Xây dựng tệp dữ liệu trắc quang cho một số loại đèn chiếu sáng đường và ứng dụng trong thiết kế chiếu sáng đường giao thông

Trong hệ thống dữ liệu trắc quang nói trên thì quan trọng nhất là số liệu cường độ sáng theo góc hay là biểu đồ phân bố cường độ sáng trong không gian của bộ đèn.. Đo cường độ sáng và ph

Trang 1

Nguyễn Quang Hưng Lớp: Thiết bị điện Khóa: 2014A

MỤC LỤC

LỜI CAM ĐOAN 3

LỜI CẢM ƠN 4

DANH MỤC HÌNH ẢNH 5

DANH MỤC BẢNG BIỂU 8

LỜI NÓI ĐẦU 9

1 Lý do chọn đề tài 9

2 Phương pháp nghiên cứu 11

3 Bố cục của luận án 11

Chương 1 TỔNG QUAN VỀ BỘ DỮ LIỆU TRẮC QUANG 12

1.1 Khái niệm và đại lượng cơ bản được dùng khi xây dựng tệp dữ liệu trắc quang [2], [6] 12

1.1.1 Quang thông , lumen (lm) 12

1.1.2 Cường độ sáng I, candela (cd) 13

1.1.3 Độ rọi (E, lux (lx) 15

1.1.4 Quan hệ giữa các đại lượng 16

1.2 Các quy định về tọa độ của bộ đèn theo hướng dẫn của CIE 43-1979 [2] 17

1.2.1 Các hệ tọa độ dùng để biểu diễn phân bố cường độ sáng 17

1.2.2 Hướng dẫn CIE 43-1979 19

1.2.3 Hệ tọa độ Đề Các (Descates) 20

1.2.4 Quan hệ giữa các cách biểu diễn 21

1.3 Các loại tệp dữ liệu trắc quang 22

Chương 2 THU NHẬN KẾT QUẢ THỰC NGHIỆM ĐỂ XÂY DỰNG MỘT TỆP DỮ LIỆU TRẮC QUANG 28

2.1 Đo và vẽ các đường cong phân bố cường độ sáng bằng Góc kế quang học (Goniophotometer).[2] 28

2.1.1 Góc kế quang học 28

Trang 2

2.1.2.1 Xác định quang thông của nguồn sáng bằng cầu tích phân 32

2.1.2.1 Phương pháp tính quang thông dựa vào hệ đường cong trắc quang 36

2.1.3 Vùng và quang thông vùng 36

2.2 Mô tả phép đo 39

2.3 Các kết quả thực nghiệm thu được 39

2.4 Xác định quang thông của nguồn sáng có trục đối xứng bằng phương pháp 1 đường cong trắc quang 63

2.5 Tạo file IES cho bộ đèn RAINBOW 250W 68

Chương 3: SỬ DỤNG FILE IES ĐÃ XÂY DỰNG ĐỂ THIẾT KẾ CHIẾU SÁNG ĐƯỜNG GIAO THÔNG 79

3.1 Tính toán chiếu sáng thủ công 79

3.2 Tính toán thiết kế chiếu sáng đường Đèo Cả bằng phần mềm dialux 83

3.2.1 Giới thiệu hướng dẫn cách sử dụng phần mềm Dialux 83

3.2.2 Tính toán chiếu sáng đường Đèo Cả bằng phương pháp thủ công và bằng phần mềm Dialux 90

3.2.2.1 Các bước thiết kế trên phần mêm Dialux 91

3.2.2.2 Kết quả tính toán 93

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 99

TÀI LIỆU THAM KHẢO 100

Trang 3

Nguyễn Quang Hƣng Lớp: Thiết bị điện Khóa: 2014A

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan những nội dung trong luận văn này là công trình nghiên cứu của riêng tôi Các kết quả đo đạc, tính toán đã trình bày trong luận văn hoàn toàn trung thực và chưa được ai công bố trong bất kỳ các công trình nào Các trích dẫn trong luận văn là chính xác, trung thực và đã là các thông tin được công bố rộng rãi

Tác giả

Nguyễn Quang Hƣng

Trang 4

LỜI CẢM ƠN

Trước hết, xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới Thày Lê Hải Hưng, Trưởng Phòng Thí nghiệm Vật lý và kỹ thuật ánh sáng, Viện Vật lý kỹ thuật, Trường Đại học Bách khoa Hà Nội, người đã truyền cảm hứng, đã tận tình truyền đạt và hướng dẫn cho tôi những kiến thức mới nhất về kỹ thuật ánh sáng nói chung về kỹ thuật đo lường ánh sáng, kỹ thuật xây dựng tệp dữ liệu trắc quang (Photometric Data), tệp dữ liệu (.IES)

và ứng dụng trong thiết kế chiếu sáng hiện đại

Tôi cũng vô cùng biết ơn các thày cô giáo của PTN Vật lý và kỹ thuật ánh sáng, Viện Vật lý kỹ thuật, trường ĐHBKHN Chính ở nơi đây tôi đã biết thêm rất nhiều đều mới mẻ Đây là những kiến thức vô cùng quan trọng đối với tôi không chỉ trong việc hoàn thành luận văn mà còn vô cùng hữu ích trong công việc và cuộc sống trong tương lai

Xin gửi lời cảm ơn chân thành tới các thầy cô trong bộ môn Thiết bị điện, Viện Điện và các anh chị em đồng nghiệp đã tận tình giúp cho tôi trong suốt quá trình làm luận văn

Xin cảm ơn Viện Đào tạo Sau Đại học, Trường Đại học Bách khoa Hà Nội đã tạo điều kiện cho tôi trong suốt thời gian làm việc và nghiên cứu

Cuối cùng, vô cùng cảm ơn bố mẹ, anh chị em trong gia đình và những người thân đã dành những tình cảm, động viên giúp đỡ tôi vượt qua những khó khăn để hoàn thành luận văn

Hà nội, ngày 7 tháng 10 năm 2015

Nguyễn Quang Hƣng

Trang 5

DANH MỤC HÌNH ẢNH

Hình 1.1 Định nghĩa Góc khối  14

Hình 1.2 Định nghĩa cường độ sáng 14

Hình 1.3 Để định nghĩa độ rọi 15

Hình 1.4 Quan hệ độ rọi, cường độ sáng và khoảng cách 16

Hình 1.5 Các hệ tọa độ cực 18

Hình 1.6 Quy ước các mặt phẳng (C, ) của bộ đèn trong tọa độ cực 19

Hình 1.7 Đường cong phân bố cường độ sáng của một bộ đèn theo hệ C- (CIE 43-1979 Guide), (nguồn PTN Vật lý và kỹ thuật ánh sáng – ĐHBK Hà Nội) 20

Hình 1.8 Cường độ sáng của đèn pha FEBUS của công ty Hapulico trong tọa độ Đề Các (nguồn : PTN Vật lý và Kỹ thuật ánh sáng – ĐHBK Hà Nội) 21

Hình 1.9 Phân bố cường độ sáng của một bộ đèn 21

Hình 1.10 Tập dữ liệu trắc quang của bộ đèn huỳnh quang trong máng parabol 23

Hình 1.11 Tệp dữ liệu trắc quang của bộ đèn MACCOT (Hapulico) do PTN Vật lý và kỹ thuật chiếu sáng xây dựng 24

Hình 1.12 Dữ liệu trắc quang của nhà sản xuất Lighting Sciences, Arizona, USA 24

Hình 1.13 Tệp dữ liệu trắc quang của Hubell Ligting (USA) 25

Hình 1.14 File IES của một bộ đèn chiếu sáng trong hầm Đèo Cả 27

Hình 2.1 Góc kế quang học: (a) Loại nguồn sáng quay (b) Loại gương quay 29

Trang 6

Hình 2.2 Cấu trúc hệ đo góc kế quang học loại gương quay 29

Hình 2.3 Hình ảnh đo phân bố cường độ sáng của bộ đèn bằng Goniophotomeer tại PTN Kỹ thuật chiếu sáng, Viện Vật lý kỹ thuật, trường ĐHBKHN 30

Hình 2.4.Quả cầu tích phân 34

Hình 2.5 a) Đèn chuẩn quang thông , b) Giấy chứng nhận giá trị quang thông 35

Hình 2.6 Mô tả một vùng 36

Hình 2.7 Mô tả quang thông vùng 38

Hình 2.8 Bộ đèn Natri RAINBOW High Pressure Sodium (HPS) 250W do công ty Hapulico Việt Nam sản xuất 40

Hình 2.9 Biểu đồ trắc quang bộ đèn RAINBOW – HPS 250W 43

Hình 2.10 Mẫu trắc quang cho bộ đen Rainbow 62

Hình 2.11 Minh họa mặt phẳng C0 và C45 64

Hình 2.12 Đường cong trắc quang của đèn PAR 66

Hình 2.13 Phần mềm tạo file IES 68

Hình 2.14 File IES được tạo mặc định 69

Hình 2.15.a,b Các thông tin cơ bản của bộ đèn 72

Hình 2.16.a,b,c Toàn bộ tệp số liệu của bộ đèn Rainbow 75

Hình 2.17 File IES của bộ đèn Rainbow 76

Hình 2.18 Đường cong trắc quang của bộ đèn tại mặt phẳng C60 77

Hình 2.19 Trường sáng của bộ đèn tại mặt phẳng C0 77

Hình 2.20 Đường đẳng độ rọi của bộ đèn Rainbow 78

Trang 7

Hình 3.1 Tính toán độ rọi dọc theo trục đường 79

Hình 3.2 Biểu đồ phân bố độ rọi của đèn Rainbow theo trục đường 83

Hình 3.3 Cửa sổ Welcome (Dialux) 84

Hình 3.4 Project Manager/Arrangement 85

Hình 3.5 Project Manager/General 86

Hình 3.6 Project Manager/Surfaces 86

Hình 3.7 Nhập bề rộng và số làn đường 87

Hình 3.8 Nhập dữ liệu trắc quang của bộ đèn 88

Hình 3.9 Thông tin bộ đèn sau khi nhập 88

Hình 3.10 Nhập các thông số về phật bố cột đèn trên đường 89

Hình 3.11 Thông số lắp đặt bộ đèn 89

Hình 3.12 Kết quả đo độ rọi theo màu sắc 93

Hình 3.13.a,b,c,d,e,f,g Các kết quả thu được sau khi tính toán 97

Trang 8

DANH MỤC BẢNG BIỂU

Bảng 1.1 Quang thông của một số nguồn sáng thông dụng 13

Bảng 1.2 Cường độ sáng của một số nguồn sáng 15

Bảng 1.3 Độ rọi trên một số bề mặt thường gặp 16

Bảng 1.4 Mô tả quan hệ giữa các hệ tọa độ 18

Bảng 1.5 Một số kiểu đối xứng của đèn 22

Bảng 2.1 Mô tả vùng và hệ số vùng cho các góc 20, 50, 100 37

Bảng 2.2 Cường độ sáng theo từng góc của đèn RAINBOW 250W 40

Bảng 2.3 Quang thông của các vùng 44

Bảng 2.4 Tính tổng quang thông vùng 61

Bảng 2.5 Quang thông cho từng vùng của bộ đèn 61

Bảng 2.6 Tệp số liệu đường cong trắc quang theo mặt phẳng C0 và C45 64

Bảng 2.7 Bảng tính toán quang thông vùng của đèn LED panel 67

Bảng 2.8 Danh sách các tiêu chuẩn trong việc thử nghiệm các loại đèn [1] 70

Bảng3.1 Giá trị độ rọi theo tọa độ dọc trục đường của đèn Raibow 80

Trang 9

LỜI NÓI ĐẦU

1 Lý do chọn đề tài

Trong quá trình hội nhập quốc tế hầu hết các sản phẩm, thiết bị phục vụ cho sản xuất đời sống xã hội để có thể xuất khẩu phải đảm bảo đủ các yêu cầu, tiêu chuẩn quốc

tế ngặt nghèo đó là: xuất xứ, đạt chuẩn kỹ thuật quốc tế thông qua hệ thống kiểm duyệt

và các hợp chuẩn do các tổ chức quốc tế quy định

Tuy nhiên, trong lĩnh vực chiếu sáng hầu hết các doanh nghiệp trong nước muốn xuất khẩu sản phẩm thiết bị chiếu sang đều phải thuê hoặc ủy thác cho các đối tác nước ngoài để có đủ tiêu chuẩn, điều kiện xuất khẩu Điều này đã làm giảm tính cạnh tranh của doanh nghiệp Việt Nam, mặc dù chất lượng sản phẩm của ta không thua kém các nước

Sau một thời gian nghiên cứu và thử nghiệm, cuối năm 2012, Phòng thí nghiệm Vật lý và kỹ thuật ánh sang thuộc viện Vật lý kỹ thuật, trường Đại học Bách khoa Hà Nội đã thành công trong việc xây dựng hệ thống dữ liệu trắc quang cho bộ đèn theo tiêu chuẩn của hiệp hội chiếu sang quốc tế CIE: PHOTOMETRIC DATA Kết quả này tạo điều kiện cho doanh nghiệp sản xuất các sản phẩm chiếu sáng trong nước có giấy thông thành để hội nhập quốc tế

Hệ thống dữ liệu trắc quang là tập hợp toàn bộ các thông tin chung như nhà sản xuất, tên gọi, chủng loại, công xuất, cấp bảo vệ (IP), kích thước, các đặc tính chiếu sáng… của bộ đèn Trong hệ thống dữ liệu trắc quang nói trên thì quan trọng nhất là số liệu cường độ sáng theo góc (hay là biểu đồ phân bố cường độ sáng trong không gian của bộ đèn)

Đo cường độ sáng và phân bố cường độ sáng của bộ đèn được thực hiện qua một thiết bị gọi là góc kế quang học (Goniophotometer) và phải được tiến hành trong phòng tối có kích thước đủ lớn Hiện nay tại nhà máy sản xuất bóng đèn Rạng Đông, công ty Điện Quang và phòng Thí nghiệm Vật lý và kĩ thuật ánh sáng có sử dụng thiết bị này

Trang 10

để tiến hành đo đạc thực nghiệm và đánh giá khả năng chiếu sáng trong không gian của các bộ đèn

Tuy nhiên phép đo này là một khối lượng công việc không hề nhỏ để có cái nhìn chi tiết và tổng quan trong khả năng chiếu sáng của một bộ đèn, cũng như để thực hiện chính xác những thiết kế tính toán chiếu sáng trong việc lắp đặt các sản phẩm chiếu sáng trong các công trình xây dựng

Phép đo góc kế quang học là công đoạn quan trọng nhất để xây dựng lên một tệp

dữ liệu trắc quang Phép đo này giúp chúng ta có được rất nhiều thông tin của bộ đèn như là quaqng thông trong từng vùng, tổng quang thông, góc mở, phân bố cường độ sáng của bộ đèn trong toàn bộ trường sáng của nó…

Tuy nhiên để xây dựng tệp dữ liệu trắc quang cho các loại đèn đối với hầu hết các nhà sản xuất trong nước là một việc vô cùng khó khăn vì nhiều lý do:

Thứ nhất, để xây dựng tệp dữ liệu trắc quang cho tất cả đèn do một nhà sản xuất

làm ra cần tốn nhiều công sức của những người có chuyên môn về kỹ thuật chiếu sáng

để hoàn thành, trong khi đó những người có hiểu biết và chuyên môn sâu trong lĩnh vực không nhiều

Thứ hai, cần có các trang thiết bị chuyên dụng và phòng tối để tiến hành đo đạc

Tuy nhiên các trang thiết bị này hầu hết phải mua ở nước ngoài khá tốn kém Góc kế quang học ở Phòng thí nghiệm vật lý và kỹ thuật chiếu sáng được nhập từ Hoa Kỳ Tôi thực sự đã bị lôi cuốn khi tiếp cận với vấn đề này Khi được làm việc trong một phòng thí nghiệm đầy đủ thiết bị hiện đại và người thày uyên thâm về lĩnh vực trắc

quang, tôi đã lựa chọn đề tài của luận án cao học là: “Xây dựng tệp dữ liệu trắc quang cho một số loại đèn chiếu sáng đường và ứng dụng trong thiết kế chiếu sáng đường giao thông”

Mục đích của luận văn hướng tới việc hoàn chỉnh các bước cụ thể để xây dựng tệp

dữ liệu trắc quang cho một bộ đèn bất kỳ và để bắt kịp xu thế của thời đại cần phải xây dựng được tệp dữ liệu trắc quang trong ứng dụng thiết kế chiếu sáng trên máy tính

Trang 11

2 Phương pháp nghiên cứu

Để thực hiện luận văn cần có những lý thuyết cơ bản về chiếu sáng và hình học không gian, sử dụng các phần mềm thiết kế chiếu sáng và các phần mềm liên quan Bên cạnh đó ta cần thực hiện đo đạc lấy số liệu của bộ đèn như là:

- Các thông số về điện áp , hệ số công suất, công suất, dòng điện

- Các thông số về quang học như tổng quang thông và phân bố cường độ sáng

- Các thông số khác như cấp bảo vệ (IP), Hệ số hoàn màu, nhiệt độ màu, kích thước bộ đèn…

Ngoài ra, chúng ta còn phải nhập số liệu vào file trắc quang IES để sử dụng trong các phần mềm thiết kế chiếu sáng

Thực hiện thiết kế chiếu sáng đường qua phầm mềm Dialux

3 Bố cục của luận án

Luận văn chia làm ba chương chính

Chương 1: Tổng quan về bộ dữ liệu trắc quang

Chương 2: Thu nhận kết quả thực nghiệm để xây dựng một tệp dữ liệu trắc quang Chương 3: Sử dụng file IES đã xây dựng thể thiết kế chiếu sáng đường giao thông Kết luận và kiến nghị

Toàn bộ kết quả của luận văn đều được thực hiện tại phòng thí nghiệm vật lý và kỹ thuật ánh sáng, viện vật lý kỹ thuật, trường đại học bách khoa Hà Nội Mẫu đèn thực nghiệm được sản xuất tại Công ty Hapulico

Trang 12

Chương 1 TỔNG QUAN VỀ BỘ DỮ LIỆU TRẮC QUANG

1.1 Khái niệm và đại lượng cơ bản được dùng khi xây dựng tệp dữ liệu trắc quang [2], [6]

Ta biết ánh sáng là bức xạ điện từ mang năng lượng và được đặc trưng bằng các đại lượng đo năng lượng Tất cả nguồn sáng đều biến đổi năng lượng mà nó tiêu thụ thành một hoặc nhiều hiệu ứng trong ba hiệu ứng hoá, nhiệt hoặc điện từ Tia sáng chỉ là phần nhỏ của bức xạ điện từ do vậy chúng chỉ mang theo một phần công suất của nguồn Thông lượng năng lượng bức xạ được tính bằng oát (W) theo công thức (1.1):

Thông lượng năng lượng

  Wd 

0

Trong đó Wlà phân bố phổ của năng lượng bức xạ

1.1.1 Quang thông , lumen (lm)

Trong kỹ thuật chiếu sáng, cùng một năng lượng bức xạ nhưng lại gây ra hiệu quả cảm nhận ánh sáng khác nhau đối với mắt tuỳ theo bước sóng của nó Đường cong hiệu quả ánh sáng V(ở) đánh giá ảnh hưởng này Về phương diện sinh lý, các đại lượng tương quan bức xạ được đánh giá theo tác động của chúng đến thị giác, do đó ta định nghĩa quang thông là phần năng lượng của sóng điện từ được đánh giá bằng mắt người theo tác động của nó

Trong phổ ánh sáng nhìn thấy quang thông bằng:

Trang 13

- V là hàm độ nhạy tương đối của mắt theo bước sóng

- K = 683 lm/W là hệ số chuyển đổi đơn vị năng lượng sang đơn vị cảm nhận thị giác

Đơn vị quang thông là lumen (lm)

Quang thông là đại lượng đặc trưng cho khả năng của nguồn bức xạ ánh sáng trong không gian Bảng 1.1 cho quang thông của một số nguồn sáng thông dụng

Bảng 1.1 Quang thông của một số nguồn sáng thông dụng

Trước tiên, ta xét góc khối , là góc không gian thường sử dụng trong kỹ thuật chiếu sáng Trên hình 1.1 có một nguồn điểm O đặt tại tâm hình cầu rỗng bán kính R

và chắn diện tích S trên mặt cầu

Trang 14

O R

Hình 1.1 Định nghĩa Góc khối Hình khối đỉnh O cắt mặt S trên hình cầu biểu diễn góc khối 

 được định nghĩa bằng tỷ số diện tích S và bình phương bán kính:

S2

R

  (1.3)

Giá trị cực đại của , khi từ O chắn cả

không gian, tức là toàn bộ mặt cầu:



.4

4

2 2

S

steradian (sr) (1.4) Cường độ sáng theo một phương (hình 1.2) bằng giới hạn của tỷ số của quang thông d trên một đơn vị góc khối d

d

Đơn vị cường độ sáng là candela, viết tắt là cd, là một trong 7 đơn vị cơ bản của hệ

SI (System International) Từ tháng 10-1979 CIE đưa ra định nghĩa mới của candela: Candela là cường độ sáng theo một phương của nguồn sáng đơn sắc có tần số 540.1012

Hz (bước sóng 555 nm) có cường độ năng lượng theo phương này là 1/683 oát trong góc khối một steradian

Cường độ sáng của một số nguồn sáng thông dụng được cho trong bảng 1.2

Hình 1.2 Định nghĩa cường độ sáng

Trang 15

Bảng 1.2 Cường độ sáng của một số nguồn sáng

Đèn Halogen kim loại 2 kW

có bộ phản xạ

14.800 theo mọi phương 250.000 ở tâm chùm tia

1.1.3 Độ rọi (E, lux (lx)

Độ rọi là đại lượng đặc trưng cho bề mặt được chiếu sáng, là mật độ quang thông

 trên bề mặt có diện tích S Khi quang thông vuông góc với bề mặt chiếu sáng như hình 1.3, độ rọi được tính bằng công thức:

S

E 

Đơn vị độ rọi là lux, là mật độ

quang thông của một nguồn sáng 1

lumen trên diện tích 1 m2 Khi mặt

được chiếu sáng không đều độ rọi

được tính bằng trung bình đại số của

độ rọi các điểm

Khái niệm về độ rọi, ngoài nguồn

còn liên quan đến vị trí bề mặt được

chiếu sáng

Hình 1.3 Để định nghĩa độ rọi

Trang 16

1.1.4 Quan hệ giữa các đại lƣợng.

Ta xét nguồn sáng điểm S, bức xạ tới một mặt nguyên tố dS ở cách S một khoảng

cách D Bảng 1.3 cho trị số độ rọi thường gặp

Bảng 1.3 Độ rọi trên một số bề mặt thường gặp

Hình 1.4 Quan hệ độ rọi, cường độ sáng và khoảng cách

Trang 17

1.2 Các quy định về tọa độ của bộ đèn theo hướng dẫn của CIE 43-1979 [2] 1.2.1 Các hệ tọa độ dùng để biểu diễn phân bố cường độ sáng

Để thuận lợi cho việc biểu diễn các cường độ sáng của bộ đèn trong không gian,

người ta thường chọn các tọa độ sau đây [5]

- Hệ tọa độ A, α

- Hệ toạ độ B, β

Trang 18

- Hệ tọa độ C, γ

Hình 1.5 Các hệ tọa độ cực

Thực chất 3 tọa độ (A, α), (B, β), (C, γ) đều là 3 tọa độ cực, chúng chỉ khác nhau ở trục quay mặt phẳng biểu diễn cường độ sáng Người ta có thể chọn một loại tọa độ nhất định để thuận lợi trong việc biểu diễn trường sáng của bộ đèn

Trong những trường hợp cụ thể, người ta có thể tùy chọn cách biểu diễn họ các đường cong cường độ sáng của một bộ đèn trong một hệ toạn độ bất kỳ Tuy nhiên người ta dễ dàng chuyển đổi các tọa độ trong từng hệ tọa độ với nhau Bảng 1.4 mô tả quan hệ tọa độ giữa các hệ khác nhau

Bảng 1.4 Mô tả quan hệ giữa các hệ tọa độ

Hệ tọa độ

đã cho

Hệ tọa độ cần chuyển Góc nghiêng mặt phẳng Góc trong mặt phẳng

A, B,  tan B = tan /cos A sin  = sin A  cos 

A, C,  tan C = tan /sin A cos  = cos A  cos 

B,  A, tan A = tan /cos B sin  = sin B  cos 

B,  C,  tan C = sin B/tan  cos  = cos B  cos 

Trang 19

Sử dụng tất cả các mặt phẳng (C, ) theo hướng dẫn CIE 43-1979 Guide người ta

có thể biểu diễn được cường độ sáng của bộ đèn ở bất kỳ điểm nào ở trong trường sáng của nó Tuy nhiên trong thực tiễn kỹ thuật chiếu sáng người ta thường để ý đến hai mặt phẳng chính là

- Mặt C0 – C180 mô tả phân bố cường độ sáng của bộ đèn theo phương dọc trục của đường

C,  A, tan A = cos C/tan  sin  = sin C  sin 

C,  B,  tan B = sin C/tan  sin  = cos C  sin 

Hình 1.6 Quy ước các mặt phẳng (C, ) của bộ đèn trong tọa độ cực

Trang 20

- Mặt C90 – C270 mô tả phân bố cường độ sáng của bộ đèn theo phương vuông góc với trục của đường

Đặc biệt, trong những trường hợp đơn giản, người ta chỉ quan tâm tới phân bố cường độ sáng của bộ đèn theo phương C0 – C180vì nó không những cho phép người ta tính được phân bố cường độ sáng (hoặc độ rọi) dọc theo trục đường mà còn cho phép người ta tính được độ đồng đều dọc, một thông tin quan trọng nhất trong chiếu sáng đường giao thông nói chung và đường phố nói riêng

Hình 1.7 mô tả phân bố cường độ sáng trong hai mặt phẳng của bộ đèn Trong đó đường nét liền là của mặt phẳng C0 – C180, đường nét đứt là của mặt phẳng C90 – C270 Với cách biểu diễn này, những người thiết kế chiếu sáng chỉ cần căn cứ vào biểu

đồ đã có thể có những lựa chọn về loại đen và phương án bố trí cho từng công trình

chiếu sáng cụ thể

1.2.3 Hệ tọa độ Đề Các (Descates)

Hình 1.7 Đường cong phân bố cường độ sáng của một bộ đèn theo hệ C- (CIE 43-1979

Guide), (nguồn PTN Vật lý và kỹ thuật ánh sáng – ĐHBK Hà Nội)

Trang 21

Bản chất của cách biểu thị Đề Các là biểu diễn cường độ sáng của bộ đèn theo hệ tọa độ vuông góc mà trung hoành là giá trị góc chiếu sáng, trục tung là các giá trị cường độ sáng Chúng ta thấy ngay rằng, mỗi bộ đèn sẽ có vô số mặt phẳng Đề Các Tuy nhiên trong thực tiễn người ta thường chọn 2 mặt phẳng chính là mặt phẳng C0 - C180 và C90 – C270 để biểu diễn cường độ sáng Hình 1.8 biểu diễn cường độ sáng của bộ đèn pha theo mặt phẳng C0 - C180 và C90 – C270 trong tọa độ Đề Các

1.2.4 Quan hệ giữa các cách biểu diễn

Hình 1.9 mô tả các đường cong phân bố cường độ sáng của một bộ đèn trong hai

hệ tọa độ Đề các và hệ tọa độ cực Nhìn 2 loại biểu đồ chúng ta dễ dàng nhận thấy sự bất đối xứng giữa 2 mặt phẳng C0 - C180 và C90 – C270

Hình 1.8 Cường độ sáng của đèn pha FEBUS của công ty Hapulico trong tọa độ

Đề Các (nguồn : PTN Vật lý và Kỹ thuật ánh sáng – ĐHBK Hà Nội)

Hình 1.9 Phân bố cường độ sáng của một bộ đèn

Trang 22

Căn cứ vào các đường biểu diễn cường độ sáng trong các mặt phẳng người ta phân biệt được một số kiểu đối xứng của các bộ đèn Các kiểu đối xứng được mô tả trong bảng 1.5

Bảng 1.5 Một số kiểu đối xứng của đèn (nguồn PTN Vật lý và kỹ thuật ánh sáng – ĐHBK Hà Nội)

1.3 Các loại tệp dữ liệu trắc quang

Những tệp dữ liệu trắc quang đầu tiên thường chỉ là một file văn bản ghi các thông tin chung về bộ đèn như:

- Nhà sản xuất, kích thước, số đèn có trong chóa, công suất điện, cấp bảo vệ (IP)…

Trang 23

- Tổng quang thông của các nguồn sáng

- Họ các đường cong phân bố cường độ sáng,

- Họ các đường đảng lux (Isolux), đẳng candela (Isocandela) trên mặt được chiếu sáng…

- Bảng số liệu quang thông vùng, ghi giá trị quang thông do bọ đèn phát ra trong các góc khối ứng với góc phẳng (0-30o), (0 -40o), (0 -60o), (0 – 75o)…

- Các biểu đồ độ chói

- Biểu đồ hoặc bảng số liệu hệ số sử dụng…

Các dữ liệu trắc quang thường được đo đạc, xây dụng và công bố tại một phòng thí nghiệm nào đó nên đôi khi chúng được goi là Báo cáo trắc quang (Photometric

Report) Các hình từ 1.10 đến 1.13 trình bày các mẫu trắc quang thường gặp

Hình 1.10 Tập dữ liệu trắc quang của bộ đèn huỳnh quang trong máng parabol

(Source: Lithonia Lighting)

Trang 24

Hình 1.11 Dữ liệu trắc quang của nhà sản xuất Lighting Sciences, Arizona, USA

Hình 1.12 Tệp dữ liệu trắc quang của bộ đèn MACCOT (Hapulico)

do PTN Vật lý và kỹ thuật chiếu sáng xây dựng

Trang 25

Tuy nhiên những tệp dữ liệu trắc quang trên chủ yếu chỉ mang tính chất tham khảo cho sản phẩm, các thông tin quang học của đèn được trình bày ngắn gọn, điều này sẽ gây khó khăn cho các nhà làm thiết kế chiếu sáng trong việc tính toán chiếu sáng cho các công trình xây dựng Mặc dù vẫn tính được các số liệu về độ rọi, độ chói nhưng sai

số là không hề nhỏ, chưa kể tới việc tính toán bằng tay sẽ mất khá nhiều thời gian

Từ những vấn đề trên, các nhà làm phần mềm đã tạo ra file dữ liệu trắc quang (.IES), trong đó chứa toàn bộ dữ liệu trắc quang của một bộ đèn mà người sử dụng có thể áp dụng vào các phần mềm chiếu sáng thông dụng một cách dễ dàng

Hình 1.13 Tệp dữ liệu trắc quang của Hubell Ligting (USA)

Trang 26

IES là viết tắt của cụm từ tiếng Anh Illumination Engineering Society nghĩa là Hiệp hội kỹ thuật chiếu sáng IES được coi là một dạng file chuẩn cho việc chứa dữ liệu trắc quang và những thông tin có liên quan Trong kỹ thuật chiếu sáng, tệp dữ liệu

có đuôi (.IES) mặc nhiên đã được thừa nhận như là một trong những tiêu chuẩn quốc

tế Cùng song hành với (.IES) là một hệ thống phần mềm thiết kế chiếu sáng phổ dụng

và được miễn phí trên thế giới hiện nay DIALUX, RELUX…[5]

Đối với cách nhà chế tạo thiết bị chiếu sáng thì tệp dữ liệu trắc quang nói trên của

bộ đèn khẳng định sự hợp chuẩn quốc tế của sản phẩm Khi đã thiết lập tệp dữ liệu trắc quang (.IES) cho các sản phẩm chiếu sáng của mình thì có nghĩa là các nhà sản xuất đã

đủ điều kiện tham gia vào thị trường thiết bị chiếu sáng toàn cầu tương tự như một nền kinh tế đã gia nhập WTO.[5]

Đối với người làm trong lĩnh vực kỹ thuật chiếu sáng, một khi đã hiểu rõ ý nghĩa của tệp (.IES), họ sẽ chắc chắn biết được các thông tin về bộ đèn và lựa chọn chúng vào loại hình chiếu sáng nào mà không cần trực tiếp xem bộ đèn (Hình 1.14)

a)

Trang 27

Kết luận

Thông tin về một bộ đèn của các nhà sản xuất trên thế giới hiện nay bao gồm

1 Báo cáo về các thông số quang học (hình b) Báo cáo này sẽ cho ta cái nhìn tổng quan về bộ đèn đó, nó gần giống với các tệp dữ liệu trắc quang trước kia Đó là các đặc tính về điện, kích thước, cấp bảo vệ…Tuy nhiên đặc tính về quang học không được nhắc tới trong mục này

2 File ies sử dụng trong thiết kế chiếu sáng (hình a) Phần này chứa tất cả những

dữ liệu về quang học như là tổng quang thông, cường độ sáng tổng, các đường cong trắc quang của các mặt phẳng…

b) Hình 1.14 File IES của một bộ đèn chiếu sáng trong hầm Đèo Cả

Trang 28

Chương 2 THU NHẬN KẾT QUẢ THỰC NGHIỆM ĐỂ XÂY DỰNG MỘT TỆP DỮ LIỆU TRẮC QUANG

2.1 Đo và vẽ các đường cong phân bố cường độ sáng bằng Góc kế quang học (Goniophotometer).[2]

2.1.1 Góc kế quang học

Góc kế quang học là dụng cụ dùng để do sự phân bố cường độ sáng của bộ đèn trong không gian

a) Phân loại

Loại thứ nhất: Nguồn sáng quay

Trong thiết bị này Detector (thiết bị đo cường độ sáng) là cố định còn nguồn sáng được quay trong 2 mặt phẳng vuông góc với nhau Cách bố trí này là đơn giản nhưng gặp một khó khăn lớn là rất khó định tâm cho các bộ đèn bất đối xứng và có kích thước lớn Hình 2.1.a

Loại thứ hai: Gương quay

Trong thiết bị này cả đèn và Detector được đặt cố định Đèn được đặt tại tâm quay của một gương phản xạ có kích thước lớn hơn kích thước của đèn Người ta có thể đặt đèn ở một góc bất kỳ so với mặt phẳng quỹ đạo của gương Ánh sáng từ đèn được phản

xạ qua gương tới Detector Với cách bố trí như vậy người ta có thể dễ dàng thu được phân bố cường độ sáng trong bất kỳ mặt phẳng nào của đèn Hình 2.1.b mô tả một góc

kế gương quay thực Hình 2.2 sơ đồ nguyên lý hoạt động của một góc kế gương quay

Trang 29

Hình 2.2 Cấu trúc hệ đo góc kế quang học loại gương quay

b) Nguyên lý hoạt động góc kế quang học loại gương quay

a) (b) Hình 2.1 Góc kế quang học: (a) Loại nguồn sáng quay (b) Loại gương quay

Trang 30

Tia sáng từ nguồn (phản xạ qua choá) tới gương và phản xạ vào detector Detector được đặt trong hộp kín để tránh tác động của các tia sáng ngoại lai Detector cho dòng điện tỷ lệ với cường độ sáng của tia sáng

Với một vị trí nhất định của đèn, khi gương quay một vòng, nó sẽ hướng các tia sáng xung quanh đèn trong một mặt phẳng kinh tuyến với bước đo góc đã định, máy tính sẽ cho từng cặp số liệu (góc, cường độ sáng) và căn cứ vào tập số liệu này để vẽ

đường cong cường độ sáng trong mặt phẳng

Đặt đèn ở vị trí góc nào, ta sẽ thu được một đường cong cường độ sáng ở của bộ đèn trong mặt phẳng ấy Đối với các góc kế quang học hiện đại, việc điều chỉnh góc đặt của đèn, góc quay của gương đều được tự động hóa

Hình 2.3 Hình ảnh đo phân bố cường độ sáng của bộ đèn bằng Goniophotomeer tại

PTN Kỹ thuật chiếu sáng, Viện Vật lý kỹ thuật, trường ĐHBKHN

 Xử lý kết quả sau khi đo:

 Chuyển tệp số liệu [α(0), i(µA)] thành [α(0), I(cd)]

Trang 31

Trên thực tế, khi hoàn thành một phép đo ta đã thu được tệp số liệu mô tả góc quay

và cường độ dòng quang điện tương ứng Công việc còn lại là phải chuyển tệp số liệu góc, cường độ dòng quay điện [α(0

), i(µA)] thành tệp số liệu góc, cường độ sáng [α(0), I(cd)] Cách làm như sau:

Giả sử có bộ số liệu [00, 1,25mA], giá trị độ rọi thu được là 30lx, khoảng cách từ tế Detector đến đèn là 5.6m, ta sẽ chuyển thành bộ số liệu [α(0), I(cd)] như sau:

- Cường độ sáng của đèn ở vị trí α = 00 là

I  E r 2  30.(5, 6)2  940,8 cd (2.1)

- Vì cường độ sáng luôn luôn tỉ lệ với dòng quang điện nên ta tính được cường độ sáng tại một góc bất kỳ khi biết cường độ dòng quang điện Ví dụ: Với α = 300 ta có i = 2,15mA thì cường độ sáng là:

), I(cd)] thành tệp số liệu [α(0), I(cd/1000lm)]

Trên thực tế các cường độ sáng của các bộ đèn chênh lệch nhau rất lớn Ví dụ với một đèn sợi đốt 50W, quang thông Φ = 600lm, ta có cường độ sáng trung bình

   (2.3), trong khi đó cường độ sáng của các đèn chiếu sáng

đường thường có cực đại là hàng chục nghìn cd Trong trường hợp này nếu cùng biểu diễn chúng trên một hệ tọa độ thì kích thước của các đường biểu diễn sẽ rất khác nhau, khó khăn cho việc vẽ và tra cứu Vì vậy CIE đã đưa ra một cách biểu diễn không phải

là theo cd mà theo cd/1000lm Cách biểu diễn này làm cho kích cỡ của các biểu đồ sáng của các đèn tương đương nhau mà không phụ thuộc vào cường độ sáng Nguyên tắc của chuyển đổi đó theo công thức (2.4):

Trang 32

d lm

Trong đó: là giá trị cường độ sáng quy chuẩn cho nguồn 1000lm

là quang thông chuẩn 1000lm theo quy ước của CIE

Id là cường độ sáng thực của đèn thử nghiệm

d là quang thông thực của đèn thử nghiệm

Ví dụ:

Ta có số liệu đo theo góc 300 của đèn LED đường là 2450cd với quang thông của

bộ đèn là 15000lm Khi chuyển đổi đơn vị sang cd/1000lm ta có:

1000

( ) 1000

1000.2450

163, 33( / 1000 ) 15000

lm d cd

d lm

Vì vậy, đo quang thông hoặc biết trước quang thông của bộ đèn là một điều cần thiết để xây dựng tệp dữ liệu trắc quang

2.1.2 Các phương pháp xác định quang thông

2.1.2.1 Xác định quang thông của nguồn sáng bằng cầu tích phân

a) Đo quang thông

Đo quang thông của là phép đo quan trọng nhất trong các phép trắc quang nguồn sáng Về mặt lý thuyết, khi biết sự phân bố cường độ sáng của một nguồn sáng trong không gian, người ta có thể tính toán trực tiếp ra quang thông của nó bằng biểu thức (2.6):

4

0I.d



trong đó I là cường độ sáng của nguồn sáng phát ra trong góc khối d

( ) 1000

cd lm

I

1000lm



Trang 33

Nếu nguồn sáng là đẳng hướng thì:

tích phân (Intergrating Sphere)

Quả cầu tích phân là một hình cầu bán kính R (hình2.4.a), phía trong được phủ một lớp khuếch tán không chọn lọc trong vùng ánh sáng nhìn thấy Lớp chất khuếch tán này thường được làm bằng Sunfat Bari (BaSO4)

Với cấu trúc như trên, bất kỳ tia sáng nào từ nguồn S trong quả cầu tích phân Q sau khi phản xạ một số lần trên lớp phủ khuếch tán đều trở về detector quang điện D Năng lượng sáng được detector quang điện D biến đổi thành dòng điện, dòng điện này tỷ lệ với quang thông do nguồn sáng phát ra và được đo bằng đồng hồ I Đối với những cầu tích phân hiện đại, người ta còn gắn vào mặt trong của thành cầu một cơ cấu quang học thu ánh sáng của nguồn và dẫn vào khe máy quang phổ bằng cáp quang Máy phân tích quang phổ sẽ cho ta biết các thông tin về nhiệt độ màu, phổ năng lượng, và chỉ số CRI của nguồn sáng Hình 2.4.b mô tả một quả cầu tích phân hiện đại

Trang 34

(a) Sự truyền của tia sáng (b) Cầu tích phân hiện đại

Hình 2.4.Quả cầu tích phân

b) Tính toán quang thông

4 R 1





Trang 35

s s

YY

so sánh Bản chất của phương pháp này là quang thông của nguồn cần đo với nguồn chuẩn, theo cách làm như sau:

Bước 1: Mắc đèn chuẩn (Tc=2856K ) có quang thông s vào cầu tích phân, ta thu được dòng quang điện Ys

Bước 2: Thay đèn chuẩn bằng đèn có quang thông  cần đo, giả sử thu được dòng quang điện Y, ta có:

a b

Hình 2.5 a) Đèn chuẩn quang thông , b) Giấy chứng nhận giá trị quang thông

(2.12)

Trang 36

2.1.2.1 Phương pháp tính quang thông dựa vào hệ đường cong trắc quang

Thông thường, khi cần biết quang thông của một nguồn sáng có kích thước nhỏ và đối xứng người ta dễ dàng thực hiện được khi thực hiện được khi dùng quả cầu tích phân Quả cầu tích phân sẽ cho ta biết được quang thông Φ0 của nguồn sáng Tuy nhiên trong thực tế, người ta rất cần biết quang thông hiệu dụng Φ của bộ đèn nghĩa là quang thông phát ra của bộ đèn theo công thức (2.13):

Trang 37

Hình 2.6 Mô tả một vùng

Phần góc khối tạo bởi góc phẳng ∆α khi nó quay quanh trục 3600 được gọi là vùng (Hình 2.6)

Giá trị của góc khối  ứng với góc phẳng  = i+1 - i quay một vòng gọi là hệ

số vùng và được tính theo công thức (2.15):

Giới hạn vùng (0)

Hệ số vùng (sr)

Giới hạn vùng (0)

Hệ số vùng (sr)

175-180 170-175 165-170 160-165 155-160 150-155 145-150 140-145 135-140 130-135 125-130

0.0239 0.0715 0.1186 0.1649 0.2097 0.2531 0.2946 0.3337 0.3703 0.4041 0.4349

0-10 10-20 20-30 30-40 40-50 50-60 60-70 70-80 80-90

170-180 160-170 150-160 140-150 130-140 120-130 110-120 100-110 90-100

0.095 0.283 0.463 0.628 0.774 0.897 0.993 1.058 1.091

Trang 38

55-60 60-65 65-70 70-75 75-80 80-85 85-90

120-125 115-120 110-115 105-110 100-105 99-100 90-95

0.4623 0.4862 0.5064 0.5228 0.5351 0.5434 0.5476 b) Quang thông vùng

Quang thông vùng được hiểu là phần quang thông chứa trong một góc khối ứng với một vùng nào đó trong trường sáng của bộ đèn [8] Tổng quang thông của các vùng chính là quang thông của bộ đèn Theo CIE 43-1979 Guide, trong tệp dữ liệu trắc quang (Photometic Data), người ta chỉ quan tâm tới các vùng 00 ÷ 300, 00 ÷ 400, 00 ÷

600, 600 ÷ 900, 900 ÷ 1800, 00 ÷ 1800 Trong các mẫu báo cáo trắc quang (Photometric Report) hay một tệp dữ liệu trắc quang của một bộ đèn, quang thông vùng (Zonal Lumen Sumary) thường được liệt kê đầu tiên Quang thông của các vùng được mô tả bằng hình 2.7

Hình 2.7 Mô tả quang thông vùng

Trang 39

Nguyễn Quang Hƣng Lớp: Thiết bị điện Khóa: 2014A 2.2 Mô tả phép đo

Bước 1: Đặt bộ đèn lên giá của góc kế quang học và hiệu chỉnh sao cho mặt phẳng

của đèn nằm ngang và tâm của nguồn sáng trùng với trục của gương quay Điều chỉnh

vị trí của đèn sao cho pháp tuyến của mặt đèn trùng với trục quay theo phương thẳng đứng của giá đèn Thao tác này có thể được thực hiện bằng cách vừa điều chỉnh vừa xoay đèn sao cho giá trị dòng quang điện không thay đổi là được

Bước 2: Đặt và cố định gương ở vị trí ban đầu ứng với góc 50, xoay đèn xung quanh trục thẳng đứng của nó theo đủ một vòng tròn với bước thay đổi là 100 (nghĩa là

ta sẽ thu được 36 giá trị cường độ sáng trong một vòng quay của đèn ứng với một vị trí của gương) Ghi các giá trị cường độ sáng ứng với mỗi góc quay của đèn

Bước 3: Đặt gương ở vị trí 150

, 250, 350, 450, 550, 650, 750, 850, 950 (nghĩa là ta đã chọn Δα = 100) và thực hiện các phép đo như bước 2

Bước 4: Tính quang thông của một vùng theo công thức (2.16) [8]

(2.16) Trong đó: ΔФ là quang thông vùng ứng với mỗi góc nghiêng của gương, Itb là cường độ sáng trung bình của 36 giá trị cường độ sáng khi quay đèn xung quanh trục của nó, ΔΩ là giá trị quang thông vùng đã được dẫn ra theo mục 2.1.3.1

Bước 5: Tính tổng quang thông của bộ đèn bằng cách lấy tổng giá trị quang thông

của các vùng trong trường sáng của đèn

Bước 6: Sử dụng kết quả đo ở bước 3 và bước 5 làm file IES cho bộ đèn

2.3 Các kết quả thực nghiệm thu đƣợc

Ta sẽ đo và tính quang thông vùng, tổng quang thông của bộ đèn chiếu sáng đường RAIBOW , do Công ty Hapulico sản xuất (Hình 2.8.)

Trang 40

Hình 2.8 Bộ đèn Natri RAINBOW High Pressure Sodium (HPS) 250W do công ty

Hapulico Việt Nam sản xuất

Phần 1: Đo và vẽ biểu đồ cường độ sáng của bộ đèn trong các mặt phẳng C0 – C180

quang điện (mA)

Cường độ sáng thực (cd)

Cường độ dòng quang điện (mA)

Cường độ sáng thực (cd)

Định dạng
Số trang	100
Dung lượng	4,1 MB