道路照明的照度测量
中心议题：
• 照度计的构造
• 照度计的技术要求
• 道路照明的照度测量
• 测量条件、方法和测量记录
解决方案：
• 测量地段的选择和布点方法
• 道路水平平均照度及其均匀度的计算
道路照明设计、施工,须保证各种机动车辆的驾驶者和其他行人在夜间能随时辨认出道路上的各种情况而不觉过分疲劳,对减少夜间交通事故、消除车辆堵塞、减少交通拥挤十分重要。此外,如果照明系统和设备选择得当,对美化都市环境、维护社会治安也有良好的促进作用。照明装置在道路路面上照度水平是决定道路照明质量的一个主要指标。因此,对新建、改建或运行中的道路照明装置应该进行照明测量。
对道路照明的照度进行现场测量可以达到如下目的：
(1)检验实测照度值是否达到预期的设计目标。
(2)检验实测照度值是否达到路灯行业规定的相关标准。
(3)了解不同照明装置产生的效果并进行分析、比较,取得设计、施工和灯具采购的经验。
(4)确定是否需要对照明装置进行改造或维护。
一、照度计
(一)照度计的构造
测量照度的仪器是照度计,或称勒克斯计。照度计通常是由硒光电池或硅光电池和微安表组成,见图1。硒光电池是把光能直接转换成电能的光电元件。当光线射到硒光电池表面时,入射光透过金属薄膜4到达半导体硒层2和金属薄膜4的分界面上,在界面上产生光电效应。产生电位差的大小与光电池受光表面上的照度有一定的比例关系。这时如果接上外电路,就会有电流通过,电流值从以勒克斯(Lx)为刻度的微安表上指示出来。光电流的大小取决于入射光的强弱和回路中的电阻。照度计有变档装置,因此可以测高照度,也可以测低照度。
(二)照度计的技术要求
照度计的质量由以下四个方面的因素决定：
(1)光谱响应；
(2)余弦响应；
(3)响应的线性；
(4)对温度的敏感性。
1．光谱响应
硒光电池或硅光电池的基本光谱响应不同于人的视觉系统的光谱响应。如果光电池不加修正而直接使用,在测量光谱能量分布不同的光源,特别是测量具有非连续光谱的气体放电灯产生的照度时,就会出现较大的误差。所以,为了获得精确的照度测量,必须把光电池的
光谱响应修正到人的视觉系统的光谱响应[以CIE“平均人眼”的光视效率y(λ)数据为标准]。
这种修正可以是直接采用在光电池上加滤光片的方法,也可以间接采用在不同光源下校准光电池提供修正系数的方法。精密的照度计都是给光电池匹配一个合适颜色的玻璃滤光片,构成颜色修正光电池。颜色修正光电池的光谱灵敏度与y(λ)曲线的相符程度越好,照度计的精度就越高。具有颜色修正的光电池可以用于所有光源下的照度测量。
光电池的相对光谱灵敏度曲线与CIEV(λ)曲线的比较见图2。
2．余弦响应
照度计对光以不同的方向入射到光电池的响应叫做光的斜入射响应或余弦响应。具体地说,当光线以倾斜方向照射光电池时,光电流输出应当符合余弦法则,即这时的照度应等于光线垂直入射时的法线照度与入射角余弦的乘积。但是,由于光电池表面的镜面反射作用以及固定光电池部件的遮挡,在光线入射角大时,会从光电池表面反射和遮挡掉一部分光线,从而使光电流小于上面所说的正确值。为了修正这一误差,通常在光电池上外加一个用均匀漫射材料制成的余弦校正器。
3．响应的线性
在测量范围内,照度计的读数应与投射到光电池受光表面上的光通成正比,也就是说,照度计的示值应该与光电池受光面上的照度值成线性关系。照度计响应的线性主要由光电池输出连接线路的电阻和受光量决定,照度越高,阻值越大,引起的非线性越严重。
4．对温度的敏感性
照度计对温度改变的敏感性也受到光电池所连接的电路内阻的影响,如果内阻大而温度过高,则会引起测量误差。硒光电池比硅光电池对温度更敏感。如果将硒光电池连续曝光在50℃以上,那么,它将会受到持久的损害。光电池应当在环境温度为25℃左右使用,照度计的使用说明书上都列有该照度计对温度的适应范围。
总的来说,一个好的照度计应该有颜色修正和余弦响应、响应的线性、不受环境温度的影响。
按照国家标准GB5700—85《室内照明测量方法》的规定,照度测量宜采用精度为二级以上的照度计(指针式或数字式),并按JJG245—81《光照度计检定规程》进行检定。JJG245—81规程按示值误差对照度计精度的分级如表l所示。
(三)典型产品介绍：
本文以在我国市场占有率高的由台湾泰仕电子工业股份有限公司生产的TES—1330型数字式照度计为例,介绍其主要技术性能和技术参数。
1、特点：
(1)显示：3 1/2 位液晶显示器显示,最大读数值1999
(2)测量范围：0.01Lx — 20000Lx
(3)读数锁定、可锁定测量值
(4)自动校正、自动调零
(5)测量精度高、反应速度快
2、主要技术参数：
(1)仪器量程：20、200、2000、20000Lx
(2)准 确 度：±3%
(3)重复测试：±2%
(4)温度特性：±0.1%/℃
(5)取样率：2.0次/秒
(6)感光体：光二极体附滤光镜片
(7)操作温湿度：-10℃～40℃,0～80%RH
(8)过载显示：最高位数“1”显示
(9)电源：单个9V电池,型式006P或IEC6F22或NEDA1604
(10) 电池寿命： 连续使用约200小时(Alkaline电池)
(11)光检测器引线长度：150cm
(12)光检测器尺寸：100(L)×60(W)×27(H)mm
(13)电表尺寸：135(L)×75(W)×33(H)mm
(14)重量：250g
(15)附件：使用说明书、皮套、电池
3、仪器外形图
二、道路照明的照度测量
1．测量地段的选择和布点方法
(1)测量地段的选择：选择测量地段时,应从灯具的间距、高度、悬挑、仰角等的安装规整性及光源的一致性等方面选择有代表性的路段。
照度测量的范围,在纵方向(沿道路走向)应包括同一侧的两个灯杆之间的区域；而在横方向,单侧布灯时应为整个路宽；双侧交错布灯、对称布灯或中心布灯时可为1/2路宽。
(2)布点方法：布点方法有四点法和中心法两种。
1) 四点法：把同一侧两灯柱间的测量路段分成若干个大小相等的矩形网格,把测点设置在每个矩形网格的四角,图7为四点法布点时的测点布置图。
2) 中心法：把同一侧两灯柱间的测量路段划分成若干个大小相等的矩形网格,把测点设在网格中心。图6为中心法布点时的测点布置图。
当路面照度均匀度比较差或对测量精度要求比较高时,划分的网格数应多一些,即测点布得密一些。
当两灯柱的间距S≤50m时,通常沿道路纵方向把间距S分成十等分；当S>50m时,
按每一网格边长≤5m的原则进行等间距划分,而在道路横方向把每条车道二等分(四点法)或三等分(中心法)。当路面照度均匀度比较好或对测量精确度要求比较低时,则在道路的横方向可取车道的宽度作为网格的宽度而不需要再划分。
2．道路水平平均照度及其均匀度的计算
(1)水平平均照度的计算。
1)按四点法布点的计算：若M为纵方向划分的网格数,N为横方向划分的网格数,则 MN为总网格数。根据每个网格四个角上四个测点的照度平均值Eav可代表该网格的假定照度值,则Eav的计算式为：
(1)式中 E◎——图7测量区四个角处测点的照度；
E○——图7除四个角处四条外边上测点的照度；
E●——图7测量区四个外边以内测点的照度。
2)按中心布点法计算：按中心布点法测量照度时,路面平均照度按式(2)计算。
(2)式中： Eav——路面的平均照度,Lx;
Ei——每个测量点的照度值,Lx;
n——测点数。
测点数越多,得到的平均值越精确,不过也相应地增加了工作量。
(3)照度均匀度的计算。路面照度均匀度U是路面上最小照度Emin与平均照度Eav之比,即
(3)Eav按式(1)或(2)计算,Emin为测点中照度最低点的测量值在规则布点的测点上测得的照度中找出。
三、测量条件、方法和测量记录
(一)测量条件及测量方法
1、测量条件
(1)根据需要,点燃必要的光源,排除其他无关光源的影响。
(2)测量照度时应待光源的光输出稳定后再进行测量。因此,测量开始前,若是白炽灯,需燃点5min；若是荧光灯,需燃点15min；若是高强气体放电灯,则需燃点30min。对于新安装的照明系统,宜在燃点lOOh(气体放电灯)和lOh(白炽灯)后再测量其照度。
2、测量方法
(1)测量时,照度计先用大量程档数,然后根据指示值的大小逐渐找到合适的档数,原则上不允许指示值在最大量程1/10范围内读数。
(2)照度示值稳定后再读数。数字式照度计显示的读数,最后一位有时不稳定,应该记录
出现次数较多的数字。
(3)测量人员宜着深色服装,防止测量人员、围观者的身影对接收器的影响。
(4)在测量中宜使电源电压保持稳定,在额定电压下测量；如果做不到,应测量电源电压,当与额定电压不符时,应按电压偏差对光通量的变化予以修正。
(5)为提高测量的准确性,一个测点可取2～3次读数,然后取其平均值。
(二)记录内容
1、测量结果应记入事先准备好的表格。
2、道路照明的测量记录
道路照明测量记录内容如下：
(1)测量日期、时间、气候条件、测量人员姓名；
(2)测量部位(包括城市、街道、路段名称)；
(3)光源和灯具的型号和规格；
(4)灯具安装方式、间距、高度、仰角、悬挑长度；
(5)测量现场条件(包括环境条件、供电条件等)；
(6)光源和灯具的使用时间、最近一次清洗日期；
(7)标有尺寸的照度测点布置图；
(8)各测点的照度测量值；
(9)平均照度及照度均匀度计算结果。
(10)照度计型号、编号、检定日期；
四、一种新型的道路照明的照度测量方案
从本文所阐述的常规道路照明的照度测量方案中可以看出,无论是采用四点法还是采用中心法来靠人工进行逐点测量,均存在被测点数多、数据测量记录、处理工作量大的缺点,而且对已通车的道路来说进行测量还存在交通安全问题,为此本文在常规道路照明的照度测量方法的基础上提出了一种新型的照度测量方法,经实践证明是切实可行的。
本方案是将具有记忆和存贮功能的TES—1333型照度记安置在高档电动遥控的履带式玩具装甲车(以下简称为测试小车)上,该测试小车的驱动系统受站在路边的测量者手中的遥控器和测试小车内安置的可编程控制器为主体的自动控制系统控制,当车内的自动控制系统启动时,装甲车将按照事先设定的动作程序沿如图8所示的箭头方向完成行走程序,并采用四点法在每个矩形网格的四角处自动完成照度测量和记录,存贮任务,待全部程序结束后,测试小车在遥控器的操纵下自动返回测量者所在位置。遥控器的另一作用是在车内控制系统失灵的情况下,由测量者手动遥控完成全部的测量过程,并在道路出现行驶车辆时紧急召回测试小车。
将常规的人工逐点测量法与全自动逐点测量法进行对比,全自动逐点测量法不仅有测量速度快、测量安全性好、减少劳动强度、数据处理方便的优点,更由于采用测试小车自动测量排除了测量人员在测试现场所引起的挡光、反光干扰,有效地提高了测试精度和数据采集的准确性。应该是一种有推广价值的新型光照度测试手段。
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