中心議題：

• 照度計的構造
• 照度計的技術要求
• 道路照明的照度測量
• 測量條件、方法和測量記錄

解決方案：

• 測量地段的選擇和布點方法
• 道路水平平均照度及其均勻度的計算

道路照明設計、施工,須保證各種機動車輛的駕駛者和其他行人在夜間能隨時辨認出道路上的各種情況而不覺過分疲勞,對減少夜間交通事故、消除車輛堵塞、減少交通擁擠十分重要。此外,如果照明系統和設備選擇得當,對美化都市環境、維護社會治安也有良好的促進作用。照明裝置在道路路面上照度水平是決定道路照明質量的一個主要指標。因此,對新建、改建或運行中的道路照明裝置應該進行照明測量。

對道路照明的照度進行現場測量可以達到如下目的：
(1)檢驗實測照度值是否達到預期的設計目標。
(2)檢驗實測照度值是否達到路燈行業規定的相關標準。
(3)了解不同照明裝置產生的效果并進行分析、比較,取得設計、施工和燈具采購的經驗。
(4)確定是否需要對照明裝置進行改造或維護。

一、照度計

(一)照度計的構造

測量照度的儀器是照度計,或稱勒克斯計。照度計通常是由硒光電池或硅光電池和微安表組成,見圖1。硒光電池是把光能直接轉換成電能的光電元件。當光線射到硒光電池表面時,入射光透過金屬薄膜4到達半導體硒層2和金屬薄膜4的分界面上,在界面上產生光電效應。產生電位差的大小與光電池受光表面上的照度有一定的比例關系。這時如果接上外電路,就會有電流通過,電流值從以勒克斯(Lx)為刻度的微安表上指示出來。光電流的大小取決于入射光的強弱和回路中的電阻。照度計有變檔裝置,因此可以測高照度,也可以測低照度。

[page]
(二)照度計的技術要求

照度計的質量由以下四個方面的因素決定：
(1)光譜響應；
(2)余弦響應；
(3)響應的線性；
(4)對溫度的敏感性。

1．光譜響應
硒光電池或硅光電池的基本光譜響應不同于人的視覺系統的光譜響應。如果光電池不加修正而直接使用,在測量光譜能量分布不同的光源,特別是測量具有非連續光譜的氣體放電燈產生的照度時,就會出現較大的誤差。所以,為了獲得精確的照度測量,必須把光電池的光譜響應修正到人的視覺系統的光譜響應[以CIE“平均人眼”的光視效率y(λ)數據為標準]。
這種修正可以是直接采用在光電池上加濾光片的方法,也可以間接采用在不同光源下校準光電池提供修正系數的方法。精密的照度計都是給光電池匹配一個合適顏色的玻璃濾光片,構成顏色修正光電池。顏色修正光電池的光譜靈敏度與y(λ)曲線的相符程度越好,照度計的精度就越高。具有顏色修正的光電池可以用于所有光源下的照度測量。
光電池的相對光譜靈敏度曲線與CIEV(λ)曲線的比較見圖2。


2．余弦響應

照度計對光以不同的方向入射到光電池的響應叫做光的斜入射響應或余弦響應。具體地說,當光線以傾斜方向照射光電池時,光電流輸出應當符合余弦法則,即這時的照度應等于光線垂直入射時的法線照度與入射角余弦的乘積。但是,由于光電池表面的鏡面反射作用以及固定光電池部件的遮擋,在光線入射角大時,會從光電池表面反射和遮擋掉一部分光線,從而使光電流小于上面所說的正確值。為了修正這一誤差,通常在光電池上外加一個用均勻漫射材料制成的余弦校正器。

3．響應的線性

在測量范圍內,照度計的讀數應與投射到光電池受光表面上的光通成正比,也就是說,照度計的示值應該與光電池受光面上的照度值成線性關系。照度計響應的線性主要由光電池輸出連接線路的電阻和受光量決定,照度越高,阻值越大,引起的非線性越嚴重。
[page]
4．對溫度的敏感性

照度計對溫度改變的敏感性也受到光電池所連接的電路內阻的影響,如果內阻大而溫度過高,則會引起測量誤差。硒光電池比硅光電池對溫度更敏感。如果將硒光電池連續曝光在50℃以上,那么,它將會受到持久的損害。光電池應當在環境溫度為25℃左右使用,照度計的使用說明書上都列有該照度計對溫度的適應范圍。

總的來說,一個好的照度計應該有顏色修正和余弦響應、響應的線性、不受環境溫度的影響。

按照國家標準GB5700—85《室內照明測量方法》的規定,照度測量宜采用精度為二級以上的照度計(指針式或數字式),并按JJG245—81《光照度計檢定規程》進行檢定。JJG245—81規程按示值誤差對照度計精度的分級如表l所示。



(三)典型產品介紹：

本文以在我國市場占有率高的由臺灣泰仕電子工業股份有限公司生產的TES—1330型數字式照度計為例,介紹其主要技術性能和技術參數。

1、特點：

(1)顯示：3 1/2 位液晶顯示器顯示,最大讀數值1999
(2)測量范圍：0.01Lx — 20000Lx
(3)讀數鎖定、可鎖定測量值
(4)自動校正、自動調零
(5)測量精度高、反應速度快

2、主要技術參數：

(1)儀器量程：20、200、2000、20000Lx
(2)準 確 度：±3%
(3)重復測試：±2%
(4)溫度特性：±0.1%/℃
(5)取樣率：2.0次/秒
(6)感光體：光二極體附濾光鏡片
(7)操作溫濕度：-10℃～40℃,0～80%RH
(8)過載顯示：最高位數“1”顯示
(9)電源：單個9V電池,型式006P或IEC6F22或NEDA1604
(10) 電池壽命： 連續使用約200小時(Alkaline電池)
(11)光檢測器引線長度：150cm
(12)光檢測器尺寸：100(L)×60(W)×27(H)mm
(13)電表尺寸：135(L)×75(W)×33(H)mm
(14)重量：250g
(15)附件：使用說明書、皮套、電池

3、儀器外形圖

[page]
二、道路照明的照度測量

1．測量地段的選擇和布點方法
(1)測量地段的選擇：選擇測量地段時,應從燈具的間距、高度、懸挑、仰角等的安裝規整性及光源的一致性等方面選擇有代表性的路段。
照度測量的范圍,在縱方向(沿道路走向)應包括同一側的兩個燈桿之間的區域；而在橫方向,單側布燈時應為整個路寬；雙側交錯布燈、對稱布燈或中心布燈時可為1/2路寬。

(2)布點方法：布點方法有四點法和中心法兩種。


1) 四點法：把同一側兩燈柱間的測量路段分成若干個大小相等的矩形網格,把測點設置在每個矩形網格的四角,圖7為四點法布點時的測點布置圖。

2) 中心法：把同一側兩燈柱間的測量路段劃分成若干個大小相等的矩形網格,把測點設在網格中心。圖6為中心法布點時的測點布置圖。

[page]
當路面照度均勻度比較差或對測量精度要求比較高時,劃分的網格數應多一些,即測點布得密一些。

當兩燈柱的間距S≤50m時,通常沿道路縱方向把間距S分成十等分；當S>50m時,按每一網格邊長≤5m的原則進行等間距劃分,而在道路橫方向把每條車道二等分(四點法)或三等分(中心法)。當路面照度均勻度比較好或對測量精確度要求比較低時,則在道路的橫方向可取車道的寬度作為網格的寬度而不需要再劃分。

2．道路水平平均照度及其均勻度的計算

(1)水平平均照度的計算。

1)按四點法布點的計算：若M為縱方向劃分的網格數,N為橫方向劃分的網格數,則 MN為總網格數。根據每個網格四個角上四個測點的照度平均值Eav可代表該網格的假定照度值,則Eav的計算式為：

(1)式中 E◎——圖7測量區四個角處測點的照度；
E○——圖7除四個角處四條外邊上測點的照度；
E●——圖7測量區四個外邊以內測點的照度。

2)按中心布點法計算：按中心布點法測量照度時,路面平均照度按式(2)計算。

(2)式中： Eav——路面的平均照度,Lx;
Ei——每個測量點的照度值,Lx;
n——測點數。
測點數越多,得到的平均值越精確,不過也相應地增加了工作量。
(3)照度均勻度的計算。路面照度均勻度U是路面上最小照度Emin與平均照度Eav之比,即
(3)Eav按式(1)或(2)計算,Emin為測點中照度最低點的測量值在規則布點的測點上測得的照度中找出。

三、測量條件、方法和測量記錄

(一)測量條件及測量方法

1、測量條件
(1)根據需要,點燃必要的光源,排除其他無關光源的影響。
(2)測量照度時應待光源的光輸出穩定后再進行測量。因此,測量開始前,若是白熾燈,需燃點5min；若是熒光燈,需燃點15min；若是高強氣體放電燈,則需燃點30min。對于新安裝的照明系統,宜在燃點lOOh(氣體放電燈)和lOh(白熾燈)后再測量其照度。

2、測量方法
(1)測量時,照度計先用大量程檔數,然后根據指示值的大小逐漸找到合適的檔數,原則上不允許指示值在最大量程1/10范圍內讀數。
(2)照度示值穩定后再讀數。數字式照度計顯示的讀數,最后一位有時不穩定,應該記錄出現次數較多的數字。
(3)測量人員宜著深色服裝,防止測量人員、圍觀者的身影對接收器的影響。
(4)在測量中宜使電源電壓保持穩定,在額定電壓下測量；如果做不到,應測量電源電壓,當與額定電壓不符時,應按電壓偏差對光通量的變化予以修正。
(5)為提高測量的準確性,一個測點可取2～3次讀數,然后取其平均值。

(二)記錄內容

1、測量結果應記入事先準備好的表格。
2、道路照明的測量記錄

道路照明測量記錄內容如下：
(1)測量日期、時間、氣候條件、測量人員姓名；
(2)測量部位(包括城市、街道、路段名稱)；
(3)光源和燈具的型號和規格；
(4)燈具安裝方式、間距、高度、仰角、懸挑長度；
(5)測量現場條件(包括環境條件、供電條件等)；
(6)光源和燈具的使用時間、最近一次清洗日期；
(7)標有尺寸的照度測點布置圖；
(8)各測點的照度測量值；
(9)平均照度及照度均勻度計算結果。
(10)照度計型號、編號、檢定日期；

四、一種新型的道路照明的照度測量方案

從本文所闡述的常規道路照明的照度測量方案中可以看出,無論是采用四點法還是采用中心法來靠人工進行逐點測量,均存在被測點數多、數據測量記錄、處理工作量大的缺點,而且對已通車的道路來說進行測量還存在交通安全問題,為此本文在常規道路照明的照度測量方法的基礎上提出了一種新型的照度測量方法,經實踐證明是切實可行的。

本方案是將具有記憶和存貯功能的TES—1333型照度記安置在高檔電動遙控的履帶式玩具裝甲車(以下簡稱為測試小車)上,該測試小車的驅動系統受站在路邊的測量者手中的遙控器和測試小車內安置的可編程控制器為主體的自動控制系統控制,當車內的自動控制系統啟動時,裝甲車將按照事先設定的動作程序沿如圖8所示的箭頭方向完成行走程序,并采用四點法在每個矩形網格的四角處自動完成照度測量和記錄,存貯任務,待全部程序結束后,測試小車在遙控器的操縱下自動返回測量者所在位置。遙控器的另一作用是在車內控制系統失靈的情況下,由測量者手動遙控完成全部的測量過程,并在道路出現行駛車輛時緊急召回測試小車。


將常規的人工逐點測量法與全自動逐點測量法進行對比,全自動逐點測量法不僅有測量速度快、測量安全性好、減少勞動強度、數據處理方便的優點,更由于采用測試小車自動測量排除了測量人員在測試現場所引起的擋光、反光干擾,有效地提高了測試精度和數據采集的準確性。應該是一種有推廣價值的新型光照度測試手段。