|
А.И.Андреев, С.В.Мухин, В.В.Некрасов, В.А.Никитенко, А.В.Пауткина
Модульная многофункциональная оптоволоконная спектрометрическая система
Часть I
Устройство и принципы эксплуатации аппаратуры
1.7. Основные фотометрические величины
Большую часть информации человек получает с помощью зрения. Именно поэтому изучению вопросов фотометрии уделяется особое внимание. Немалую роль в вопросах производительности и безопасности труда, а также бытовой безопасности играют вопросы освещённости жилых и производственных помещений. Примером решения задач, связанных с освещением производственных объектов, может служить железнодорожная отрасль.
Для повышения производительности труда работников транспорта и безопасности людей открытые территории железнодорожных станций и внутренние помещения вокзалов, депо, постов электрической централизации, мастерских и прочих железнодорожных объектов должны иметь хорошую освещенность.
Для экономного использования электроэнергии необходимо выбирать рациональные способы освещения, внедрять новые экономичные источники света и улучшать конструкции осветительных приборов. Одновременно необходима правильная организация эксплуатации осветительных установок, повышение ответственности работников за экономное расходование электроэнергии.
На железнодорожных станциях работа с движущимся подвижным составом предъявляет к осветительным установкам жесткие требования. Они должны обеспечивать безопасное движение и создавать условия для безопасного и эффективного труда людей. Для этого осветительные установки должны:
1. Создавать нормальные условия для восприятия машинистом видимых сигналов (светофоров, семафоров, щитов, фонарей, сигнальных указателей).
2. Для безопасной посадки-высадки пассажиров обеспечить достаточную освещенность платформ, переходов через железнодорожные пути, пешеходных мостов.
3. Для безопасной работы обслуживающего персонала на путях локомотивного и вагонного хозяйства создавать отчетливую видимость крупных деталей подвижного состава, элементов верхнего строения пути, стрелочных переводов, надписей на подвижном составе. Особое внимание следует уделять освещению междупутий из-за их необычной конфигурации (длина во много раз превышает ширину) и сортировочных горок, т.к. некоторые виды работ (расцепка вагонов, перевод стрелок, подтормаживание отцепов) на немеханизированной горке производятся вручную.
Специальными нормативными документами регулируются технические условия освещения бытовых помещений, учебных помещений, промышленных помещений.
Основоположником экспериментальной фотометрии считают П.Бугера, предложившего в 1729 году визуальный метод количественного сравнения источников света: установление равенства освещенностей соседних поверхностей путем изменения расстояний до источников. Методы визуальной фотометрии применяются и сегодня, используя понятия эквивалентной яркости. Особенно эти методы распространены в области малых яркостей.
Основные фотометрические величины
Целью некоторых лабораторных заданий будет определение ряда фотометрических величин (в широком смысле радиометрических величин), поэтому введём определения наиболее важных.
1. Интегральная энергия
Интегральная энергия – это энергия  , переносимая в данном потоке излучения на всех длинах волн.
2. Спектральная плотность энергии излучения
При необходимости учёта распределения энергии по длинам волн  можно записать
 , (1.7.1)
где  - спектральная плотность энергии излучения.
3. Объёмная плотность энергии излучения
Излучение находится в каком-то пространстве, поэтому вводится новая величина
 . (1.7.2)
 - объёмная плотность энергии излучения,  - рассматриваемый объём.
4. Спектральная плотность объёмной плотности энергии излучения
Эту величину вводят по аналогии со спектральной плотностью энергии излучения.
 . (1.7.3)
5. Поток энергии излучения
Поток энергии излучения – это количество энергии проходящий через данную площадку в единицу времени.
 . (1.7.4)
6. Спектральная плотность потока энергии
Спектральная плотность потока энергии – доля потока энергии, приходящаяся на единичный интервал длин волн.
 . (1.7.5)
7. Энергетическая светимость
Энергетическая светимость – поток энергии, приведённый к единице площади, т.е. поток излучения, испускаемый единичной площадкой.
 . (1.7.6)
8. Энергетическая освещённость
Энергетическая освещённость – поток, падающий на единичную площадку.
 . (1.7.7)
Спектральные распределения, выраженные по шкале длин волн, требуют пересчёта в шкале частот. Например,
 ,  . (1.7.8)
9. Сила излучения
Сила излучения:
 , (1.7.9)
где  - поток энергии излучения в телесном угле  .
Поток излучения, испускаемый светящейся площадкой  в телесном угле , (рис.1.7.1) определяется как
 , (1.7.10)
где  - энергетическая яркость площадки,  - угол между нормалью к площадке и направлением хода лучей.
Для люминесцирующих и рассеивающих тел соотношение (1.7.10) несколько нарушается, так как надо учитывать зависимость яркости от углов и  в сферической системе координат (индикатрису излучения).
Рис.1.7.1. Пояснение к формуле (1.7.10)
Формула (1.7.10) работает, когда под яркостью понимают интенсивность светового потока (световой трубки), однако в данном варианте - поток энергии излучения от внешнего источника, проходящий через сечение световой трубки , а - яркость потока.
Из формул (1.7.9) и (1.7.10) следует, что
 , (1.7.11)
то есть яркость равна силе излучения, испускаемого в нормальном направлении с единичной площадки.
Все рассмотренные выше величины приводились в энергетических единицах и требовали объективных приёмников энергии. Однако, в более простом варианте в фотометрии используют своеобразную световую систему единиц, основанную на усреднённой чувствительности глаза человека. В данном случае при расчётах вводят функцию видности  или  , которая учитывает чувствительность глаза к свету разных длин волн или частот.
В этом случае основополагающей единицей стала единица силы света.  - свеча (она составляет  силы света, испускаемого с площади 1 смP2P стандартного эталона по нормали к поверхности). Все фотометрические световые величины выражаются через свечу:
световой поток  - люмен (Вт),
световая энергия  - люмен·с (Дж),
сила света - свеча=кандела (Вт·срP-1P),
освещённость  - люкс=люмен·мP-2P (Вт·мP-2P),
светимость  - люкс (Вт·мP-2P),
световая яркость  - свеча·мP-2P (Вт·мP-2P·срP-1P).
В скобках представлены обычные энергетические единицы.
Контрольные вопросы
1. Что такое интегральная энергия излучения?
2. Дайте определение спектральной плотности энергии.
3. Что такое объёмная плотность энергии излучения?
4. Введите понятие потока энергии излучения?
5. Что такое спектральная плотность потока энергии излучения?
6. Дайте определение энергетической светимости.
7. Что такое энергетическая освещённость?
8. Введите понятие силы света.
9. Что такое световая яркость?
10. Почему появилась единица силы света «свеча»?
|
ATP/ATR СПЕКТРОМЕТР 
О КОМПАНИИ