Wzorcowany pomiar natężenia oświetlenia – od oświetlenia stanowisk pracy aż do 500 000 lx.
Luksomierze i mierniki natężenia oświetlenia do precyzyjnych pomiarów światła
Natężenie oświetlenia opisuje strumień świetlny padający na powierzchnię i jest jedną z podstawowych wielkości fotometrycznych. Wyraża się je w luksach. Aby pomiary były odtwarzalne, światło musi być ważone zgodnie z widmową czułością świetlną oka ludzkiego.
Opsytec oferuje wzorcowane systemy pomiarowe do wyznaczania natężenia oświetlenia. Dzięki czujnikowi LUX radiometry RMD i RM-12 stają się luksomierzami – wzorcowanymi miernikami światła, które wskazują natężenie oświetlenia w luksach. Czujnik obejmuje widzialny zakres widmowy od 380 do 780 nm i waży padające światło zgodnie z funkcją V(λ).
Co mierzy luksomierz?
Luksomierz mierzy natężenie oświetlenia Ev. Opisuje ono strumień świetlny padający na daną powierzchnię. Jednostką jest luks:
1 lx = 1 lm/m²
Natężenie oświetlenia jest wielkością fotometryczną. Waży ono promieniowanie optyczne zgodnie z czułością widmową ludzkiego oka w widzeniu dziennym.
Dlatego pomiar w luksach zasadniczo różni się od pomiaru radiometrycznego w W/m². Dwa źródła światła o tej samej mocy promienistej mogą dawać różne wartości w luksach ze względu na odmienne widma.
Ważenie V(λ) i czujnik V-lambda
W pomiarach fotometrycznych widmową czułość świetlną oka ludzkiego opisuje funkcja V(λ). Osiąga ona maksimum przy 555 nm i stromo opada w kierunku krańców zakresu widzialnego.
Miernik natężenia oświetlenia wymaga zatem czujnika V-lambda: czujnika, którego czułość widmowa możliwie dokładnie odpowiada tej funkcji ważącej. Odchylenia między odpowiedzią czujnika a funkcją V(λ) mogą prowadzić do błędów pomiarowych, szczególnie w przypadku wąskopasmowych diod LED lub nietypowych widm.
Czujnik LUX firmy Opsytec pracuje w zakresie od 380 do 780 nm z ważeniem V(λ) i może być stosowany z radiometrami RMD oraz RM-12.
Korekcja kosinusowa
Natężenie oświetlenia jest wielkością odniesioną do powierzchni. Promieniowanie padające na powierzchnię pomiarową pod kątem ukośnym wnosi wkład do natężenia oświetlenia zgodnie z kosinusem kąta padania. Odpowiednia głowica pomiarowa musi odwzorowywać takie zachowanie kątowe.
Czujniki Opsytec wykorzystują dyfuzory do korekcji kosinusowej. Poprawia to dokładność pomiaru w przypadku światła, które nie pada na czujnik wyłącznie prostopadle.
Skala luksów: jak jasno to jest?
Pomiędzy rozgwieżdżoną nocą podczas nowiu a słońcem w zenicie leży współczynnik ponad 100 milionów – a oko widzi w obu przypadkach. Źrenica zmienia ilość wpadającego światła zaledwie około 16-krotnie; zdecydowanie większą część adaptacji wykonuje siatkówka. Skala przedstawia typowe poziomy natężenia oświetlenia oraz wartości normatywne na osi logarytmicznej. Prosimy przesunąć suwak na osi, najechać myszą na symbol lub wprowadzić własny wynik pomiaru.
| Sytuacja | Natężenie oświetlenia |
|---|---|
| Bezchmurne niebo, słońce w zenicie | 130 000 lx |
| Letnie południe w Europie Środkowej, bezchmurne niebo | 90 000 lx |
| Zimowe południe, bezchmurne niebo | 20 000 lx |
| Letnie południe, zachmurzone niebo | 19 000 lx |
| W cieniu latem | 10 000 lx |
| Pochmurny dzień zimowy | 3 500 lx |
| Pochmurny dzień, wartość typowa | 1 000 lx |
| Zmierzch (słońce tuż pod horyzontem) | 750 lx |
| Bardzo ciemny, pochmurny dzień | 100 lx |
| Zmierzch (słońce 6° pod horyzontem) | 3 lx |
| Noc przy pełni księżyca | 0,05–0,36 lx |
| Księżyc w kwadrze, bezchmurne niebo | 0,01 lx |
| Gwiaździsta noc przy nowiu | 0,001 lx |
| Bezksiężycowa noc, zachmurzone niebo | 0,0001 lx |
| Sytuacja | Natężenie oświetlenia |
|---|---|
| Nowoczesne oświetlenie pola operacyjnego | 160 000 lx |
| Komora fotostabilności wg ICH Q1B (przykład obliczeniowy) | 75 000 lx |
| Lampa zabiegowa stomatologiczna (minimum) | 15 000 lx |
| Oświetlenie biura lub pomieszczenia | 500 lx |
| Korytarz | 100 lx |
| Pokój dzienny | 50 lx |
| Badanie fluorescencyjne wg ISO 3059 (światło otoczenia, maksimum) | 20 lx |
| Oświetlenie uliczne | 10 lx |
| Świeca w odległości około 1 m | 1 lx |
| Oświetlenie awaryjne dróg ewakuacyjnych wg EN 1838 (minimum) | 1 lx |
Normy: ISO 3059, EN 1838, ICH Q1B.
| Zadanie / pomieszczenie | Eksploatacyjne natężenie oświetlenia |
|---|---|
| Rysunek techniczny | 750 lx |
| Biuro, praca przy monitorze, sale konferencyjne | 500 lx |
| Stanowiska CAD | 500 lx |
| Powierzchnie sprzedaży, recepcja | 300 lx |
| Korytarze, klatki schodowe | 100 lx |
| Parkingi | 75 lx |
Wartości normowe są wartościami eksploatacyjnymi: natężenie oświetlenia nie może spaść poniżej nich nawet po starzeniu się i zabrudzeniu opraw. Przy współczynniku utrzymania 0,8 nowa instalacja dla 500 lx musi zatem dostarczać około 625 lx. W przypadku pracy przy monitorze norma wymaga dodatkowo ograniczenia olśnienia UGR ≤ 19 oraz wskaźnika oddawania barw Ra ≥ 80.
Norma: EN 12464-1:2021.
Gdzie mierzy się natężenie oświetlenia
Typowe zastosowania to:
- Badanie opraw oświetleniowych LED
- Rozwój systemów oświetleniowych
- Kontrola jakości i badania produkcyjne
- Pomiary porównawcze lamp
- Badania i rozwój
- Charakteryzacja układów optycznych
W kilku zastosowaniach normy określają natężenie oświetlenia bezpośrednio:
- Fluorescencyjne badanie pęknięć wg ISO 3059: Podczas kontroli widzialne światło otoczenia nie może przekraczać 20 lx, przy natężeniu napromienienia UV-A wynoszącym co najmniej 10 W/m². Do tego zastosowania dostępny jest dla RMD czujnik kombinowany dla 365 nm i LUX.
- Fotostabilność wg ICH Q1B: Próbki leków muszą otrzymać co najmniej 1,2 miliona luksogodzin światła widzialnego oraz 200 Wh/m² bliskiego UV. W tym celu natężenie oświetlenia i natężenie napromienienia UV mierzy się w położeniu próbki.
- Oświetlenie stanowisk pracy wg EN 12464-1: Norma określa eksploatacyjne wartości natężenia oświetlenia dla stanowisk pracy, od 75 lx na parkingach do 750 lx przy rysunku technicznym.
- Technika LED i wyświetlaczy: Natężenie oświetlenia opisuje światło otoczenia oraz strumień świetlny modułów LED padający na powierzchnię.
Luksomierze firmy Opsytec: RM-12 i RMD
Wybór systemu pomiarowego zależy od widma, natężenia, geometrii pomiaru oraz od tego, czy oprócz światła widzialnego ma być oceniane również promieniowanie UV. Do szybkich i powtarzalnych pomiarów natężenia oświetlenia w luksach odpowiednie są RMD lub RM-12 z czujnikiem LUX. Do stale zainstalowanego monitorowania w instalacjach czujnik LUX jest dostępny również jako czujnik PLC z wyjściem analogowym oraz jako PLC.net z przyłączem Ethernet.
RM-12 jako kompaktowy luksomierz
RM-12 to kompaktowy, zasilany bateryjnie radiometr ręczny, który może pracować z różnymi głowicami pomiarowymi. W połączeniu z czujnikiem LUX staje się poręcznym przyrządem do pomiaru natężenia oświetlenia.
Modułowa budowa pozwala wykorzystywać to samo urządzenie podstawowe do pomiarów fotometrycznych i radiometrycznych. Oprócz natężenia oświetlenia odpowiednie czujniki mogą mierzyć na przykład natężenie napromienienia UVA, UVB lub UVC.
Jest to szczególnie korzystne w zastosowaniach, w których światło widzialne i promieniowanie UV muszą być oceniane łącznie.
RMD: cyfrowy luksomierz do 500 000 lx
RMD to w pełni cyfrowy radiometr ręczny z dwoma wejściami czujników. Nadaje się do precyzyjnych pomiarów o dużej dynamice z użyciem różnych czujników. Dzięki zakresowi pomiarowemu do 500 000 lx można badać zarówno typowe sytuacje oświetlenia sztucznego, jak i bardzo wysokie natężenia oświetlenia – na przykład w komorach napromieniowania albo pod lampami operacyjnymi i zabiegowymi.
- dwa cyfrowe wejścia czujników, na przykład do jednoczesnego pomiaru natężenia oświetlenia i natężenia napromienienia UVA
- przetwarzanie 24-bitowe i dynamika 1 : 10 000 000
- natężenie oświetlenia do 500 000 lx
- wyświetlanie natężenia napromienienia, natężenia oświetlenia i dawki
- niepewność wzorcowania czujników typowo 4,5–6,0 % (k = 2)
System nadaje się do laboratoriów, prac rozwojowych, zapewnienia jakości i badań przemysłowych, a dzięki dwóm wejściom czujników oferuje większy zapas możliwości.
RM-12
Ręczny miernik natężenia napromienienia i oświetlenia z wymiennymi czujnikami.
Radiometr RMD Pro
W pełni cyfrowy radiometr ręczny do pomiaru natężenia napromienienia i dawki, z dwoma wejściami czujników i pamięcią 8 GB.
Czujniki PLC z analogowymi sygnałami wyjściowymi
Czujniki UV i światła z wyjściem 4–20 mA, 0–10 V lub 0–2 V do bezpośredniego podłączenia do sterowników PLC.
PLC.net – czujnik UV Ethernet
Czujnik UV z Ethernet i PoE; odczyty dostępne przez Modbus TCP oraz HTTP/JSON bezpośrednio w sieci.
Pomiar natężenia oświetlenia LED
Diody LED mogą mieć bardzo wąskie widma lub widma złożone z kilku pików. Dopasowanie widmowe luksomierza do krzywej V(λ) ma zatem szczególne znaczenie przy pomiarach LED: jeżeli czułość czujnika przy długości fali emisji leży nieco powyżej lub poniżej krzywej V(λ), odchyłka ta w pełni wpływa na wskazanie w przypadku źródła wąskopasmowego. Jak duży może być ten wpływ, wyjaśniono w artykule o niedopasowaniu widmowym.
Do badań rutynowych nadaje się wzorcowany luksomierz z czujnikiem dopasowanym do V(λ).
Pomiar luksów: jak zrobić to poprawnie
- Zdefiniowanie płaszczyzny pomiarowej: czujnik leży w płaszczyźnie, dla której ma obowiązywać wartość – w przypadku stanowisk pracy zwykle jest to blat roboczy – i jest ustawiony równolegle do niej.
- Utrzymywanie stałej odległości: w przypadku źródeł punktowych natężenie oświetlenia maleje z kwadratem odległości. Nawet kilka milimetrów powoduje wyraźną różnicę wskazania.
- Unikanie zacienienia: ciało, ręce i przewody nie mogą zasłaniać światła docierającego do czujnika.
- Kilka punktów pomiarowych: natężenie oświetlenia powierzchni rzadko jest równomierne. Siatka kilku punktów pokazuje wartość średnią i równomierność.
- Uwzględnienie temperatury: czujnik i źródło światła powinny osiągnąć swoją temperaturę pracy; wiele lamp i diod LED zmienia strumień świetlny podczas nagrzewania.
Wzorcowane i powtarzalne
Spójność pomiarowa wzorcowania systemu pomiarowego jest niezbędna do uzyskania powtarzalnych pomiarów.
Czujniki Opsytec są dostarczane jako wzorcowane i mogą być poddawane ponownemu wzorcowaniu. Dzięki temu systemy nadają się do badań cyklicznych, zapewnienia jakości oraz zadań pomiarowych wymagających dokumentacji.
FAQ: luksomierze
Jaka jest różnica między pomiarem w luksach a pomiarem w W/m²?
Pomiar radiometryczny w W/m² rejestruje fizycznie obecną moc promieniowania bez ważenia. Pomiar fotometryczny w luksach waży to samo promieniowanie funkcją skuteczności świetlnej V(λ) ludzkiego oka i poza zakresem mniej więcej 380–780 nm wynosi zero. Dwa źródła o tej samej mocy promieniowania mogą zatem mieć bardzo różne wartości w luksach.
Dlaczego przy badaniu fluorescencyjnym według ISO 3059 mierzy się natężenie oświetlenia?
Widzialne światło otoczenia zmniejsza kontrast między wskazaniem fluorescencyjnym a tłem. Norma ogranicza więc natężenie oświetlenia podczas badania do maksymalnie 20 lx, przy natężeniu napromienienia UV-A wynoszącym co najmniej 10 W/m². Obie wielkości mierzy się na powierzchni badanej.
Co oznacza ważenie V(λ)?
V(λ) to zdefiniowana międzynarodowo krzywa skuteczności świetlnej ludzkiego oka w widzeniu fotopowym, z maksimum przy 555 nm. Czujnik luksomierza musi widmowo odwzorowywać tę krzywą, aby jego wskazanie odpowiadało postrzeganej jasności. W przypadku źródeł wąskopasmowych, takich jak diody LED, odchylenia mają większy wpływ niż przy świetle szerokopasmowym.
Do czego służy korekcja kosinusowa?
Światło padające ukośnie na powierzchnię przyczynia się do natężenia oświetlenia jedynie z kosinusem kąta padania. Dyfuzor umieszczony przed powierzchnią optyczną czujnika odwzorowuje to zachowanie. Bez korekcji kosinusowej światło padające pod kątem – na przykład z kilku opraw oświetleniowych lub ze źródeł wielkopowierzchniowych – byłoby ważone nieprawidłowo.
