光源效率Maximum spectral luminous efficacy


经由计算后,可知在波长555nm环境下一个电源能量(瓦特)相当于683 流明,这也是"最高的光谱光源效率",如在波长490nm环境下一个电源能量(瓦特)相当于137流明(0.2x683=137lumens) 。因此,流明 就可定义成眼睛视觉灵敏度下每秒钟对光源发出的量的总合。


2. 余弦法则


平面 上不垂直于照射方向的任意一点的照度等于该点方向的照度除以该点到光源距离的平方。该照 度值必须乘以入射光线和平面垂线夹角g的余弦(图八),因而得到:



该公 式被称为余弦法则。


对于水平表面,为方 便起见经常把上面的公式加以修改:替换表面上光源距离(d)作为光源高度h的一个函数。


如果 光线不是垂直到达平面而是和平面成一夹角g,则得到下面的公式:





 


光源,距离'd',平面A


垂直照度


按照类似推理,该点的垂直照度是:


 


3. 照度定义


照度-符号E,单位勒克斯(lx)


照度定义


照度 是指落在表面单位面积上的光照总量或光通量(如图所示)。它由符号E表示。计量单位是勒克斯(lx)。1勒克斯等于1流明/平方米 (lm/m2 )



照度可被定义为:


表面 入射光通量与表面面积的比率


或:


照明 度不受光通量到达表面的方向影响。


一些实际例子:


夏日 正午在多云的天空下

100 000 勒克斯

同上,但在阴影里

10 000 勒克斯

户外,在布 满厚重云层的天空下

5000 勒克斯

人造光,在光亮的办公室里

1000 勒克斯

人造光,在普通的起居室里

100勒克斯

街道照明

5-30 勒克斯

满月,在明净的夜晚

0,25 勒克斯


4. 辉度的定义 Definition of luminance


辉度Luminance - 符号是L,其单 位是每平方公尺的烛光数 (cd/m2)


辉度的定义Definition of luminance


辉度 是指从某一方向的一个表面积单位所放射光的量;这个 表面可能是自行发光或只是传送光的物体─就如同光源或太阳─但也 可能是其它发光体反射的光线(就像 街道的亮光是来自街灯,而街 道的亮光就成为第二个光源)。辉度的符号是L,其单 位是每平方公尺的烛光数 (cd/m2)。


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