Часть электромагнитного спектра с длинами волн 10 - 340000 нм называется оптической областью спектра, которая делится на

видимое излучение 380 - 770 нм (нанометр);

инфракрасное излучение с длинами волн 770 - 340000 нм,

ультрафиолетовое излучение 10 - 380 нм.

В пределах видимой части спектра излучения раз­личной длины волны вызывают различные световые и цветовые ощущения: от фиолетового (λ=400 нм) до красного (λ = 750 нм) цветов. Чувствительность зрения максимальна к излучению с длиной волны 555 нм (желто-зеленый цвет) и уменьшается к границам видимого спектра.

Совершенство производственного освещения характеризуется количественными и качественными показателями.

К количественным показателям относятся: световой поток, сила света, яркость, освещенность, коэффициент отражения, а к качественным - фон, кон­траст объекта с фоном, видимость, показатель ослепленности, коэффициент пуль­сации освещенности.

Основной величиной, характеризующей искусственное освещение, является световой поток Ф, определяемый как мощность лучистой энергии, оцениваемой по световому ощущению человеческого глаза. За единицу светового потока принят люмен (лм).

Сила света I - это величина пространственной плотности светового потока, которая определяется как отношение светового потока dФ, исходящего от ис­точника и распространяющегося равномерно внутри элементарного телесного угла dQ, к величине этого угла:

I = dФ /dΩ .

За единицу силы света принята кандела (кд).

Освещенность Е - плотность светового потока dФ на освещаемой поверхности dS:

Е = dФ /dS

За единицу освещенности принят люкс (лк). Люкс - это освещенность по­верхности площадью 1 м 2 при световом потоке падающего на него излучения, равном 1 лм.

Яркость L – величина, равная отношению силы света, излучаемого элементом поверхности в данном направлении, к площади проекции этой поверхности на плоскость, перпендикулярную к тому же направлению,измеряется в кд/м 2 . Кандела на квадрат­ный метр - это яркость равномерно светящейся плоской поверхности площадью 1м 2 в перпендикулярном к ней направлении при силе света 1 кд. Определяющее уравнение для яркости света:

L =I/S · cosφ,

где φ - угол, образованный направлением светового потока с нормалью к площадке светящейся поверхности.

Коэффициент отражения ρ характеризует способность поверхности отра­жать падающий на нее световой поток. Определяется как отношение отраженного от поверхности светового потока Ф отр к падающему на нее световому потоку Ф пад.

ρ = Ф отр / Ф пад

Фон - поверхность, прилегающая непосредственно к объекту различения, на которой он рассматривается. Объем различения - наименьший размер рассматри­ваемого предмета, отдельной его части, который необходимо различать в процес­се работы. В зависимости от наименьшего размера объекта различения зритель­ные работы подразделяются на разряды . Фон характеризуется коэффициентом от­ражения, зависящим от цвета и фактуры поверхности, значения которого находят­ся в пределах 0,02 - 0,95. Фон считается светлым при коэффициенте отражения поверхности

более 0,4; средним - от 0,2 до 0,4; темным - менее 0,2.

Контраст объекта различения с фоном К - отношение абсолютной вели­чины разности между яркостью объекта и фона к яркости фона:

К = |L о - L ф | / L ф,

где L о и L ф – яркость соответственно объекта и фона.

При К > 0,5 контраст объекта различения с фоном считается большим (объект и фон резко отличаются по яркости),

при К от 0,2 до 0,5 средним (объект и фон заметно отличаются по яркости),

при К < 0,2 – малым (объект и фон мало отличаются по яркости).

В зависимости от сочетания характеристик фона и контраста объекта с фо­ном разряды зрительной работы подразделяются на подразряды.

Видимость V - универсальная характеристика качества освещения, которая характеризует способность глаза воспринимать объект. Зависит от освещеннос­ти, размера объекта, его яркости, контраста объекта с фоном, длительности экс­позиции. Видимость определяется числом пороговых контрастов в контрасте объекта с фоном:

V=K/K пор,

где К - контраст объекта с фоном; К пор - пороговый контраст, т.е. наимень­ший различимый глазом контраст, при небольшом уменьшении которого объект становится неразличимым.

Показатель ослепленности Р - критерий оценки слепящего действия осветительной установки, определяемый выражением:

Р = (S - 1)-1000,

где S- коэффициент ослепленности, равный отношению видимости объекта соответственно при экранировании и при наличии блеских источников в поле зрения.

Коэффициент пульсации освещенности К п - критерий оценки относительной глубины колебаний освещенности в результате изменения во времени свето­вого потока газоразрядных ламп при питании их переменным током, определяе­мый по формуле:

К = (Е max - Е min /2Е ср · 100%,

где Е max и Е min - соответственно максимальное и минимальное значения освещенности за период ее колебания, лк; Е ср - среднее значение освещенности за этот же период, лк.

Свет имеет сложную корпускулярно-волновую природу и представляет собой часть оптической области спектра. К видимому излучению оптического спектра относят излучение с длиной волны от 0,38 до 0,78 мкм. В этом диапазоне волны (монохроматический свет) вызывают цветовое ощущение. Для гигиенической оценки освещения используются следующие показатели :

Световой поток Ф – часть лучистого потока, воспринимаемая человеком как свет, характеризует мощность светового излучения, измеряется в люменах (лм).

Один люмен – это световой поток, излучаемый точечным источником с силой света 1 кандела (кд) в телесном угле в 1 стерадиан (ср).

Сила света J – пространственная плотность светового потока, определяется как отношение светового потока DФ(лм), исходящего от источника и равномерно распространяющегося внутри элементарного телесного угла DW (стерадиан), к величине этого угла, измеряется в канделах (кд):

Телесный угол - часть пространства, заключенная внутри конической поверхности. Измеряется отношением площади, вырезаемой им из сферы произвольного радиуса, к квадрату последнего .

Освещенность Е – поверхностная плотность светового потока, определяется как отношение светового потока DФ(лм), равномерно падающего на освещаемую поверхность, к ее площади DS (м 2), измеряется в люксах (лк):

Один лк – это освещенность 1 м 2 поверхности при падении на нее светового потока в 1 лм.

Яркость L поверхности под углом a к нормали – отношение силы света DJ а (кд), излучаемой освещаемой или светящейся поверхностью в этом направлении, к площади DS (м 2) проекции этой поверхности, на плоскость перпендикулярную к этому направлению, измеряется в кд/м 2:

где a – угол между направлениями силы света и вертикалью.

Одна кд/м 2 – это яркость равномерно светящейся плоской поверхности, излучающей в перпендикулярном направлении с площади S = 1 м 2 силу света в 1 кд.

Яркость является величиной, непосредственно воспринимаемой глазом. При постоянстве освещенности яркость предмета тем больше, чем больше его отражательная способность.

Коэффициент естественной освещенности (КЕО) – отношение естественной освещенности, создаваемой в некоторой точке заданной плоскости внутри помещения светом неба (непосредственным или после отражений), к одновременному значению наружной горизонтальной освещенности, создаваемой светом полностью открытого небосвода; выражается в процентах :

где Е В – освещенность в точке внутри помещения, создаваемая светом видимого через световой проем участка небосвода, лк; Е н – освещенность в тот же момент времени вне производственного помещения, создаваемая равномерно рассеянным светом всего небосвода, лк.

Объект различения – наименьший элемент рассматриваемого предмета или дефект, которые необходимо различить в процессе работы (например, линия, знак, нить, пятно, риска, трещина, символ и т. п.).

Фон – поверхность, прилегающая непосредственно к объекту различения, на которой он рассматривается. Характеризуется коэффициентом отражения, зависящим от цвета и фактуры поверхности.

Коэффициент отражения r определяется как отношение отраженного от поверхности светового потока Ф отр к падающему на нее световому потоку Ф пад:

Значения коэффициента отражения находятся в пределах 0,02…0,95. r > 0,4 – фон считается светлым; r = 0,2…0,4 – средним; r < 0,2 – темным.

Контраст объекта с фоном k – степень различия объекта и фона
характеризуется соотношением яркостей рассматриваемого объекта (точки, линии, риски или др. элементов) и фона:

k > 0,5 считается большим (объект резко выделяется на фоне);

k = 0,2…0,5 – средним (объект и фон заметно отличаются по яркости);

k < 0,2 – малым (объект слабо заметен на фоне).

Коэффициент пульсации освещенности k E – критерий глубины колебаний освещенности в результате изменения во времени светового потока используемых источников света:

где Е max , Е min и Е ср – максимальное, минимальное и среднее значения освещенности за период колебаний. k E = 15 – 65 % для газоразрядных ламп;
k E = 7 % для обычных ламп накаливания; k E = 1 % для галогенных ламп.

Пульсации освещенности возникают из-за питания источников света переменным напряжением. Особо большие значения они имеют при использовании малоинерционных источников света, которыми являются люминесцентные лампы. Пульсации освещенности на рабочей поверхности не только утомляют зрение, но и могут вызывать неадекватное восприятие наблюдаемого объекта за счет появления стробоскопического эффекта.

Малое значение коэффициента пульсации для ламп накаливания объясняется большой тепловой инерцией нити накала, препятствующей заметному уменьшению светового потока лампы накаливания Ф лн в момент перехода мгновенного значения переменного напряжения сети через 0
(рисунок 3.1).

В то же время газоразрядные лампы (в т. ч. люминесцентные) обладают малой инерцией и меняют свой световой поток Ф лл почти пропорционально амплитуде напряжения питающей цепи. Нормативные значения k E для газоразрядных ламп представлены в таблице 3.1.

Для уменьшения коэффициента пульсации освещенности люминесцентные лампы включаются в разные фазы трехфазной электрической цепи. На правой нижней кривой рисунка 3.1 показан характер изменения во времени суммарного светового потока, создаваемого тремя люминесцентными лампами 3Ф лл, включенными в первом случае в одну фазу (фазу А сети), а затем в разные фазы трехфазной сети .

Что такое свет? С чем его “едят”?

Неудовлетворительное освещение в течение длительного времени может также привести к ухудшению зрения.

Различают три разновидности производственного освещения: естественное, искусственное и совмещенное.

• естественное - освещение помещений светом неба (прямым или рассеянным), проникающим через световые проемы в наружных конструкциях зданий;
• искусственное - освещение электрическими источниками света;
• совмещенное - освещение, при котором недостаточное по нормам естественное освещение дополняется искусственным.

Видимое излучение (свет) – излучение, которое попадая на сетчатую оболочку глаза, может вызвать зрительное ощущение. Свет – часть электромагнитного излучения с длиной волны от 0,38 до 0,78 мкм.

Светотехнические величины, определяющие показатели производственного освещения, основаны на оценке ощущения их глазом человека. Различают количественные и качественные показатели освещения.

1.1. Количественные показатели

К количественным показателям относятся: световой поток, сила света, освещенность, яркость, коэффициент отражения.

Световой поток (Ф) – мощность светового потока излучения, оцениваемая по зрительному ощущению человеческим глазом. Размерность светового потока – люмен (лм).

Сила света (J) – пространственная плотность светового потока в заданном направлении, т.е. световой поток, отнесенный к телесному углу ω , в котором он излучается

Кандела (кд),
где ω – телесный угол в стерадианах (ср).

Освещенность (Е) – плотность светового потока на освещаемой им поверхности – световой поток, отнесенный к площади освещаемой поверхности S, измеряемой в м2, при условии его равномерного распределения по поверхности, когда свет источника падает на нее перпендикулярно

Яркость (В) является световой величиной, непосредственно воспринимаемой глазом. Она определяется отношением силы света в данном направлении к площади проекции излучающей поверхности на плоскость, перпендикулярную к направлению излучения

Значения максимальных величин яркости на рабочей поверхности приведены в , табл.1, стр. 14.

Коэффициент отражения поверхности r характеризует ее способность отражать падающий на нее световой поток. Он определяется отношением отраженного светового потока к падающему

Значения коэффициента (r) для поверхностей различного характера приведены в табл. 12., прил. 1.

1.2. Качественные показатели

К качественным показателям освещения относятся: фон, контраст объекта различения с фоном, показатель ослепленности, коэффициент пульсации освещенности, показатель дискомфорта.

Фон – поверхность, прилегающая непосредственно к объекту различения, на которой он рассматривается. Фон считается светлым, если коэффициент отражения P больше 0,4; средним при P = 0,2...0,4 и темным, если P меньше 0,2.

Контраст объекта различения с фоном К– фотометрически измеряемая разность яркости двух зон. Он определяется отношением абсолютной величины разности между яркостью объекта и фона к яркости фона:

Контраст считается большим при К более 0,5 (объект и фон резко отличаются по яркости), средним при К = 0,2...0,5 (заметно отличаются) и малым, если К менее 0,2 (мало отличаются).

Показатель ослепленности2 (Р) – критерий оценки слепящего действия осветительной установки, определяемый выражением

Р = (S – 1) 1000,

где S – коэффициент ослепленности, равный отношению пороговых разностей яркости при наличии и отсутствии слепящих источников в поле зрения.

Нормируемые значения коэффициента Р приведены в прил. 1, табл. 1.

Коэффициент пульсации освещенности (Кп) – критерий оценки относительной глубины колебаний освещенности в результате изменения во времени светового потока газоразрядных ламп при питании их переменным током, выражающийся формулой

где Емакс, Емин, и Еср – соответственно максимальное, минимальное и среднее значения освещенности за период ее колебания, лк.

Нормируемые значения Кп приведены в прил. 1, табл.1.

Показатель дискомфорта (М) – критерий оценки дискомфортной блесткости1, вызывающей неприятные ощущения при неравномерном распределении яркостей в поле зрения. Он определяет степень дополнительной напряженности зрительной работы, вызванной наличием резкой разницы яркостей в освещенном помещении.

Этот показатель для производственных помещений не нормируется, его нормируемые величины для жилых, общественных и административно-бытовых помещений приведены в , табл. 2, стр. 7–8. Там же на стр. 25 имеется формула для определения показателя дискомфорта М.

Из перечисленных светотехнических показателей непосредственно измеряются следующие (в скобках указываются названия приборов):

– освещенность (люксметры);
– яркость (фотометры субъективные и объективные).

С помощью указанных приборов можно определить величины коэффициентов отражения P и пульсации Кп контраста объекта различения с фоном К и показателя ослепленности Р.

Нормы освещенности При выборе типа светильников, их количества и мощности необходимо учитывать нормы освещенности. В нормах даются три значения степени освещённости: малая, нормальная и высокая. Обычно используется нормальная степень, но в некоторых случаях целесообразен выбор малой или высокой степени освещенности. Степень защищенности электрооборудования Степень защищённости обозначается сочетанием IP ХХ. Первая цифра - степень защиты от пыли и мех. воздействий. Вторая - степень защиты от влаги. В качестве уличных светильников на высоте до 0,5 м можно употреблять светильники класса защиты от IP 44. Для установки на высоких мачтах (выше досягаемости человека) минимальный класс защиты IP 23. Монтируемые на уровне грунта светильники должны быть водонепроницаемыми (IP 67), а погружаемые в воду (например, для подсветки водоема) светильники должны иметь класс защиты IP 68 (защита от попадания воды под давлением). Класс защиты 0 класс - нет полной двойной и усиленной изоляции, отсутствует возможность заземления. I класс - имеется полная изоляция, и имеется возможность заземления. II класс - оснащен двойной и усиленной изоляцией, без возможности заземления. III класс - светильник, предназначенный для подключения только в сеть защитного напряжения. Единицы измерения Вот некоторые физические величины, характеризующие источник света. Они могут использоваться при выборе светильников, их расположения. Сила света (I). Единица измерения - кандела (cd).

Освещенность (Е) - световой поток, приходящийся на единицу освещяемой поверхности. Единица измерения - люкс (lx). 1 lx = 1cd*sr/m2, где sr - телесный угол (в стерадианах). Яркость (L) характеризует свечение источника света в данном направлении.

Яркость элемента светящейся поверхности в каком-либо направлении определяется соотношением силы света этого элемента к площади проекции элемента на плоскость, перпендикулярную данному направлению.

Цветовая температура (Т). Измеряется в градусах Кельвина (К). Характеризует спектральный состав излучения.

Освещенность: Лунный свет 0,25 lx Солнце сквозь облака 10 000 lx Солнечный свет 100 000 lx Освещение в офисе 300-2000 lx Дорожное освещение 10-50 lx

Яркость: Люминесцентная лампа 0,8 cd/м2 Хорошо освещённая улица 2 cd/м2 Полуденное солнце 150 000 cd/м2 Cила света свечи - около 1 cd, а свет маяка может достигать силы 2 000 000 cd.

Измерение параметров освещения . Основным параметром, используемым при оценке освещения, является освещенность е, измеряемая в лк.

Для измерения освещенности используются люксметры различных типов.

Примером аналогового люксметра может служить прибор Ю – 116, принцип работы которого основан на явлении фотоэлектрического эффекта.

Под влиянием светового потока, падающего на селеновый фотоэлемент, в замкнутой цепи возникает ток, величина которого пропорциональна световому потоку. Прибор проградуирован в люксах. Существенным преимуществом селенового фотоэлемента по сравнению с другими типами фотоэлементов является то, что его кривая спектральной чувствительности наиболее близко совпадает с кривой относительной видности человеческого глаза. При измерении освещенности фотоэлемент устанавливается в рабочей плоскости (горизонтальной или вертикальной) на некотором расстоянии от оператора, проводящего измерения, чтобы тень не падала на фотоэлемент.

В настоящее время нашли широкое применение аналого – цифровые приборы, позволяющие измерять не только освещенность, но и другие параметры, характеризующие освещение, например, коэффициент пульсации или яркость.

Примером аналого – цифрового прибора может служить пульсметр-люксметр «Аргус-07», который применяется для измерения освещенности и коэффициента пульсации. Принцип прибора основан на преобразовании светового потока, создаваемого протяженными объектами, в непрерывный электрический сигнал, пропорциональный освещенности, который затем преобразуется аналог – цифровым преобразователем в цифровой код, индицируемый на цифровом табло индикаторного блока. В измерительной головке установлен первичный преобразователь излучения – полупроводниковый кремниевый фотодиод с системой светофильтров, формирующих спектральную чувствительность, соответствующую кривой видности. Показания коэффициента пульсации индицируются в процентах, при этом прибор определяет максимальное, минимальное и среднее значение освещенности пульсирующего излучения и рассчитывает значение коэффициента пульсации по приведенной выше формуле.

20. Показатели, характеризующие качество освещения рабочего места.

К основным качественным показателям освещенияотносятсякоэффициент пульсации ,показатель ослеплённости идискомфорта ,спектральный состав света.

Величина освещенности должна быть постоянной во времени, чтобы не возникало утомления глаз за счет переадаптации. Характеристикой относительной глубины колебаний освещенности в результате изменения во времени светового потока источников света является коэффициент пульсации освещенности Кп. Коэффициент пульсации характеризует изменение светового потока разрядного источника света во времени с частотой 100Гц при питании током промышленной частоты. Длительное пребывание в условиях освещения пульсирующим светом приводит к зрительной усталости, вызывает повышенное утомление, головные боли и т.д. Чем ближе значение коэффициента пульсации к нулю, тем лучше. Российскими нормами допускается коэффициент пульсации не более 10-15% для жилых и общественных помещений.

Кп (%) = 100· (Еmax - Emin)/2Еср,

где Еmax,Emin и Еср - максимальное, минимальное и среднее значения освещенности за период ее колебания.

Ограничения на спектральные особенности , точнее - на цветопередачу, накладываются только в том случае, если речь идет о выполнении зрительных работ высокой точности. Правильную цветопередачу обеспечивают естественное освещение и искусственные источники света со спектральной характеристикой, близкой к солнечной.

В поле зрения должна отсутствовать прямая и отраженная блескость. Блескость - повышенная яркость светящихся поверхностей, вызывающая нарушение зрительных функций (ослепленность), т.е. ухудшение видимости объектов. Прямая блескость связана с источниками света, отраженная возникает на поверхности с большим коэффициентом отражения или отражением по направлению глаза. Критерием оценки слепящего действия, создаваемого осветительной установки, является показатель ослепленности Ро, значение которого определяется по формуле

Ро = (S - 1) ·1000,

где S - коэффициент ослепленности, равный отношению пороговых разностей яркости при наличии и отсутствии слепящих источников в поле зрения.

Критерием оценки дискомфортной блесткости, вызывающей неприятные ощущения при неравномерном распределении яркостей в поле зрения, является показатель дискомфорта.

Качествоестественногоосвещенияхарактеризуют коэффициентоместественной освещенности (КЕО). Он представляет собой отношение естественной освещенности, создаваемой в некоторой точке заданной плоскости внутри помещения светом неба, к значению наружной горизонтальной освещенности, создаваемой светом полностью открытого небосвода; выражается в процентах.

К количественным показателям относятся: световой поток ,сила света ,освещенность ияркость .

Часть лучистого потока, которая воспринимается зрением человека как свет, называется световым потоком Ф и измеряется в люменах (лм).

Световой поток Ф - поток лучистой энергии, оцениваемый по зрительному ощущению, характеризует мощность светового излучения.

Единица светового потока - люмен (лм) - световой поток, излучаемый точечным источником с телесным углом в 1 стерадиан при силе света, равной 1 канделе.

Световой поток определяется как величина не только физическая, но и физиологическая, поскольку ее измерение основывается на зрительном восприятии.

Все источники света, в том числе и осветительные приборы, излучают световой поток в пространство неравномерно, поэтому вводится величина пространственной плотности светового потока - сила света I.

Сила света I определяется как отношение светового потока dФ, исходящего от источника и распространяющегося равномерно внутри элементарного телеcного угла, к величине этого угла.

За единицу величины силы света принята кандела (кд).

Одна кандела - сила света, испускаемого с поверхности площадью 1/6·10 5 м 2 полного излучения (государственный эталон света) в перпендикулярном направлении при температуре затвердевания платины (2046,65 К) при давлении 101325 Па.

Освещенность Е - отношение светового потока dФ падающего на элемент поверхности dS, к площади этого элемента

За единицу освещенности принят люкс (лк).

Яркость L элемента поверхности dS под углом относительно нормали этого элемента есть отношение светового потока d2Ф к произведению телесного угла dΩ, β котором он распространяется, площади dS и косинуса угла?

L = d2Ф/(dΩ·dS·cos θ) = dI/(dS·cosθ),

где dI - сила света, излучаемого поверхностью dS в направлении θ.

Коэффициент отражения характеризует способность отражать падающий на него световой поток. Он определяется как отношение отраженного от поверхности светового потока Фотр. к падающему на него потоку Фпад.