Основные показатели освещенности

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 [3,4,10,11]:

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 Ф (лм), исходящего от источника и равномерно распространяющегося внутри элементарного телесного угла  (стерадиан), к величине этого угла, измеряется в канделах (кд):

(3.1)

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 Ф (лм), равномерно падающего на освещаемую поверхность, к ее площади S (м²), измеряется в люксах (лк):

. (3.2)

Один лк – это освещенность 1 м² поверхности при падении на нее светового потока в 1 лм.

Яркость L поверхности под углом  к нормали – отношение силы света J_а (кд), излучаемой освещаемой или светящейся поверхностью в этом направлении, к площади S (м²) проекции этой поверхности, на плоскость перпендикулярную к этому направлению, измеряется в кд/м²:

, (3.3)

где a – угол между направлениями силы света и вертикалью.

Одна кд/м² – это яркость равномерно светящейся плоской поверхности, излучающей в перпендикулярном направлении с площади S = 1м² 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 [10]:

, (3.4)

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  определяется как отношение отраженного от поверхности светового потока Ф_отр к падающему на нее световому потоку Ф_пад:

(3.5)

Значения коэффициента отражения находятся в пределах 0,02…0,95.   0,4 – фон считается светлым;  = 0,2…0,4 – средним;   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:

(3.6)

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:

(3.7)

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 [10,11].

ЗФ_лл

U_сети

Ф_лн

Ф_лл

U_сети

Рис. 3.1. Пульсации светового потока при однофазном и трехфазном

питающем напряжении [10]

В последнем случае за счет сдвига фаз в трехфазной цепи на 1/3 периода «провалы» в световом потоке каждой из ламп компенсируются световыми потоками двух других ламп, в результате пульсации суммарного светового потока существенно меньше.

Стробоскопический эффект – кажущееся изменение или прекращение движения объекта, освещаемого светом, периодически изменяющимся с определенной частотой. Например, если вращающийся белый диск с черным сектором освещать пульсирующим световым потоком (вспышками), то сектор будет казаться: неподвижным при частоте f_всп = f_вращ, медленно вращающимся в обратную сторону при f_всп > f_вращ, медленно вращающимся в ту же сторону при f_всп < f_вращ, где f_всп и f_вращ – соответственно частоты вспышки и вращения диска. Пульсации освещенности вращающихся объектов могут вызывать видимость их неподвижности и быть причиной травматизма [1].

Таблица 3.1.