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灯具配光基础知识与报告解读


灯具配光基础知识
与 报告解读

内 容 提 要
1. 光度学基础知识
2. 灯具坐标系 3. 灯具光度测试报告解读

1. 光度学基础知识
灯具定义及分类

光通量
发光强度 照度 亮度

光度学基础知识
灯具定义 灯具又称照明器,其

主要作用是照明。 对一个或多个光源发出的光线进行分配、透出或转换的一种器具,它 包括支撑、固定和保护光源所必须的部件(但不包括光源本身),以 及连接电源与光源所必须的电路辅助装置。(GBT 9464-2008)

在我们的日常生活中,可以看见多种多样的灯具,而灯具的分类也是多 种多样的。按照使用目的可以分为: 装饰性灯具 功能性灯具

光度学基础知识
灯具定义 灯具又称照明器,其主要作用是照明。

在我们的日常生活中,可以看见多种多样的灯,而灯具的分 类也是多种多样的。 按照使用位置可以分为: 室内灯具 室外灯具

光度学基础知识

灯具本身的基本作用是提供与光源 的电气连接,但还有许多其它的重 要功能如光源的防护、适宜的机械 特性、壳体的防护要求、电气安全 要求、热要求、标志要求和光度功 能要求。 而一般情况下,用户最关心的是这一盏灯是否能够照亮我们希望它照 亮的地方,不照亮它不该照亮的地方。其次便是它是否使我们感觉舒 适。 而这可以由配光曲线和眩光等参数所描述,这也就说明了我们为什么 要进行配光测量。配光测量的结果最常见的是配光曲线。 什么是配光曲线? 配光曲线又叫发光强度分布曲线,是描述光源或灯具发光的空间分布 特性的一条曲线。

配光曲线
极坐标表示法

这种方法通常用于描述室内和道路的灯具的光分布。它很形象 地以极坐标的原点表示灯具的光中心,以一定方向的矢量表示 光强的大小,以极坐标的角度表示光强矢量与光轴之间的夹角; 极坐标表示法 的好处就是形 象,直观。
长度表示光强 角度表示测量方向 与极轴的夹角

配光曲线
直角坐标表示法 此方法通常用于描述泛光灯和配光非常窄的灯具和光源光的分 布。用直角坐标的原点表示光中心,用横坐标表示方向角,用 纵坐标表示光强。 直角坐标表 示法的好处 是便于查不 同角度的光 强数值。

配光曲线

? ?

配光曲线从它的对称性质来说可以分为:轴向对称、对称和非对 称3种。 投光类灯具还可以根据其光束的宽窄分为:窄光束;宽光束;中

等光束等。
一般来说: 窄 光 束:光束角<20° 中等光束:光束角:20°~40° 宽 光 束:光束角:>40°

光度学基础知识
下面我们先来介绍一下光度学的一些基本概念 平面角和立体角

平面角的单位 叫弧度,1弧 度是半径为1 米的园上,1 米长的圆弧对 圆心所张的角。

A A α r l B (b)
s

A'
Ω

o
r

o

(a)

立体角的单位叫 球面度(sr), 1球面度是半径 为1米的球面上, 1平方米的球面 对球心所张的立 体角。

l α = r

S Ω= 2 r

光度学基础知识
光通量 光通量是光源在单位时间内发出的光量,也即为辐射通量(或辐 射功率)能够被人眼视觉系统所感受的那部分有效当量。 一只40W的日光灯输出的光通量大约是2100流明。 光通量符号Φ,单位lm; 常见电光源的发光效率,是指1W的电功率能转化成多少光通量。 常见光源的大致效率(流明/瓦)

白炽灯,15 日光灯,50 钠灯,120

光度学基础知识
发光强度

光源在给定方向的单位立体角中发射的光通量定义为光源在该方向的 (发)光强(度)。 Ι = dΦ/dΩ 单位:cd 1cd=1lm/1sr

实际光源或灯具各方向的发光强度不同。为了描述其发光的空间分布 特性,需要用发光强度分布曲线(又叫配光曲线)来表示。它是照明 计算和设计的一个重要依据。

光度学基础知识
照度

定义:表面上一点的照度是入射在包含该点面元上的光通量dφ 除以该面元面积dS之商。
单位 (lx)

单位为勒克斯(lx),1lx=1lm/m2

常见照度(勒克司): 阳光直射(正午)下,110,000 阴天室外,1000 商场内,500 普通房间灯光下,100 满月照射下,0.2 烛光(20cm远处),10~15LUX。 距60W台灯60cm桌面,300LUX; 黄昏室内,10LUX; 夜间路灯,0.1LUX;

亮度 亮度(L,Luminance),单位尼特,即nit,或cd/m2。 定义:光源体在某一方向上,每单位投影面积上所发出的光强。 光源体在某一方向上,每单位投影面积上所 发出的光强。

常见发光体的亮度(尼特): 太阳表面,2,000,000,000 白炽灯灯丝,10,000,000 阳光下的白纸,30,000 眼能习惯的亮度,3,000 满月表面,2,500 人眼能比较好的分辨出颜色的亮度,1 满月下的白纸,0.07 无月夜空,0.0001

?

坎德拉,流明,勒克斯之间的关 系。 如图所示:亮度为1cd的电 光源放置在完全投射的球的球心 处,球的半径为1,则球表面的 照度为1lx,ABCD四点围成的曲 面对应的立体角为1sr. 通过曲面 ABCD的光通为1lm,也就是说 单位立体角内的光通量为1lm/sr, 球共有4π立体角,所以点光源的 光通量为4πlm

2. 灯具坐标系
Type C

Type B

不同光源、灯具向空间各个方向射出的光通量是很不一样的。 空间图最能直观地描绘光分布的特性.方法是把各个方向上测得的光强, 以一条条矢径的形式画在一个球坐标系上。 假定光源就在坐标系的极点上,这些矢量合起来就构成了“光分布体”。

灯具的光强通常在许多平面中测得。在各式各样可能的测试平面中, 我们经常使用两种平面系统。

在介绍平面系统之前,我们需要先了解灯具的三根轴线。

第一根轴指的是通过光度中心的轴,在灯具测量中作为一个 基准方向用于校正光度测试中的灯具姿态的轴。通常情况下, 这根轴垂直于主要的灯具出光口平面;
第二根轴指的是通过光度中心并且与第一根轴垂直的轴, 与第一根轴一起用于用于校正光度测试中的灯具姿态。对 于投光灯来说,第二根轴通常情况下是与灯具的倾斜轴平 行的。如果需要,第二根轴可以由厂家或者测试实验室来 决定其方向。

第三根轴指的是通过光度中心并且与第一、二根轴垂直 的轴,与第一根轴一起用于用于校正光度测试中的灯具 姿态。

Type C

Type C
在Type C坐标系统中,极轴是垂直的,如图所示。在垂直半 平面测量的角度是γ角度,以及到此半平面的水平角度是C角 度。灯具发光口面通常瞄准坐标系中的(C0,γ0)点。γ角度

范围从0°(最低点)到180°(最高点)。C平面在角度范围
从0°到360°,如图所示。在光度学中C0参考平面位置,通 常是平行于灯具的辅助轴线。C型光度数据目前是最流行的并

得到广泛的承认。大多数光度数据,包括室内灯和路灯,使用
Type C格式。

Type C

Type C

Type B

Type B

B型坐标系统的说明如图。极轴在水平方向。水平半 平面内的角度数据叫做H角度,到此平面的垂直角度 是V角度。使用(H,V)坐标指示球面上的某点。 H 0 ° 在赤道圈上。灯具口面通常瞄准点(0,0), 并且V 0 °平面垂直于灯具口面。H角度的范围是从90 °至90 °。V角度范围从-180 °到180 ° , -90 °将在最低点,90 °在最高点。泛光灯光度数据通 常使用Type B坐标系

Type B

Type B

灯具光度测试报告解读
室内灯具
投光灯 路灯

室 内 灯 具
光通比与灯具类型
配光曲线 眩光 室内灯利用系数 概算曲线

报告基本信息

室内灯具数据

?最大光强

半峰边角 最大光强

平面等照度曲线 连结测量截面上等照度的点的曲线。

最大距高比

图中粉色点代表了只 有一盏灯的时候,水 平照度值为最大照度 值一半的点。 最大距高比即为: S/2H

光通比 上射光通比= 灯具的上射总光通 灯具总光通 灯具的下射总光通 下射光通比= 灯具总光通

室内灯具型号划分表 光通比 型号 A B C D E 名称 直接型 半直接型 均匀扩散型 半间接型 间接型 上半球 0~10 10~40 40~60 60~90 90~100 下半球 100~90 90~60 60~40 40~10 10~0

0~10% 100~90%

10~40% 90~60%

40~60% 60~40%

60~90% 40~10%

90~100% 10~0%

环带光通数据表

照度距离图表

照度距离图表

眩光
? 亮度限制曲线是CIE推荐的作为评价室内一般灯具直接眩光的标准和方法。

眩光:在视野范围内有亮 度极高的物体或亮度对比 过大,或空间和时间上存 在着极端的对比,就可引 起不舒适的视觉,或造成 视功能下降,或同时产生 这两种效应的现象。眩光 是影响照明质量的最重要 因素。

?照明质量的优劣与灯具的亮度限制有关。在视野范围内若亮度 过高,可产生不舒适眩光,甚至产生失能眩光,严重的眩光直接 影响劳动生产率甚至诱发眼疾。 ?眩光程度主要与灯具发光面大小、发光面的亮度、背景亮度、 视看方向和位置有关,因此在灯具设计时一定要考虑限制灯具的 亮度。 ?一般情况下人们在室内眼睛停留最多的位置是水平方向,因此 灯具在60°~90°区域内最易受眩光影响。一般产生直接眩光的 区域为45°~90°区域内。

灯具有发光侧边的界限曲线

? 根据在照明使用中对照明质量的不同要求,CIE将室内一般灯具直 接眩光分为5个质量等级。
眩光限制等级 A B C 很高质量 高质量 中等质量 眩光程度 无眩光感 视觉要求和适用场所示例 很严格的视觉要求如手术室、病房、计算机房、有视觉显 示装置的办公室、展室。

有很弱眩光感 视觉要求高的作业或高等视觉作业但要求注意力高度集中。 如教室、阅览室、比赛大厅 有轻微眩光感 中等视觉要求的作业或要求注意力一般且工作人员没有一 定程度的流动性。如会议室、营业厅、餐厅、观众 厅、休息厅、候车厅、厨房

D
E

低质量
很低质量

有眩光感

视觉要求或要求注意力集中程度较低的作业,工作人员在 有限区域内频繁走动。如通道

有较强眩光感 视觉要求低且工作人员不限于一个工作岗位而是来回走动 或不是由同一批人连续使用的房间。如仓库、储藏 间、汽车库

室内灯具利用系数

灯具的利用系数是指灯具在规定的条件下送到工作面上的光源光通量 与总光通量之比,所以与照明灯具的设计、安装高度、房间的大小和反射 率的不同相关。 高的利用系数和低的眩光这是照明设计人员追求的重要目标之一,室 内灯具的利用系数是在考虑灯具对工作面的直射照度的贡献上,还考虑了

四壁、顶棚和地板的相互反射对工作面照度的贡献

房间系数 RCR(Room Cavity Ratio)

室内照明计算是把房间看作直六面体,能表征房间尺寸的 表式就是室空间比(室指数)。越是低而宽敞的房子,可得到

的光通利用率越高,越是狭而高的房间,光通利用率越低。

RCR=5hRC(L+W)/L*W
针对不同的RCR系数,和不同的四壁、顶棚反射率系数,我
们可以计算出室内灯具的利用率系数。

室内灯具利用系数

RHOCC天花板反射系数,RHOW墙壁反射系数,RCR房间系数, 地板反射系数恒等于20.

室内灯具概算

平均照度= 光源光通量×灯具数量×CU ×维护系数 长×宽

灯具数量=

平均照度×长×宽

光源光通量× CU ×维护系数

室内灯具概算

在报告的最后,会附上光强数据表。







直角坐标配光曲线

等光强曲线

V H

直角坐标配光曲线

投光灯光度特性的三个定义
光束扩散角——在包含最大光强的某个平面上,两个为10%最大光 强的光强之间的夹角称为该平面的光束扩散角

半峰边角——在选定的通过最大光强的平面上,最大光强与50%
最大光强之间的夹角

灯的有效光束——光强大于或等于10%最大光强的所有光束称灯 具的有效光束(IES定义)

矩形等光强网图

等光强曲线: 在以光源的光 中心为球心的 假想球面上, 将发光强度相 等的那些方向 所对应的点连 接成的曲线, 或是该曲线的 平面投影。





光强曲线分布图 等光强圆形网图

等照度曲线
光通量利用系数曲线

路灯灯具报告基本信息

路灯分类

单个路灯的横向分布一般可以分为四类:

1、当灯具位于或接近于道路边, 50%最大光强的曲线位于参考轴 的两边且屋边1.0M宽,路边1.0-MH宽,这种灯具被称作?类; 2、50%最大光强的轨迹的横向宽度在路边1.75MH LRL以内,属于Ⅱ 类; 3、部分的或全部在路边1.75MH和2.75MH LRL之间,属于Ⅲ类; 4、部分的或全部的在路边2.75MH LRL以外,属于Ⅳ类。

路灯分类

路灯的纵向分布分为三种:
1、当最大光强点位于1.0和2.25MH TRL之间时,此灯具被归类为 Short(S)分布,最大的灯具间隔是安装高度的4.5倍; 2、在2.25和3.75MHTRL之间的,此灯具被归类为Medium(M)分布, 最大的灯具间隔是安装高度的7.5倍; 3、在3.75和6.0MH TRL之间称为Long(L)分布,最大的灯具间隔

是安装高度的12倍。

路灯分类图

某种路灯光强曲线分布图

IESNA眩光控制分类

完全截光型 :离开灯下点90°(r=90°)以上的所有角度的光强值为0,而且在
离灯下点80°(r=80°)的位置每1000流明的光强值不超过100cd(10%)。围绕灯
具的所有横向角度都要满足这个要求。

截光型:离开灯下点90°(r=90°,水平)的位置的每1000流明的光强值不超过
25cd(2.5%),而且在离灯下点80°(r=80°)的位置每1000流明的光强值不超过 100cd(10%)的灯具是达到截光水平的。同样应用到围绕灯具的所有横向角度。

半截光型:离开灯下点90°(r=90°,水平)的位置的每1000流明的光强值不超
过50cd(5%),而且在离灯下点80°(r=80°)的位置每1000流明的光强值不超过

200cd(20%)的灯具是达到截光水平的。同样应用到围绕灯具的所有横向角度。

某种路灯的 等光强圆形网图

某种路灯的平面等照度曲线

某种路灯的平面等照度曲线

路灯的利用率系数


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