Как измерить освещенность: Можно ли измерить освещенность с помощью телефона?

alexxlabРазное

Измерение освещенности фотоаппаратом

     Рассмотрены измерения освещенности и коэффициента отражения фотоаппаратом, а так же калибровка измерений с использованием лампы накаливания в домашних условиях.

Статья содержит разделы:

  • Измерение освещенности люксметром
  • Измерение освещенности фотоаппаратом
  • Калибровка фотоаппарата в качестве люксметра
  • Измерение коэффициента отражения поверхности

 

Измерение освещенности люксметром

     Измерение освещенности в помещении выполняют в соответствие с ГОСТ Р 54944-2012. В этом стандарте перечислены рекомендуемые приборы для измерения – люксметры, и указаны контрольные точки, в которых производятся измерения. Люксметр содержит фотометрическую головку и блок обработки. Процесс измерения горизонтальной освещенности на поверхности стола показан на Рис. 1. Фотометрическую головку перемещают по поверхности стола в соответствие с выбранными контрольными точками и фиксируют показание.

Интересуют: минимальное значение освещенности и среднее значение (сумма показаний люксметра, поделенная на количество измерений). 

Измерение освещенности люксметром 

Рис. 1 Измерение освещенности люксметром

     Рекомендуемые нормы освещенности жилых помещений содержатся в Таблице 1 СанПиН 2.2.1/2.1.1.1278-03. В жилых помещениях нормируют горизонтальную освещенность на уровне пола (Г-0,0).  В административных зданиях в основном освещенность нормируют на рабочей поверхности стола, на высоте 0,8 метра от пола (Таблица 2).

     При использовании ламп накаливания и галогенных ламп следует учитывать рекомендации п. 3.1.7 СанПиН 2.2.1/2.1.1.1278-03. Эти лампы относят к источникам света с улучшенной  цветопередачей и при их использовании нормы освещенности могут быть уменьшены на одну ступень.

 

 

Измерение освещенности фотоаппаратом

     Конструкция цифрового фотоаппарата близка к конструкции яркомера, предназначенного для измерения яркости освещенных поверхностей. Таких как фасады домов и дорожные покрытия. Косвенно таким яркомером можно измерить освещенность. При этом погрешность измерения будет зависеть от точности определения коэффициента отражения поверхности. Если использовать белый лист белого ватмана, например формата А4, или качественную бумагу для принтеров, то коэффициент отражения с небольшой погрешностью можно принять 0,8…0,85. Не стоит использовать фотобумаги, особенно глянцевые.

      Используют фотоаппарат в качестве яркомера с последующим расчетом освещенности в следующей последовательности:

— на плоскость, на которой необходимо измерить освещенность кладут лист белой бумаги. В центре листа необходимо нарисовать небольшой кружек или крестик, или положить небольшой предмет, что бы фотоаппарат мог наводиться на резкость. На Рис. 2 на листе бумаги лежит фотометрическая головка люксметра – по ней фотоаппарат и наведется на резкость. Лист белой бумаги положен на то место, где на Рис. 1 лежала фотометрическая головка;

— сфотографировать лист белой бумаги в автоматическом режиме при отключенной вспышке. Фотографировать необходимо так, что бы на бумагу не попадала тень, создаваемая фотографирующим и лист белой бумаги должен занять весь кадр;

 Подготовка к измерениям 

Рис. 2 Подготовка к измерениям

 Лист бумаги

 

Рис. 3 Сфотографированный лист бумаги

     Для вычисления освещенности необходимо посмотреть параметры экспозиции при съемке: выдержку t, диафрагму F и чувствительность ISO. Для этого необходимо загрузить фотографию в компьютер и посмотреть ее свойства (нажав на ярлык фотографии правой кнопкой мыши), либо, что значительно проще, после наведения фотоаппарата на резкость посмотреть на его дисплее значения экспозиции. Величину измеренной освещенности вычисляют по приближенной формуле:

Е=125•F2•t/ISO, лк

     В этой формуле под выдержкой t подразумевается не время экспозиции, а знаменатель выдержки. То есть если выдержка составила 1/100 секунды, то в формулу подставляем t=100. Коэффициент 125 подходит для большинства современных цифровых фотоаппаратов, но для некоторых моделей фотоаппаратов может быть другим. Далее будет показано, как можно выполнить калибровку фотоаппарата и соответственно скорректировать этот коэффициент.

     В таблице на Рис. 4 рассчитаны величины освещенности для некоторых величин диафрагмы и чувствительности матрицы фотоаппарата ISO.

 Таблица для расчетов освещенности

Рис. 4 Таблица для измерения освещенности

     Погрешность измерения определяется: шагом переключения выдержек фотоаппарата (диапазон изменения реальной освещенности примерно на 20% при таких измерениях отображается как одно значение), отклонением коэффициента отражения бумаги от предполагаемого, отсутствием корректирующих светофильтров, которые всегда присутствуют в люксметрах. Корректирующие светофильтры необходимы для приведения спектра света к характеристике его восприятия глазом человека.

     Сравнение измерений освещенности, выполненных люксметром ARGUS-01 и фотоаппаратом Canon digital IXUS 75, показало расхождение результатов измерений в пределах ± 15-20%.   Измерения были произведены при искусственном освещении в диапазоне 50 – 500 лк и естественном освещении в пределах 200 – 50000 лк.

 

Калибровка фотоаппарата в качестве люксметра

     В интернете можно встретить большое количество различных рекомендаций по измерению освещенности фотоаппаратом. При этом интерпретации результатов измерения разных авторов значительно различаются. Поэтому необходимо иметь простой и доступный способ калибровки фотоаппарата. Для этого понадобится источник света с хорошо повторяющимися характеристиками. Пожалуй, самым доступным источником света с заранее известными характеристиками является обычная лампа накаливания. Световой поток ламп и номинальное напряжение указывают на их упаковке. Ни в коем случае для калибровки нельзя использовать светильник. В светильнике за счет плафона сила света может возрасти в два и более раз. Лампу следует ввернуть в обычный патрон.

      Кривая силы света (КСС) ламп накаливания имеет максимум в направлении, противоположном цоколю.

Для лампы со световым потоком Ф=1000 люмен (лм) сила света I в этом направлении равна 100 кандел (кд). Для ламп с другими значениями светового потока Ф сила света I в направлении, противоположном цоколю рассчитывается по формуле:

I=100•Ф/1000=Ф/10

Освещенность Е на рабочей плоскости определяется соотношением:

Е=I•cosα/r2,

здесь r – расстояние в метрах от спирали лампы до рабочей плоскости, на которой необходимо создать  калиброванный уровень освещенности; α –угол между направлением силы света и нормалью к рабочей плоскости. Для нашего случая угол α близок к нулю, и соответственно можно принять cosα=1.

Тогда освещенность рабочей плоскости вычислим по формуле:

Е=Ф/(10 •r2), лк

     Например, для лампы накаливания мощностью 95 Вт, имеющей световой поток 1250 лм при расстоянии от спирали лампы до рабочей плоскости 0,65 м освещенность Е=1250/10•0,65

2=1250/4,225=296 лк.

      Схема осветительной установки для выполнения измерений  показана Рис. 5. Лампа подвешена в центре комнаты к потолку (проще всего подвес закрепить к люстре, если она имеется в комнате).

Подвес лампы накаливания для калибровки фотоаппарата

Рис. 5 Калибровка фотоаппарата

     Что бы ни допустить возникновения больших погрешностей необходимо выполнить следующие условия:

— лампа накаливания должна быть новой. После 500 – 700 часов работы ее световой поток может упасть на 15 и даже 20%.

— расстояние r от спирали лампы до рабочей плоскости должно быть как минимум в 5 раз меньше, чем расстояние от лампы до стен и потолка. Иначе свет, отраженный от потолка и стен, попадая на рабочую плоскость, увеличит ее освещенность. Если расстояние r превышает расстояние до стен и потолка только в 2 — 3 раза, то погрешность может составлять десятки процентов. Данную погрешность можно значительно снизить, используя защитный экран из материала с низким коэффициентом отражения. Черная бумага имеет коэффициент отражения ρ около 0,05.

Черный бархат имеет ρ, близкий к 0,01. В следующей главе будет рассказано, как измерить коэффициент отражения. Кроме того защитный экран защитит фотоаппарат от прямого излучения лампы.

— если напряжение в сети существенно отличается от номинального напряжения лампы, то необходимо ввести поправку. Величину номинального напряжения ламп накаливания наносят на ее колбу рядом с маркировкой номинальной мощности (эти обозначения так же присутствуют на упаковке лампы). При превышении напряжения в сети на  5% над номинальным напряжением лампы, ее световой поток увеличивается уже на 17,5%, (изменение напряжения на 1% изменяет световой поток на 3,5%). Соответственно световой поток уменьшается, если номинальное напряжение сети ниже номинального напряжения лампы. То есть если номинальное напряжение лампы 220 В, а измеренное напряжение  в сети составляет 230 В (превышение напряжения на 4,5%), то для лампы накаливания мощностью 95 Вт, и номинальным световым потоком 1250 лм фактический световой поток увеличится на 4,5•3,5=15.

75% и приблизительно равен 1250•1,16=1450 лм. При расстоянии от спирали лампы до рабочей плоскости 0,65 м (как в предыдущем примере) освещенность в этом случае будет равна Е=1450/10•0,652=1250/4,225=343 лк.

      Введение поправок описано в п. 7.1.7 ГОСТ Р 54944-2012. Целесообразно использовать лампу с номинальным напряжением, близким к напряжению в сети (как правило, лампы накаливания выпускают на 220, 230 и 235 В).

 

Измерение коэффициента отражения поверхности

     При помощи фотоаппарата так же можно измерить коэффициент отражения, например, обоев. Коэффициент отражения входит в расчетные формулы при расчете освещенности и представляет собой отношение отраженного от исследуемой поверхности светового потока Фотр к падающему на поверхность потоку Фпад. Отсутствие информации о коэффициенте отражения поверхностей зачастую приводит к большим ошибкам в светотехнических расчетах. Для этого можно сфотографировать (обязательно при выключенной вспышке) фрагмент исследуемых обоев и лист белой бумаги. Бумага и обои во время фотосъемки должны находиться на одном и том же месте. Условия освещения фотографируемых поверхностей должны быть одинаковыми. Для повышения точности можно выполнить несколько измерений и результаты усреднить. Диафрагма и чувствительность ISO в обоих случаях должны быть неизменными. Вычислить коэффициент отражения исследуемой поверхности ρиссл. можно по формуле:

ρиссл.  = 0,82• t1/ t2

Здесь число 0,82 – коэффициент отражения эталонной поверхности (листа ватмана),

t1— знаменатель выдержки при фотографировании исследуемого образца, t2— знаменатель выдержки при фотографировании листа белой бумаги.

     Если фотоаппарат позволяет определять выдержку после его наведения на исследуемую плоскость по экрану дисплея фотоаппарата, то саму фотосъемку производить не обязательно.

     На Рис. 6 показана фотография обоев на стене, выполненная при искусственном освещении. Далее на место сфотографированных обоев был помещен лист ватмана и так же сфотографирован. Положение фотоаппарата в обоих случаях зафиксировано в одном месте.

 Исследуемые обои

Рис. 6 Фрагмент обоев

 

     При измерении коэффициента отражения показанных на Рис. 6 обоев диафрагма фотоаппарата имела значение 2,8. Чувствительность матрицы фотоаппарата ISO = 80. При фотографировании обоев выдержка составила величину t1= 1/10 секунды. При замещении обоев белой бумагой выдержка равна t2= 1/13 секунд.

     Коэффициент отражения белой бумаги ρбумага можно принять равным 0,82. Тогда искомый коэффициент отражения обоев ρобои  определим как: ρобои  = 0,82•10/13=0,63. После усреднения серии измерений при естественном и искусственном освещении коэффициент отражения данного образца обоев снижен до 0,55.           

     На Рис. 7 показана таблица с рассчитанными коэффициентами отражения. Здесь значения выдержек при калибровке (на желтом фоне) соответствуют выдержке t2 при наведении фотоаппарата на лист белой бумаги, а в режиме измерения t1— наведение фотоаппарата на исследуемый образец.

 

Таблица для измерения коэффициентов отражения 

Рис. 7 Таблица для измерения коэффициентов отражения

     При измерении коэффициента отражения тканей следует учитывать светопропускную способность ткани. Для минимизации влияния отражения света от поверхности, на которой лежит ткань, желательно в качестве этой поверхности использовать лист черной бумаги.

     Погрешность измерения довольно велика и в первую очередь определяется шагом переключения выдержки фотоаппарата. А так же различием отражательных свойств исследуемых образцов и ватмана.

     При измерении отражающих свойств поверхностей в светотехнических лабораториях используют специальные фотометрические шары, позволяющие выполнить измерения с высокой точностью. Для измерений в домашних условиях описанные в статье методы вполне приемлемы.

      Примерные коэффициенты отражения поверхностей различных цветов показаны на Рис.8. Измерения выполнены при солнечном свете.

Коэффициенты отражения различных поверхностей

Рис.8 Коэффициенты отражения различных поверхностей

№1 – 0,05; №2 – 0,08 ; №3 – 0,1; №4 – 0,13; №5 – 0,21; №6 – 0,35; №7 -0,55 ; №8 – 0,55; №9 – 0,55.

     Синие и зеленые цвета в зависимости от их насыщенности (светлые тона, темные тона) могут иметь коэффициент отражения от 0,15 до 0,6. Красные цвета имеют коэффициент отражения от 0,1 до 0,3.

     Следует обратить внимание, что фотографии одних и тех же поверхностей, снятых при естественном и искусственном освещении могут иметь различный вид. Например, поверхность №8 на Рис. 8, это те же обои, что и на Рис. 6. Но, показанные на Рис. 6 обои сняты при искусственном освещении, а на Рис. 8 — при естественном. 

 

    К ОГЛАВЛЕНИЮ (Все статьи сайта)

27. 07.2015 г.

как и в чем измеряется уровень освещенности помещения

Поток света можно измерить исключительно в лабораторных условиях, в ином случае определить уровень освещенности просто невозможно. Однако приборы для каждых помещений уже имеют определенную маркировку, на основании которой можно вычислить степень освещения комнаты, выражаемую в единицах измерения освещения. Главные условия — знать площадь и обладать навыками элементарных расчетов.

  • Основные характеристики света
  • Особенности вычисления
  • Прибор для измерения

Основные характеристики света

Свет — физическая величина, которая обладает такими свойствами, как мощность светового потока, светимость, сила света, освещенность и яркость.

Мощность светового потока, то есть видимого светового излучения, можно оценить по ощущаемому воздействию света на человеческое зрение. Единицей измерения светового потока является люмен.

Обычная лампа накаливания в 100 Ватт имеет показатель мощности 1350 люмен, лампа же с люминесцентным свечением аналогичной «ваттности» показывает гораздо больше — 3200 лм.

Если подробнее, то один точечный источник, имеющий силу света 1 кандела, испускает световой поток мощностью в 1 люмен. Телесный угол при этом имеет величину 1 стерадиан.

Следующая характеристика света — это его сила, которая характеризует плотность потока, измеряется эта величина в канделах. Очень обобщенно раньше считалось, что 1 кд равен свету 1 свечи, эту единицу даже приравнивали к 1 Вт. Увеличить силу света можно, если установить вогнутый зеркальный рефлектор с одной стороны лампочки.

Что касается яркости, эта величина выражается через отношение кандела на кв. м, то есть проекции силы светового потока на плоскую освещаемую поверхность под прямым углом. Светность, или светимость, отражает плотность потока света по отношению к площади освещаемой поверхности — 1 люмен на кв. м.

Такая характеристика света, как освещенность демонстрирует поверхностную плотность света, освещающего определенную площадь поверхности. Эта величина выражается через отношение ли/кв. м. В физике существуют специальные единицы, в которых измеряется освещенность — люксы.

Особенности вычисления

Рассчитывая степень освещенности какого-либо помещения, необходимо принимать во внимание закон аддитивности. Он работает при наличии нескольких источников освещения, воздействующих на определенную площадь.

Закон аддитивности выражается в суммировании освещенности, выдаваемой каждым световым объектом по отдельности:

∑ E = E1 + E2 +… + En.

Показатель освещенности применяется только для поверхностей, которые отражают свет, а не светятся собственным. Например, луна, стены, пол и любые другие плоскости. Освещенность помещения измеряется следующим образом:

  • Для комнаты с размерами 3х3х3 м при условии наличия в ней пятиваттного светодиода мощностью в 100 люменов необходимо подсчитать суммарную площадь всех освещаемых поверхностей — пола, потолка и стен, а затем разделить световой поток на площадь.
  • Получится 100 люменов/ 9 кв. м * 6=100/54= 1,85 люксов — единиц измерения освещенности.
  • В случае если источник освещения оснащен специальной линзой, благодаря которой на одной из поверхностей будет ярче освещен круг диаметром, например, 1 м (площадь круга, соответственно, будет равняться 0,78 кв. м), то освещенность этого участка будет иметь значение 128 лк.

Существуют и довольно стандартные показатели — в определенных условиях свет показывает приблизительно одинаковые значения, поэтому подобные ситуации можно обобщить. В качестве некоторых примеров освещенности можно привести следующие моменты:

  • Освещенность поверхности земли в ясный день, когда солнце находится в зените, равняется 100 тыс. лк. В тени в это же время 10−25 тыс. лк В комнате около окна значение достигает 100 лк.
  • В пасмурный день, в зависимости от степени закрытия облаками солнечного света, среднее значение приблизительно равно 1 тыс. лк.
  • Ясная погода в полнолуние дает 0,2 лк.
  • Освещенность Луны составляет 135 тыс. лк.
  • Для нормального чтения, при котором не сильно напрягаются глаза, необходимо в среднем 40 лк.
  • Большинству растений для нормальной жизнедеятельности хватает 500 лк, однако для разных видов требуется различное соотношение спектра.

Прибор для измерения

Существует специальный прибор для измерения уровня освещения поверхности — люксметр. Его устройство включает в себя фотоэлемент, который улавливает свет. Механизм работы люксметра может быть как цифровым, так и аналоговым — в обоих случаях точность измерения довольно высока. ГОСТ предполагает максимальную погрешность около 10%.

Во многих конструкциях участок, содержащий фотоэлемент, соединяется с остальной частью при помощи эластичного витого провода для проведения работ в труднодоступных местах. Прибор комплектуется световыми фильтрами, используя которые можно регулировать процесс измерения, учитывая особые нюансы местности.

Во время работы с устройством его следует располагать горизонтально — любые отклонения от этой плоскости могут негативно повлиять на точность измерений. А также необходимо избегать влияния случайных теней. Подробная методика применительно для каждого типа освещения описана в соответствующем госстандарте.

Зелень без ограничений | Как измерить свет для растений

 

Одна из самых больших трудностей, с которой мы сталкиваемся у наших клиентов, — это их способность оценить правильное освещение для своих растений. Это не легко. Человеческий глаз автоматически компенсирует яркость, что делает нашу способность оценивать уровень освещенности обманчивой. Внутреннее освещение часто усложняет проблему, потому что то, что выглядит «ярко», может и близко не соответствовать при измерении прибором. В Greenery Unlimited мы оценили тысячи помещений, и первая часть нашей работы всегда заключается в подборе правильной среды с правильным растением. Ниже мы подробно рассмотрим три основных метода оценки освещенности в вашем доме или офисе: быстрый, в некоторой степени точный тест для проверки зрения , несколько более точное приложение , которое можно установить на смарт-устройство, и инструкции по использованию физического прибора, называемого люксметром , который можно приобрести примерно за 35 долларов.

Комплектация:

  • 1. Теория
  • 2. Простой метод
  • 3. Использование приложения люксметра (программного обеспечения)
  • 4. Использование люксметра (аппаратного)
  • 4. Как интерпретировать показания фут-свечи

Теория

Ниже мы углубимся в детали, но сначала важно поговорить о единице измерения, часто используемой в связи с растениями. Выращивание растений зависит от обеспечения им правильного качества света, что означает предоставление им спектра света, соответствующего спектру Солнца нашей галактики, или, по крайней мере, близкого к нему приближения. Однако гораздо важнее обеспечить их достаточным количеством света.

Для таких любителей и дизайнеров интерьеров, как мы, не нужны дорогие инструменты, такие как PAR-метры или спектрометры. Эти устройства могут быть полезны для коммерческого выращивания растений, но давайте будем честными: большинство из вас просто пытается сохранить свои растения живыми и достаточно счастливыми, чтобы время от времени выпускать новый лист. Для этого, говоря о свете с точки зрения фут-свечей сделают свое дело.

Хотя этот термин является анахронизмом, фут-кандел  все еще широко распространены в садоводческом сообществе. Dictionary.com определяет фут-свечей следующим образом:

существительное, Оптика.

  • единица освещенности или освещенности, эквивалентная освещенности, создаваемой источником в одну свечу на расстоянии одного фута, и равная одному люмену на квадратный фут.

 

Фут-свечи — неточная форма измерения, но они дают нам хорошее представление о том, сколько света получает растение. Когда у нас есть точное численное измерение интенсивности света в помещении, мы можем начать смотреть, какие растения будут хорошо себя чувствовать.