中心議題：

• 照度計(jì)的構(gòu)造
• 照度計(jì)的技術(shù)要求
• 道路照明的照度測量
• 測量條件、方法和測量記錄

解決方案：

• 測量地段的選擇和布點(diǎn)方法
• 道路水平平均照度及其均勻度的計(jì)算

道路照明設(shè)計(jì)、施工,須保證各種機(jī)動(dòng)車輛的駕駛者和其他行人在夜間能隨時(shí)辨認(rèn)出道路上的各種情況而不覺過分疲勞,對減少夜間交通事故、消除車輛堵塞、減少交通擁擠十分重要。此外,如果照明系統(tǒng)和設(shè)備選擇得當(dāng),對美化都市環(huán)境、維護(hù)社會治安也有良好的促進(jìn)作用。照明裝置在道路路面上照度水平是決定道路照明質(zhì)量的一個(gè)主要指標(biāo)。因此,對新建、改建或運(yùn)行中的道路照明裝置應(yīng)該進(jìn)行照明測量。

對道路照明的照度進(jìn)行現(xiàn)場測量可以達(dá)到如下目的：
(1)檢驗(yàn)實(shí)測照度值是否達(dá)到預(yù)期的設(shè)計(jì)目標(biāo)。
(2)檢驗(yàn)實(shí)測照度值是否達(dá)到路燈行業(yè)規(guī)定的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。
(3)了解不同照明裝置產(chǎn)生的效果并進(jìn)行分析、比較,取得設(shè)計(jì)、施工和燈具采購的經(jīng)驗(yàn)。
(4)確定是否需要對照明裝置進(jìn)行改造或維護(hù)。

一、照度計(jì)

(一)照度計(jì)的構(gòu)造

測量照度的儀器是照度計(jì),或稱勒克斯計(jì)。照度計(jì)通常是由硒光電池或硅光電池和微安表組成,見圖1。硒光電池是把光能直接轉(zhuǎn)換成電能的光電元件。當(dāng)光線射到硒光電池表面時(shí),入射光透過金屬薄膜4到達(dá)半導(dǎo)體硒層2和金屬薄膜4的分界面上,在界面上產(chǎn)生光電效應(yīng)。產(chǎn)生電位差的大小與光電池受光表面上的照度有一定的比例關(guān)系。這時(shí)如果接上外電路,就會有電流通過,電流值從以勒克斯(Lx)為刻度的微安表上指示出來。光電流的大小取決于入射光的強(qiáng)弱和回路中的電阻。照度計(jì)有變檔裝置,因此可以測高照度,也可以測低照度。

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(二)照度計(jì)的技術(shù)要求

照度計(jì)的質(zhì)量由以下四個(gè)方面的因素決定：
(1)光譜響應(yīng)；
(2)余弦響應(yīng)；
(3)響應(yīng)的線性；
(4)對溫度的敏感性。

1．光譜響應(yīng)
硒光電池或硅光電池的基本光譜響應(yīng)不同于人的視覺系統(tǒng)的光譜響應(yīng)。如果光電池不加修正而直接使用,在測量光譜能量分布不同的光源,特別是測量具有非連續(xù)光譜的氣體放電燈產(chǎn)生的照度時(shí),就會出現(xiàn)較大的誤差。所以,為了獲得精確的照度測量,必須把光電池的光譜響應(yīng)修正到人的視覺系統(tǒng)的光譜響應(yīng)[以CIE“平均人眼”的光視效率y(λ)數(shù)據(jù)為標(biāo)準(zhǔn)]。
這種修正可以是直接采用在光電池上加濾光片的方法,也可以間接采用在不同光源下校準(zhǔn)光電池提供修正系數(shù)的方法。精密的照度計(jì)都是給光電池匹配一個(gè)合適顏色的玻璃濾光片,構(gòu)成顏色修正光電池。顏色修正光電池的光譜靈敏度與y(λ)曲線的相符程度越好,照度計(jì)的精度就越高。具有顏色修正的光電池可以用于所有光源下的照度測量。
光電池的相對光譜靈敏度曲線與CIEV(λ)曲線的比較見圖2。


2．余弦響應(yīng)

照度計(jì)對光以不同的方向入射到光電池的響應(yīng)叫做光的斜入射響應(yīng)或余弦響應(yīng)。具體地說,當(dāng)光線以傾斜方向照射光電池時(shí),光電流輸出應(yīng)當(dāng)符合余弦法則,即這時(shí)的照度應(yīng)等于光線垂直入射時(shí)的法線照度與入射角余弦的乘積。但是,由于光電池表面的鏡面反射作用以及固定光電池部件的遮擋,在光線入射角大時(shí),會從光電池表面反射和遮擋掉一部分光線,從而使光電流小于上面所說的正確值。為了修正這一誤差,通常在光電池上外加一個(gè)用均勻漫射材料制成的余弦校正器。

3．響應(yīng)的線性

在測量范圍內(nèi),照度計(jì)的讀數(shù)應(yīng)與投射到光電池受光表面上的光通成正比,也就是說,照度計(jì)的示值應(yīng)該與光電池受光面上的照度值成線性關(guān)系。照度計(jì)響應(yīng)的線性主要由光電池輸出連接線路的電阻和受光量決定,照度越高,阻值越大,引起的非線性越嚴(yán)重。
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4．對溫度的敏感性

照度計(jì)對溫度改變的敏感性也受到光電池所連接的電路內(nèi)阻的影響,如果內(nèi)阻大而溫度過高,則會引起測量誤差。硒光電池比硅光電池對溫度更敏感。如果將硒光電池連續(xù)曝光在50℃以上,那么,它將會受到持久的損害。光電池應(yīng)當(dāng)在環(huán)境溫度為25℃左右使用,照度計(jì)的使用說明書上都列有該照度計(jì)對溫度的適應(yīng)范圍。

總的來說,一個(gè)好的照度計(jì)應(yīng)該有顏色修正和余弦響應(yīng)、響應(yīng)的線性、不受環(huán)境溫度的影響。

按照國家標(biāo)準(zhǔn)GB5700—85《室內(nèi)照明測量方法》的規(guī)定,照度測量宜采用精度為二級以上的照度計(jì)(指針式或數(shù)字式),并按JJG245—81《光照度計(jì)檢定規(guī)程》進(jìn)行檢定。JJG245—81規(guī)程按示值誤差對照度計(jì)精度的分級如表l所示。



(三)典型產(chǎn)品介紹：

本文以在我國市場占有率高的由臺灣泰仕電子工業(yè)股份有限公司生產(chǎn)的TES—1330型數(shù)字式照度計(jì)為例,介紹其主要技術(shù)性能和技術(shù)參數(shù)。

1、特點(diǎn)：

(1)顯示：3 1/2 位液晶顯示器顯示,最大讀數(shù)值1999
(2)測量范圍：0.01Lx — 20000Lx
(3)讀數(shù)鎖定、可鎖定測量值
(4)自動(dòng)校正、自動(dòng)調(diào)零
(5)測量精度高、反應(yīng)速度快

2、主要技術(shù)參數(shù)：

(1)儀器量程：20、200、2000、20000Lx
(2)準(zhǔn) 確 度：±3%
(3)重復(fù)測試：±2%
(4)溫度特性：±0.1%/℃
(5)取樣率：2.0次/秒
(6)感光體：光二極體附濾光鏡片
(7)操作溫濕度：-10℃～40℃,0～80%RH
(8)過載顯示：最高位數(shù)“1”顯示
(9)電源：單個(gè)9V電池,型式006P或IEC6F22或NEDA1604
(10) 電池壽命： 連續(xù)使用約200小時(shí)(Alkaline電池)
(11)光檢測器引線長度：150cm
(12)光檢測器尺寸：100(L)×60(W)×27(H)mm
(13)電表尺寸：135(L)×75(W)×33(H)mm
(14)重量：250g
(15)附件：使用說明書、皮套、電池

3、儀器外形圖

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二、道路照明的照度測量

1．測量地段的選擇和布點(diǎn)方法
(1)測量地段的選擇：選擇測量地段時(shí),應(yīng)從燈具的間距、高度、懸挑、仰角等的安裝規(guī)整性及光源的一致性等方面選擇有代表性的路段。
照度測量的范圍,在縱方向(沿道路走向)應(yīng)包括同一側(cè)的兩個(gè)燈桿之間的區(qū)域；而在橫方向,單側(cè)布燈時(shí)應(yīng)為整個(gè)路寬；雙側(cè)交錯(cuò)布燈、對稱布燈或中心布燈時(shí)可為1/2路寬。

(2)布點(diǎn)方法：布點(diǎn)方法有四點(diǎn)法和中心法兩種。


1) 四點(diǎn)法：把同一側(cè)兩燈柱間的測量路段分成若干個(gè)大小相等的矩形網(wǎng)格,把測點(diǎn)設(shè)置在每個(gè)矩形網(wǎng)格的四角,圖7為四點(diǎn)法布點(diǎn)時(shí)的測點(diǎn)布置圖。

2) 中心法：把同一側(cè)兩燈柱間的測量路段劃分成若干個(gè)大小相等的矩形網(wǎng)格,把測點(diǎn)設(shè)在網(wǎng)格中心。圖6為中心法布點(diǎn)時(shí)的測點(diǎn)布置圖。

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當(dāng)路面照度均勻度比較差或?qū)y量精度要求比較高時(shí),劃分的網(wǎng)格數(shù)應(yīng)多一些,即測點(diǎn)布得密一些。

當(dāng)兩燈柱的間距S≤50m時(shí),通常沿道路縱方向把間距S分成十等分；當(dāng)S>50m時(shí),按每一網(wǎng)格邊長≤5m的原則進(jìn)行等間距劃分,而在道路橫方向把每條車道二等分(四點(diǎn)法)或三等分(中心法)。當(dāng)路面照度均勻度比較好或?qū)y量精確度要求比較低時(shí),則在道路的橫方向可取車道的寬度作為網(wǎng)格的寬度而不需要再劃分。

2．道路水平平均照度及其均勻度的計(jì)算

(1)水平平均照度的計(jì)算。

1)按四點(diǎn)法布點(diǎn)的計(jì)算：若M為縱方向劃分的網(wǎng)格數(shù),N為橫方向劃分的網(wǎng)格數(shù),則 MN為總網(wǎng)格數(shù)。根據(jù)每個(gè)網(wǎng)格四個(gè)角上四個(gè)測點(diǎn)的照度平均值Eav可代表該網(wǎng)格的假定照度值,則Eav的計(jì)算式為：

(1)式中 E◎——圖7測量區(qū)四個(gè)角處測點(diǎn)的照度；
E○——圖7除四個(gè)角處四條外邊上測點(diǎn)的照度；
E●——圖7測量區(qū)四個(gè)外邊以內(nèi)測點(diǎn)的照度。

2)按中心布點(diǎn)法計(jì)算：按中心布點(diǎn)法測量照度時(shí),路面平均照度按式(2)計(jì)算。

(2)式中： Eav——路面的平均照度,Lx;
Ei——每個(gè)測量點(diǎn)的照度值,Lx;
n——測點(diǎn)數(shù)。
測點(diǎn)數(shù)越多,得到的平均值越精確,不過也相應(yīng)地增加了工作量。
(3)照度均勻度的計(jì)算。路面照度均勻度U是路面上最小照度Emin與平均照度Eav之比,即
(3)Eav按式(1)或(2)計(jì)算,Emin為測點(diǎn)中照度最低點(diǎn)的測量值在規(guī)則布點(diǎn)的測點(diǎn)上測得的照度中找出。

三、測量條件、方法和測量記錄

(一)測量條件及測量方法

1、測量條件
(1)根據(jù)需要,點(diǎn)燃必要的光源,排除其他無關(guān)光源的影響。
(2)測量照度時(shí)應(yīng)待光源的光輸出穩(wěn)定后再進(jìn)行測量。因此,測量開始前,若是白熾燈,需燃點(diǎn)5min；若是熒光燈,需燃點(diǎn)15min；若是高強(qiáng)氣體放電燈,則需燃點(diǎn)30min。對于新安裝的照明系統(tǒng),宜在燃點(diǎn)lOOh(氣體放電燈)和lOh(白熾燈)后再測量其照度。

2、測量方法
(1)測量時(shí),照度計(jì)先用大量程檔數(shù),然后根據(jù)指示值的大小逐漸找到合適的檔數(shù),原則上不允許指示值在最大量程1/10范圍內(nèi)讀數(shù)。
(2)照度示值穩(wěn)定后再讀數(shù)。數(shù)字式照度計(jì)顯示的讀數(shù),最后一位有時(shí)不穩(wěn)定,應(yīng)該記錄出現(xiàn)次數(shù)較多的數(shù)字。
(3)測量人員宜著深色服裝,防止測量人員、圍觀者的身影對接收器的影響。
(4)在測量中宜使電源電壓保持穩(wěn)定,在額定電壓下測量；如果做不到,應(yīng)測量電源電壓,當(dāng)與額定電壓不符時(shí),應(yīng)按電壓偏差對光通量的變化予以修正。
(5)為提高測量的準(zhǔn)確性,一個(gè)測點(diǎn)可取2～3次讀數(shù),然后取其平均值。

(二)記錄內(nèi)容

1、測量結(jié)果應(yīng)記入事先準(zhǔn)備好的表格。
2、道路照明的測量記錄

道路照明測量記錄內(nèi)容如下：
(1)測量日期、時(shí)間、氣候條件、測量人員姓名；
(2)測量部位(包括城市、街道、路段名稱)；
(3)光源和燈具的型號和規(guī)格；
(4)燈具安裝方式、間距、高度、仰角、懸挑長度；
(5)測量現(xiàn)場條件(包括環(huán)境條件、供電條件等)；
(6)光源和燈具的使用時(shí)間、最近一次清洗日期；
(7)標(biāo)有尺寸的照度測點(diǎn)布置圖；
(8)各測點(diǎn)的照度測量值；
(9)平均照度及照度均勻度計(jì)算結(jié)果。
(10)照度計(jì)型號、編號、檢定日期；

四、一種新型的道路照明的照度測量方案

從本文所闡述的常規(guī)道路照明的照度測量方案中可以看出,無論是采用四點(diǎn)法還是采用中心法來靠人工進(jìn)行逐點(diǎn)測量,均存在被測點(diǎn)數(shù)多、數(shù)據(jù)測量記錄、處理工作量大的缺點(diǎn),而且對已通車的道路來說進(jìn)行測量還存在交通安全問題,為此本文在常規(guī)道路照明的照度測量方法的基礎(chǔ)上提出了一種新型的照度測量方法,經(jīng)實(shí)踐證明是切實(shí)可行的。

本方案是將具有記憶和存貯功能的TES—1333型照度記安置在高檔電動(dòng)遙控的履帶式玩具裝甲車(以下簡稱為測試小車)上,該測試小車的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)受站在路邊的測量者手中的遙控器和測試小車內(nèi)安置的可編程控制器為主體的自動(dòng)控制系統(tǒng)控制,當(dāng)車內(nèi)的自動(dòng)控制系統(tǒng)啟動(dòng)時(shí),裝甲車將按照事先設(shè)定的動(dòng)作程序沿如圖8所示的箭頭方向完成行走程序,并采用四點(diǎn)法在每個(gè)矩形網(wǎng)格的四角處自動(dòng)完成照度測量和記錄,存貯任務(wù),待全部程序結(jié)束后,測試小車在遙控器的操縱下自動(dòng)返回測量者所在位置。遙控器的另一作用是在車內(nèi)控制系統(tǒng)失靈的情況下,由測量者手動(dòng)遙控完成全部的測量過程,并在道路出現(xiàn)行駛車輛時(shí)緊急召回測試小車。


將常規(guī)的人工逐點(diǎn)測量法與全自動(dòng)逐點(diǎn)測量法進(jìn)行對比,全自動(dòng)逐點(diǎn)測量法不僅有測量速度快、測量安全性好、減少勞動(dòng)強(qiáng)度、數(shù)據(jù)處理方便的優(yōu)點(diǎn),更由于采用測試小車自動(dòng)測量排除了測量人員在測試現(xiàn)場所引起的擋光、反光干擾,有效地提高了測試精度和數(shù)據(jù)采集的準(zhǔn)確性。應(yīng)該是一種有推廣價(jià)值的新型光照度測試手段。