Kalibrované měření osvětlenosti – od osvětlení pracoviště až po 500 000 lx.
Luxmetry a měřiče osvětlenosti pro přesné měření světla
Osvětlenost popisuje světelný tok dopadající na plochu a patří mezi základní fotometrické veličiny. Vyjadřuje se v luxech. Pro reprodukovatelná měření musí být světlo váženo podle spektrální citlivosti lidského oka.
Opsytec nabízí kalibrované měřicí systémy pro stanovení osvětlenosti. Se senzorem LUX se radiometry RMD a RM-12 stávají luxmetry – kalibrovanými měřiči světla, které zobrazují osvětlenost v luxech. Senzor pokrývá viditelný spektrální rozsah od 380 do 780 nm a váží dopadající světlo podle funkce V(λ).
Co měří luxmetr?
Luxmetr měří osvětlenost Ev. Ta popisuje světelný tok dopadající na danou plochu. Jednotkou je lux:
1 lx = 1 lm/m²
Osvětlenost je fotometrická veličina. Hodnotí optické záření podle spektrální citlivosti lidského oka při denním vidění.
Tím se měření v luxech zásadně liší od radiometrického měření ve W/m². Dva světelné zdroje se stejným zářivým výkonem mohou kvůli odlišnému spektru poskytovat různé hodnoty v luxech.
Vážení V(λ) a senzor V-lambda
Pro fotometrická měření se spektrální světelná citlivost lidského oka popisuje funkcí V(λ). Ta má maximum při 555 nm a k okrajům viditelné oblasti strmě klesá.
Měřič osvětlenosti proto potřebuje senzor V-lambda: senzor, jehož spektrální citlivost co nejpřesněji odpovídá této vážící funkci. Odchylky mezi odezvou senzoru a funkcí V(λ) mohou vést k chybám měření, zejména u úzkopásmových LED nebo neobvyklých spekter.
Senzor Opsytec LUX pracuje v rozsahu 380 až 780 nm s vážením V(λ) a lze jej použít s radiometry RMD a RM-12.
Kosinová korekce
Osvětlenost je veličina vztažená k ploše. Záření dopadající na měřicí plochu pod šikmým úhlem přispívá k osvětlenosti podle kosinu úhlu dopadu. Vhodná měřicí hlavice musí toto úhlové chování věrně reprodukovat.
Senzory Opsytec využívají pro kosinovou korekci difuzory. Tím se zvyšuje přesnost měření u světla, které nedopadá na senzor výhradně kolmo.
Stupnice luxů: jak velký je to jas?
Mezi bezměsíčnou nocí ozářenou hvězdami a sluncem v zenitu leží faktor více než 100 milionů – a oko vidí v obou případech. Zornice mění množství vstupujícího světla jen asi o faktor 16; podstatně větší část adaptace obstarává sítnice. Stupnice zobrazuje typické hodnoty osvětlenosti a normové hodnoty na logaritmické ose. Posuňte jezdec na ose, najeďte myší na symbol nebo zadejte vlastní naměřenou hodnotu.
| Situace | Osvětlenost |
|---|---|
| Jasná obloha, slunce v zenitu | 130 000 lx |
| Letní poledne ve střední Evropě, jasná obloha | 90 000 lx |
| Zimní poledne, jasná obloha | 20 000 lx |
| Letní poledne, zatažená obloha | 19 000 lx |
| Ve stínu v létě | 10 000 lx |
| Zatažený zimní den | 3 500 lx |
| Zatažený den, typická hodnota | 1 000 lx |
| Soumrak (slunce těsně pod obzorem) | 750 lx |
| Velmi tmavý zatažený den | 100 lx |
| Soumrak (slunce 6° pod obzorem) | 3 lx |
| Noc za úplňku | 0,05–0,36 lx |
| Měsíc v čtvrti, jasná obloha | 0,01 lx |
| Hvězdná noc za novu | 0,001 lx |
| Bezměsíčná noc, zatažená obloha | 0,0001 lx |
| Situace | Osvětlenost |
|---|---|
| Moderní operační osvětlení | 160 000 lx |
| Komora pro zkoušky fotostability podle ICH Q1B (řešený příklad) | 75 000 lx |
| Dentální operační svítidlo (minimum) | 15 000 lx |
| Osvětlení kanceláře nebo místnosti | 500 lx |
| Chodba | 100 lx |
| Obývací pokoj | 50 lx |
| Fluorescenční kontrola podle ISO 3059 (okolní světlo, maximum) | 20 lx |
| Pouliční osvětlení | 10 lx |
| Svíčka ve vzdálenosti přibližně 1 m | 1 lx |
| Nouzové osvětlení únikových cest podle EN 1838 (minimum) | 1 lx |
Normy: ISO 3059, EN 1838, ICH Q1B.
| Úkol / místnost | Udržovaná osvětlenost |
|---|---|
| Technické kreslení | 750 lx |
| Kancelář, práce u obrazovky, zasedací místnosti | 500 lx |
| Pracoviště CAD | 500 lx |
| Prodejní prostory, recepce | 300 lx |
| Chodby, schodiště | 100 lx |
| Parkoviště | 75 lx |
Normované hodnoty jsou udržované hodnoty: osvětlenost nesmí klesnout pod ně ani po stárnutí a znečištění svítidel. Při udržovacím činiteli 0,8 musí tedy nová instalace pro 500 lx poskytovat přibližně 625 lx. Pro práci u obrazovky norma navíc požaduje omezení oslnění UGR ≤ 19 a index podání barev Ra ≥ 80.
Norma: EN 12464-1:2021.
Kde se měří osvětlenost
Typickými aplikacemi jsou:
- Zkoušení LED svítidel
- Vývoj osvětlovacích systémů
- Kontrola kvality a výstupní zkoušky ve výrobě
- Srovnávací měření na lampách
- Výzkum a vývoj
- Charakterizace optických systémů
V několika aplikacích předepisují normy osvětlenost přímo:
- Fluorescenční zkoušení trhlin podle ISO 3059: Během kontroly nesmí viditelné okolní světlo překročit 20 lx, přičemž ozářenost UV-A musí činit nejméně 10 W/m². Pro tento případ je pro RMD k dispozici kombinovaný senzor pro 365 nm a LUX.
- Fotostabilita podle ICH Q1B: Vzorky léčiv musí obdržet nejméně 1,2 milionu luxhodin viditelného světla a 200 Wh/m² blízkého UV záření. Za tímto účelem se osvětlenost a UV ozářenost měří v poloze vzorku.
- Osvětlení pracovišť podle EN 12464-1: Norma stanovuje hodnoty udržované osvětlenosti pro pracoviště, od 75 lx v parkovacích domech až po 750 lx pro technické kreslení.
- LED a technologie displejů: Osvětlenost popisuje okolní světlo a světelný výstup LED modulů na ploše.
Luxmetry od Opsytec: RM-12 a RMD
Volba měřicího systému závisí na spektru, intenzitě, geometrii měření a na tom, zda se má kromě viditelného světla hodnotit i UV záření. Pro rychlá a reprodukovatelná měření osvětlenosti v luxech jsou vhodné RMD nebo RM-12 se senzorem LUX. Pro trvale instalované monitorování v zařízeních je senzor LUX k dispozici také jako PLC senzor s analogovým výstupem a jako PLC.net s připojením Ethernet.
RM-12 jako kompaktní luxmetr
RM-12 je kompaktní ruční radiometr napájený bateriemi, který lze provozovat s různými měřicími hlavicemi. Ve spojení se senzorem LUX se z něj stává praktický přístroj pro měření osvětlenosti.
Modulární konstrukce umožňuje používat stejnou základní jednotku pro fotometrická i radiometrická měření. Kromě osvětlenosti lze vhodnými senzory měřit například ozářenost UVA, UVB nebo UVC.
To je výhodné zejména v aplikacích, kde je třeba posuzovat viditelné světlo a UV záření společně.
RMD: digitální luxmetr do 500 000 lx
RMD je plně digitální ruční radiometr se dvěma vstupy pro senzory. Je vhodný pro přesná měření s vysokým dynamickým rozsahem s různými senzory. Díky měřicímu rozsahu až 500 000 lx lze zkoumat jak typické situace umělého osvětlení, tak velmi vysoké osvětlenosti – například v ozařovacích komorách nebo pod operačními a ošetřovacími svítidly.
- dva digitální vstupy pro senzory, například pro současné měření osvětlenosti a UVA ozářenosti
- 24bitový převod a dynamický rozsah 1 : 10 000 000
- osvětlenost až 500 000 lx
- zobrazení ozářenosti, osvětlenosti a dávky
- nejistota kalibrace senzorů typicky 4,5–6,0 % (k = 2)
Systém je vhodný pro laboratoře, vývoj, zajištění kvality a průmyslové zkoušky a se dvěma vstupy pro senzory nabízí větší rezervu.
RM-12
Ruční měřicí přístroj pro ozářenost a osvětlenost s vyměnitelnými senzory.
Radiometr RMD Pro
Plně digitální ruční radiometr pro ozářenost a dávku se dvěma vstupy pro senzory a 8 GB pamětí.
PLC senzory s analogovými výstupními signály
UV a světelné senzory s výstupem 4–20 mA, 0–10 V nebo 0–2 V pro přímé připojení k PLC řídicím jednotkám.
PLC.net – ethernetový UV senzor
UV senzor s Ethernetem a PoE; naměřené hodnoty jsou k dispozici přímo v síti přes Modbus TCP a HTTP/JSON.
Měření osvětlenosti LED
LED mohou mít velmi úzká spektra nebo spektra složená z několika píků. Spektrální shoda luxmetru s křivkou V(λ) je proto pro měření LED obzvláště významná: pokud citlivost senzoru na emisní vlnové délce leží mírně nad nebo pod křivkou V(λ), projeví se tato odchylka u úzkopásmového zdroje v plné míře na naměřené hodnotě. Jak velký tento vliv může být, je vysvětleno v článku o spektrální neshodě.
Pro rutinní zkoušky je vhodný kalibrovaný luxmetr se senzorem přizpůsobeným křivce V(λ).
Měření luxů: jak na to správně
- Definujte měřicí rovinu: Senzor leží v rovině, pro kterou má hodnota platit – u pracovišť obvykle pracovní plocha – a je s ní rovnoběžně vyrovnán.
- Udržujte konstantní vzdálenost: U bodových zdrojů klesá osvětlenost se čtvercem vzdálenosti. I několik milimetrů znamená zřetelný rozdíl v naměřené hodnotě.
- Zabraňte zastínění: Tělo, ruce ani kabely nesmí bránit dopadu světla na senzor.
- Několik měřicích bodů: Osvětlenost plochy je jen zřídka rovnoměrná. Mřížka několika bodů ukáže střední hodnotu a rovnoměrnost.
- Dbejte na teplotu: Senzor i světelný zdroj by měly dosáhnout své provozní teploty; mnoho lamp a LED mění během zahřívání svůj světelný výkon.
FAQ: luxmetry
Jaký je rozdíl mezi měřením v luxech a měřením ve W/m²?
Radiometrické měření ve W/m² zaznamenává fyzikálně přítomný zářivý výkon bez vážení. Fotometrické měření v luxech váží totéž záření funkcí spektrální světelné účinnosti V(λ) lidského oka a mimo přibližně 380–780 nm je nulové. Dva zdroje se stejným zářivým výkonem proto mohou mít velmi rozdílné hodnoty v luxech.
Proč se při fluorescenční kontrole podle ISO 3059 měří osvětlenost?
Viditelné okolní světlo snižuje kontrast mezi fluorescenční indikací a pozadím. Norma proto omezuje osvětlenost při kontrole na maximálně 20 lx, přičemž UV-A ozářenost musí činit nejméně 10 W/m². Obě veličiny se měří na kontrolovaném povrchu.
Co znamená vážení V(λ)?
V(λ) je mezinárodně definovaná křivka spektrální světelné účinnosti lidského oka při fotopickém vidění s maximem při 555 nm. Senzor luxmetru musí tuto křivku spektrálně sledovat, aby jeho údaj odpovídal vnímanému jasu. U úzkopásmových zdrojů, jako jsou LED, se odchylky projevují silněji než u širokopásmového světla.
K čemu slouží kosinová korekce?
Světlo dopadající na povrch šikmo přispívá k osvětlenosti pouze kosinem úhlu dopadu. Difuzor před optickou plochou senzoru toto chování reprodukuje. Bez kosinové korekce by světlo dopadající pod úhlem – například z několika svítidel nebo plošných zdrojů – bylo váženo nesprávně.
