авторефераты диссертаций БЕСПЛАТНАЯ БИБЛИОТЕКА РОССИИ

КОНФЕРЕНЦИИ, КНИГИ, ПОСОБИЯ, НАУЧНЫЕ ИЗДАНИЯ

<< ГЛАВНАЯ
АГРОИНЖЕНЕРИЯ
АСТРОНОМИЯ
БЕЗОПАСНОСТЬ
БИОЛОГИЯ
ЗЕМЛЯ
ИНФОРМАТИКА
ИСКУССТВОВЕДЕНИЕ
ИСТОРИЯ
КУЛЬТУРОЛОГИЯ
МАШИНОСТРОЕНИЕ
МЕДИЦИНА
МЕТАЛЛУРГИЯ
МЕХАНИКА
ПЕДАГОГИКА
ПОЛИТИКА
ПРИБОРОСТРОЕНИЕ
ПРОДОВОЛЬСТВИЕ
ПСИХОЛОГИЯ
РАДИОТЕХНИКА
СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО
СОЦИОЛОГИЯ
СТРОИТЕЛЬСТВО
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ТРАНСПОРТ
ФАРМАЦЕВТИКА
ФИЗИКА
ФИЗИОЛОГИЯ
ФИЛОЛОГИЯ
ФИЛОСОФИЯ
ХИМИЯ
ЭКОНОМИКА
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
ЭНЕРГЕТИКА
ЮРИСПРУДЕНЦИЯ
ЯЗЫКОЗНАНИЕ
РАЗНОЕ
КОНТАКТЫ


Pages:     | 1 |   ...   | 7 | 8 || 10 | 11 |

«HERAUSGEBER тш Ж 3. AUFLAGE ИЗМЕРЕНИЯ В ПРОМ Ы Ш ЛЕНН ОСТИ В ТРЕХ КНИГАХ Под редакцией проф. докт. П. ...»

-- [ Страница 9 ] --

Градуировку при данном методе, как правило, проводят не непосредственно, поскольку учет возмущающих факторов (на­ пример, непостоянства потока нейтронов, самопоглощения излу­ чения в испытуемом образце) довольно затруднителен;

предпочте­ ние здесь отдается сравнительному методу, т. е. сопоставлению со стандартными (эталонными) препаратами, к которым добав­ лены известные количества определяемых элементов.

3.1 1.4.3. И З М Е Р Е Н И Я И СТИРАН И Я Активация путем облучения поверхности нейтронами определен­ ной энергии используется такж е для измерения истирания (из­ носа) деталей машин, автомобильных покрышек и других предме­ тов, за износом которых нужно непрерывно следить. Л егко под­ дающаяся измерению остаточная активность поверхности при этом может служить чувствительным показателем толщины сня­ того (истершегося) слоя материала.

3.1 1.4.4. И З М Е Р Е Н И Я В Ц Е Л Я Х ЗА Щ И ТЫ О Т И З Л У Ч Е Н И Я [2 0 —2 2 ] 3.11.4.4.1. Общие положения Вы сокая биологическая активность ионизирующих излучений и официальные распоряжения, изданные для предотвращения забо­ леваний лучевой болезнью у лиц, профессионально работающих с ионизирующими излучениями, а такж е среди населения, при­ вели к тому, что теперь дозиметрии для защиты от излучений при­ дается особое значение. Эта область дозиметрии настолько су­ щественно отличается от медицинской [2 3 ] и технической 124] по постановке задачи, диапазону измерений, требованиям к точ­ ности и в первую очередь по возможностям проведения, что пред­ ставляется обоснованным и целесообразным отдельное рассмо­ трение ее основ.

ТАБЛИЦА 3.1 1 - Р Е К О М Е Н Д О В А Н Н Ы Е И ЛИ П Р И З Н А Н Н Ы Е М АКС И М А ЛЬН О Д О П У СТИ М Ы М И Д О З Ы И Н Д И В И Д У А Л Ь Н О ГО О Б Л У Ч Е Н И Я, мСв. Г Р У П П Ы : А — ЛИ Ц А, П РО Ф ЕССИ О Н А Л ЬН О Р А БО Т А Ю Щ И Е С И О Н ИЗИРУЮ Щ ИМ И И З Л У Ч Е Н И Я М И (К О Н Т Р О Л И Р У Е М Ы Й К О Н Т И Н Г Е Н Т );

Б — ЛИ Ц А, Э П И ЗО Д И Ч ЕС К И СОП РИ КАСАЮ Щ И ЕСЯ С И О Н ИЗИРУЮ Щ ИМ И И З Л У Ч Е Н И Я М И ;

Б — Н А БЛЮ ДА ЕМ Ы Й КО Н ТИ Н ГЕН Т;

Г — ВС Е Н А СЕЛ ЕН И Е Нормы Нормы Период Контролируемые Евратом Ф РГ 1СДР Группа контроля органы [26, 2 7 ] 30 13 недель В се тело * А 1 год 150 Кисти рук, пред­ 13 недель 600 плечья, ступии 1 год 13 недель — К ожа * * 300 — 1 год Прочие органы 13 недель — — 150 -- 1 год 15 Б В се тело 1 год В В се тело 1 год В се тело (гоиады) Д о 30 лет * * * F * Вклю чая кроветворные органы и гоиды. * * По нормам Международной комис сии по защите от излучений IC R P [7 ] — такж е и щитовидная ж елеза. * * • Н акопленная доза;

максимально допустимая доза D (мСв) с учетом возраста N (в годах) рассчитывается по формуле D = ( N — 1 8J-50.

Важнейшие дозы, которые должны быть выдержаны при за­ щите от излучений и поэтому должны измеряться, сопоставлены в табл. 3.1 1 — 4. В ней можно легко усмотреть, что при защите от излучений в большинстве случаев речь идет об измерениях не­ больших доз и особенно о малых мощностях дозы. Например, мощность дозы, которой может подвергаться персонал, профес­ сионально работающий с ионизирующими излучениями, в тече­ ние всего рабочего времени не может превышать примерно 20 мкСв/ч. На таком ж е низком уровне регламентированы пре­ дельные значения дозы для концентрации радиоактивных приме­ сей во вдыхаемом воздухе — примерно от 102 до 105 Бк/м® в за­ висимости от того, какой именно радионуклид имеется в виду.

Разум еется, это относится и к концентрации радиоактивных загрязнений в питьевой воде и в продуктах питания, которая должна выдерживаться, чтобы не превысить допустимого поступ­ ления радиоактивных примесей в среднем за год [2 7 ].

3.11.4.4.2. Измерения локальных доз в воздухе и в помещении При сооружении технических радиационных установок и при кон­ струировании радиационной аппаратуры, а такж е при назначе­ нии конструктивных испытаний необходимо в первую очередь знать мощность возникающих при этом локальных доз излуче ния. Эти дозы измеряют, как правило, при номинальной или мак­ симальной мощности аппаратуры, причем проверяют, выдержи­ ваются ли приводимые в соответствующих нормативных докумен­ тах (например, в D IN 6811 [28, 2 9 ]) максимально допустимые значения с учетом упомянутых там ж е продолжительностей вклю ­ чения аппаратуры. Д л я измерения локальных доз (в воздухе и в помещениях) могут быть использованы приборы с ионизацион­ ными камерами, обычно такие, которые для достижения требуе­ мой чувствительности оборудованы камерами большого объема (около 1 л и более), счетчики, работающие в режиме пропорцио­ нальности (а при пониженных требованиях к точности и в режиме срабатывания по принципу счетчика Гейгера—Мюллера), и сцин тилляционные счетчики. На всех этих приборах можно получить необходимую чувствительность до 1 0 мкСв/ч, а наиболее чувстви­ тельные, особенно применяемые для измерений с целью обследо­ вания, позволяют измерять даж е мощности дозы менее 10- 2 мкСв/ч [3 0 ], соответствующие уровню естественной радиации в окружаю­ щей среде. Особое значение при измерениях доз излучения в атмо­ сферном воздухе и в помещении имеет зависимость показаний применяемых приборов от энергии излучения. Если излучение высоких энергий (например, с энергией квантов, превышающей примерно 300 кэ-В ) отсутствует, то следует всегда применять приборы с достаточной степенью независимости показаний от уровня энергии такж е и в области мягких излучений (см. такж е рис. 3.1 1 — 3). Согласно положению об обязательной поверке из­ мерительных приборов [3 1 ] дозиметры для целей защиты от из­ лучений должны всегда подвергаться поверке, если их приме­ няют согласно официальным предписаниям.

Здесь следует такж е отметить, что наряду с наиболее широко распространенными переносными приборами для измерения ло­ кальной мощности дозы и содержания радиоактивных веществ в воздухе для дыхания или в отходящих газах применяют такж е стационарные защитные установки с автоматической предупреди­ тельной сигнализацией и с неподвижно установленными детекто­ рами различных типов. В других специальных приборах детектор закреплен на длинной выдвигаемой консоли (кронштейне), что позволяет обнаруживать радиоактивность, находясь на безопас­ ном расстоянии.

При помощи измерителей мощности дозы определяют такж е показатели поглощения излучения в материалах для защиты от излучения и в экранах, оценивая так называемую величину свин­ цового эквивалента. Д л я этого измеряют мощность дозы на оп­ ределенных расстояниях от источника излучения при наличии за­ щитного материала на пути лучей и в его отсутствие. Чтобы учесть всегда имеющуюся при таких измерениях зависимость их резуль­ татов от геометрических факторов (особенно от рассеяния), нужно строго придерживаться указаний стандартов (D IN 6845 [32]) на проведение измерений подобного рода.

3.11.4.4.3. Измерение индивидуальных доз облучения П оскольку все мероприятия по защите от излучений в конечном счете сводятся к тому, чтобы индивидуальная доза облучения не превышала приемлемых пределов, и поскольку мощности локаль­ ных доз в помещениях с персоналом, как правило, резко разли­ чаются на отдельных участках и изменяются во времени, важ ­ ное значение должно иметь прямое измерение доз облучения, полученных производственным персоналом. Х отя интерес в пер­ вую очередь представляет доза облучения «критических» орга­ нов, например, костного мозга, измерение индивидуальной дозы согласно правилам проводят на поверхности туловища или на других участках тела, которые представляются наиболее опас­ ными в смысле поражения (например, на кистях рук и т. д.).

По этим индивидуальным дозам, зная вид излучения и его энер­ гию, рассчитывают или ориентировочно оценивают дозу облуче­ ния, приходящуюся на все тело, по которой в конечном счете и делают выводы [33 ].

В качестве измерительных приборов для определения индиви­ дуальной дозы могут быть применены все системы, выполняющие интегрирующие измерения и не связанные с сетью питания, т. е.

такж е и ионизационные камеры, работающие по принципу кон­ денсатора (так называемые карманные дозиметры или дозиметры карандашного типа — дозиметрические трубки), фотодозиметры с эмульсионной пленкой, а в последнее время такж е и твердотель­ ные дозиметры, т. е. фотолюминесцентные и термолюминесцент­ ные [3 4 ]. Подробности принципа действия этих систем были рас­ смотрены в соответствующих пунктах настоящего раздела (см.

3.1 1.3.2.3 и 3.1 1.3.2.4 ). Здесь следует остановиться только на особых требованиях, предъявляемых индивидуальной дозиме­ трией. Т ак, в отношении требуемого диапазона измерений сле­ дует отметить, что дозиметры, показания которых должны счи­ тываться (контролироваться) ежедневно или еженедельно, на­ пример, карманные, должны иметь возможность измерять дозу, составляющую примерно 1 0 % допускаемой в среднем за день.

Следовательно, нужно иметь возможность отсчета доз начиная примерно от 50 мкСв и более. Однако при всегда возможных радиологических несчастных случаях нужно иметь возможность определять такж е и дозы от нескольких сивертов и максимально до 10 мСв. Такой широкий диапазон измерения конденсаторными ионизационными камерами не охваты вается. При ежемесячном контроле, который обычен для фотографических и твердотель­ ных дозиметров как приборов длительного действия, должны иметься возможности отсчета доз начиная примерно от 0,2 мСв и по возможности тоже до 10 Св;

это условие при таких дози­ метрах как раз легко выполняется. Требования к точности, предъ­ являемые при индивидуальной дозиметрии, не очень высоки.

Особенно при малых дозах, не превышающих допустимых крити­ ческих значений, вполне достаточно иметь точность ± 3 0 %. При более высоких дозах желательно обеспечивать точность по­ рядка ± 1 5 %.

Чтобы правильно оценить последствия облучения, вызванного несчастным случаем, и иметь возможность провести соответствую­ щие лечебные мероприятия для борьбы с этими последствиями, желательно иметь кроме величины дозы и другие данные, напри­ мер о качестве излучения, о направлении падения излучения, о распределении всей дозы по времени (если она не была разовой), о радиоактивном загрязнении и т. д. Если применяют несколько дозиметров с различной зависимостью показаний от уровня энер­ гии, то по соотношению показаний приборов различных систем можно сделать выводы о качестве излучения. В частности, дози­ метрические эмульсионные пленки, покрытые фильтрами различ­ ной толщины, позволяют получить большой объем информации без существенных дополнительных затрат на их приобретение и расшифровку показаний. Этим, видимо, и объясняется тот факт, что фотодозиметры, несмотря на некоторые их недостатки, по прежнему сохраняют свое преобладающее положение в индиви­ дуальной дозиметрии и лишь иногда в дополнение к ним приме­ няют твердотельные дозиметры.

В применяемых в Ф Р Г дозиметрах типа кольца на пальце в ка­ честве детектора излучения применены два термолюминесцент­ ных дозиметра с различной зависимостью от уровня энергии, чтобы и здесь наряду с величиной дозы можно было определить такж е и качество излучения.

3.1 1.4.4.4. Измерение активностей Измерение силы (активности) какого-либо источника радиоак­ тивного излучения в принципе можно провести любым измерите­ лем мощности дозы, но лучше всего путем сопоставления со стан­ дартными источниками того ж е радиоактивного изотопа. Однако практически при измерении наружного и внутреннего загрязне­ ния радиоактивностью рабочих мест, приборов, пищевых про­ дуктов, самого персонала и т. п. предъявляются очень различные требования как к измерению величины дозы, так и к измерению качества излучения. Описывать используемые для этой цели при­ боры и способы здесь не представляется возможным. Поэтому следует только упомянуть, что различные в принципе пригодные детекторы следует выбирать из числа имеющихся весьма тща­ тельно, особенно имея в виду проникающую способность, т. е.

проникновение измеряемого излучения (а -, Р- и ^-излучения) в чувствительный объем детектора. Кроме количественного изме­ рения поглощенного излучения при этом все чаще встает задача определения такж е и вида излучателя, т. е. бывает нужно изме­ рять не только одну активность, но и весь спектр излучения.

В современной технике измерения радиоактивных излучений для этой цели используют полупроводниковые детекторы с высокой разрешающей способностью и высокосовершенные электронные приборы — так называемые многоканальные анализаторы (см.

такж е раздел 3.1 1.3.2.2 ), без применения которых многочислен­ ные метрологические проблемы в настоящее время вообще уж е не могут быть решены.

3.1 2. СВЕТОВЫ Е ИЗМ ЕРЕНИЯ 3.1 2.1. Измеряемые величины В радиационной физике в оптическом диапазоне — при длинах волн Я от 1 0 0 до 1 мкм [ 1 ] — определяют различные группы ве­ личин, которые различаются по своей относительной спектраль­ ной оценочной функции или относительной спектральной чувстви­ тельности s (Я)отн- Эти величины могут быть описаны уравне­ нием общего вида (табл. 3.1 2 — 1):

оо X = С j X eXs(X)0THd l.

о Фотометрия или радиометрия означает измерение света или оптического излучения. Свет понимается как излучение, способ­ ное вы звать зрительное ощущение у человека. Видимой частью спектра для практических целей считают интервал длин волн от 380 до 789 нм [6 ].

Измерять нужно в особенности светотехнические свойства:

— ламп (источников излучения [7 ]), — светильников (люминесцентных [8, 9 ] ), — приемников (фотофизических, фотобиологических [4, 61);

— материалов [ 1 0 ];

— осветительных установок [10— 13].

Основными светотехническими величинами, которые нужно измерять, являю тся следующие [3 ]:

— световой поток Ф;

з.гг^г таблица ЗН А Ч Е Н И Е П А Р А М Е Т Р О В С И s (Мотв Д Л Я ВЕЛ И Ч И Н РА ЗЛ И Ч Н Ы Х ВИ ДО В s (Мотн Величины С Энергетические радиациоииофизические [2J KKh-c) Фотонные [2] м„ Радиационные с фотобиологическим дей­ S (л )б и о л. отн ствием [4] Кт Светотехнические [3 ] V (Я) х (Я ), д (A.), (к) Показатели стандартной окрашенности [5 ] z l/k ТАБЛИЦА 3.12— С В О Й С Т ВА Ф О Т О М Е Т Р И Ч Е С К И Х Г О Л О В О К, К О Т О Р Ы Е М ОЖ НО В Ы Р А З И Т Ь Ч И С Л О ВЫ М И Х А РА К Т Е РИ С Т И К А М И Характеризую тся интегральной Свойства погрешностью функцией нлн размерным числом Спектральная оценка:

относительная спектральная чувствитель­ s* к (^ отн ) ность УФ-чувствительность и — г ИК-чувствительность — Оценка в зависимости от ориентации:

освещенности h и (8. ф) объемной освещенности /2,0 (®» ф) /.. цилиндрической освещенности /22 (® ф) / то ж е, полуцшшндрической /2. zhfet ф) /2, zh яркости — / г,ь ( е..ф ) - угол поля измерения а погрешность неравномерности he параметр --- ft, 0, параметр 0, пространственная симметрия --- /2, s влияние яркости окружающей среды --- /2, u Зависимость от поляризации fs (е) и Влияние неравномерной освещенности и * Темновой ток Нелинейность (см. табл. 3.12— 3) Усталость (см. табл. 3.12— 3) Температурная зависимость (см. табл. 3.12— 3) Диапазон частотного модулирования (см. табл. 3.12— 3) Чувствительность (общая) Влияние рабочего положения — возможный нагрев (вследствие освещения) головки фото­ метра или других его деталей при таких условиях окружающей среды, которые конкретно не оговорены в условиях градуировки, но имеют место во время градуировки.

Д ля характеристики свойств фотометрических головок и фото­ метров определяют характерные параметры [16, 17].

В табл. 3.1 2 — 2 представлены данные, характеризующие фотоме­ трические головки;

в табл. 3.1 2 — 3 сопоставлены свойства фото­ метров, по которым в дополнение к данным о фотометрической головке можно дать численную характеристику. В табл. 3.12— представлены другие признаки фотометров, которые должны х а ­ рактеризовать их изготовители. В табл. 3.1 2 — 5 содержатся дан­ ные для полной характеристики фотометров.

ТАБЛИЦА 3.12~- С В О Й С Т ВА Ф О Т О М Е Т Р О В (В Д О П О Л Н Е Н И Е К П РИ ВЕД ЕН Н Ы М В Т А Б Л. 3.1 2 -2 ), К О Т О Р Ы Е М О ГУ Т В Ы Т Ь О Х А Р А К Т Е Р И З О В А Н Ы Ч И С Л ЕН Н О Характеризую тся Х арактеризую тся инте­ инте­ Свойства Свойства функ­ гральной функ­ гральной погреш­ погреш­ цией цией ностью ностью.— UX) Прочность против пе­ Нелинейность h(Y) /з -- ререгулирования Показывающий при­ / бор — Усталость Крест-фактор С Ш /б — Температур ная зави­ МТ) симость Время срабатывания *(ДК) ^тпах а Температурный коэф­ — — Погрешность согла­ фициент /и — Диапазон частотной сования М) модуляции Продолжительность нижняя предель­ — — Тw /и ная частота прогрева верхняя предель­ — /о ная частота Диапазон допустимого напряжения питания Продолжительность работы (приборов, питаемых от аккумуляторных батарей) Влияние рабочего положения ТАБЛИЦА 3. 12— Д ругие признаки фотометров — Старение — Дрейф нуля — Влияние посторонних магнитных полей — Оборудование, например:

возможность отсчета в темноте автоматическое переключение диапазонов измерения наличие цифрового вывода данных и (или) аналогового вывода работа фотометра и от сети, и от встроенной батарейки переносность (масса, размеры) возможность пространственной ориентации, например наличие уровня для индикации горизонтального положения, перестраиваемых ножек для головки фотометра возможность насаживания на штатив или помещения в карданиую подвеску приставки Е г или Е 0 для измерения цилиндрической или пространствен­ ной освещенности к измерительной освещенности: дополнительная фотометрическая го­ ловка для измерения яркости к измерителям яркости: дополнительная фотометрическая головка для измерения освещенности — Интервал времени для повторной градуировки ТАБЛИЦА 3.12 — Данные для характеристики фотометров — Наименование и назначение — Диапазон измерения (наименьшее и наибольшее значения измеряемой величины) — Указание погрешности или значений по табл. 3.12— 2 и — Указания по пунктам согласно табл. 3.12— 3.1 2.4. Светочувствительные приемники Светочувствительным приемником называется конструктивный элемент, который каким-либо образом показывает действие света на него. В фотометрии в качестве светочувствительных приемни­ ков в настоящее время применяют почти исключительно фотоэлек­ тронные модули или тепловые приемники излучения (физическая фотометрия). Свойства, важнейшие для фотометрии, характе­ ризуются преимущественно следую­ ре щими величинами [191:

— интегральной (абсолютной) чувствительностью s;

— относительной спектральной чувствительностью s (Я)отн;

— светочувствительной поверх­ ностью А;

Рнс. 3.1 2 — 1. Схема включения вен­ — темновым током /0. тильны х фотоэлементов с коротким В прецизионной фотометрии в замыканием ( J ? — входное сопро­ настоящее время применяют в. пер­ тивление;

— сопротивление от­ рицательной обратной связи ;

А — вую очередь кремниевые фотоэлемен­ усиление холостого хода;

R g — ты или фотоумножители. Кремние­ = прн А » !) вые фотоэлементы могут быть очень хорошо приспособлены [2 0 ] к функции V (Я), при работе в режи­ ме короткого замыкания (рис. 3.1 2 — 1) они показывают линейную зависимость между фототоком и освещенностью и ие проявляют усталости.

Фотоумножители более чувствительны, чем кремниевые фото­ элементы. Однако при более значительных фототоках они показы­ вают усталость, их характеристика не является строго линейной.

Поэтому от применения фотоумножителей по возможности отка­ зываются и применяют фотоэлементы.

Кроме того, имеется большое число и других фоточувствитель ных приемников, которые, однако, лишь редко применяются в пре­ цизионной фотометрии [21— 2 4 ]:

— фотоэлементы;

— фоторезисторы;

— фотодиоды;

— фотодуодиоды (двойные фотодиоды);

Ю П/р П - П р оф о са, т. 3.

— фототиристоры;

— фототранзисторы;

— фототранзисторы с эффектом поля (внешним фотоэффек­ том).

Д л я радиационнофизических измерений по интегральному способу применяют термопары, болометры, а в последнее время все чаще пироэлектрические приемники [2 5 ].

3.1 2.5. Измерение освещенности Приборы для измерения освещенности (люксметры) должны в пер­ вую очередь удовлетворять требованиям хорошего приспособле­ ния к функции чувствительности V (X) и обеспечивать правиль­ ную оценку падающего излучения в соответствии с косинусом угла его падения. В табл. 3.1 2 — 6 приводится предложение по классификации приборов, измеряющих освещенность [2 6 ]. В на­ стоящее время в продаже имеются хорошие приборы для изме ТАБЛИЦА 3,1 2— П Р Е Д Л О Ж Е Н И Е ПО П Р Е Д Е Л Ь Н Ы М П О ГР ЕШ Н О С Т Я М ПО О Т Д Е Л Ь Н Ы М П РИ ЗН А К А М И ПО СУМ М А РН Ы М П Р Е Д Е Л Ь Н Ы М П О ГР Е Ш Н О С Т Я М П Р И Б О Р О В Д Л Я И З М Е Р Е Н И Я О С В Е Щ Е Н Н О С Т И КЛАССОВ L, А, В И С Предельные погрешности для измерительных Обозначение приборов класса Признак погреш­ ности в с L А Коррекция по видности V (А,) 3 6 1, / l. % Ультрафиолетовая чувствительность 0,2 и, % Инфракрасная чувствительность 0,2 1 2 Г, % *% Правильность оценки по косинусу 1,5 % угла ** Оценка для Е0 10 /а,о» % * Оценка для E z 5 /г. г» % ** Оценка для Е гд 5 f%,zh % Погрешность нелинейности 0,2 1 /г, % Погрешность показывающего прибора 0,2 7, 3 4, U. % 0,1 0, а, %/К Температурный коэффициент Усталость 0,5 ОД /в, % Модулированный свет 0, % 0,1 0, Погрешность согласования 0,5 0, fit. % 3 *з 20 * 5 ** Суммарная погрешность * ! 10 *« /общ» % Нижняя предельная частота 40 40 40 fu, Гц Верхняя предельная частота 10s 10? 10 /о. Гц * 1 Если измерение приборами к л эссэ L приводится не при перпендикуляриом падении света, то нх предельные погрешности будут соответствовать кл ассу А. * * В сум­ марную погрешность включена неточность эталона, применявшегося при градуировке (согласно сертификату о его испытании);

см. D IN 5032, часть 6 (в настоящее время про* ект), раздел по условиям калибровки. ** Сумма погрешностей, получающ ихся в при­ боре ft, и, г, fif f з, а - 2 К, fi, U» f i u я неточности градуировки эталона. Сумма погрешностей, получающ ихся в приборе f x, и, г, fa, } t, а * 1 0 К, /», h, fu? и не­ точности градунровкн эталона.

ТАБЛИЦА 3.12 — П Р Е Д Л О Ж Е Н И Е ПО П Р Е Д Е Л Ь Н Ы М П О ГР ЕШ Н О С Т Я М ПО О Т Д Е Л Ь Н Ы М П РИ ЗН А К А М И ПО СУМ М А РН Ы М П Р Е Д Е Л Ь Н Ы М П О ГР ЕШ Н О С Т Я М П Р И Б О Р О В Д Л Я И З М Е Р Е Н И Я Я Р К О С Т И КЛАССОВ L, А, В И С Предельные погрешности для измерительных Обозначение приборов классе Приэнэк погрешности L в с А Коррекция по видности V (А) 2 6 к, % Ультрафиолетовая чувствительность 0,2 1 2 и, % 1 Г, % Инфракрасная чувствительность 0,2 2 6 Пространственная оценка и (8), % 1 Влияние яркости окружающей среды 1,5 (и), % /а 0,2 1 Погрешность нелинейности /а. % Погрешность показывающего прибора 0,2 4,5 7, и, % 0,2 Температурный коэффициент а, %/К 0, од 1 Усталость 0, /bi % 0,1 0, Модулированный свет 0, Ь’ ъ 0,2 Погрешность поляризации 1 f» А Погрешность согласования 0, 0, flit ^ Погрешность фокусировки 0,4 1 1, /«. % Суммарная погрешность * 1 5 *а 7,5 * 3 10 * а 2 0 *»

/общ % Нижняя предельная частота 40 40 40 /ц, 1 Ц Верхняя предельная частота 10ь 10ь 10* /о Гц В суммарную погрешность включена неточность эталона, применявшегося при градуировке (согласно сертификату о его испытании);

см. D IN 5032, часть 6 (в настоя­ щее время проект), раздел по условиям калибровки. * * Сумма погрешностей, получа­ ющихся в приборе и, г, f, (g), f, (и), f t, f t, а - 2 К, ft. fi, f t. f u. fit. и неточности, градуировки эталона. * * Сумма погрешностей, получающ ихся в приборе f t, и, г, ft (g), ft ( “ ). ft. ft. “ ЮК, ft, ft, f t, f u, fit. и неточности грэдуировки эталона.

рения освещенности классов А и L с диапазонами измерения от 1 (Г 4 до 2 - 1 0 6 лк.

Измерение цилиндрической и полуцилиндрической освещен­ ности возможно с применением специальных приставок [2 7 ].

В числе некоторых изготовителей приборов для измерения ос­ вещенности можно, например, назвать фирмы M etraw att, Гос сен;

LM T L ichtm efitechnik B erlin, Зап. Берлин;

O ptronik, E G a.G ;

U D T, США;

M inolta, Япония.

3.1 2.6. Измерение яркости Между освещенностью Е на светочувствительной поверхности приемника и распределением яркости L имеется следующая вза­ имосвязь:

Е = ^ L -d Q c o s e 2, (Я) где е2 — угол падения света, элементарный телесный угол.

— dQ !0 * При ограниченном телесном угле Q, в пределах которого свет может падать на приемник, средняя яркость в пределах этого угла может быть определена как отношение L = E/Q.

Среднюю яркость L в каком-либо направлении можно полу­ чить такж е и как отношение силы света / в данном направлении к площади светящейся поверхности, «видимой» (проектируемой) с данного направления Л пр:

I = /Мир В табл. 3.1 2 — 7 приводится предложение по классификации приборов для измерения яркости — яркомеры [2 6 ].

В настоящее время в продаже имеются хорошие измерители яркости с углами обзора (измерительного поля) 2 — 3° или более и с высокой чувствительностью. В числе изготовителей могут быть названы, например, фирмы H agner, Стокгольм (Ш веция);

Photo­ research Согр, Голливуд (США);

Rosenhagen, Гамбург;

U D T *, США;

L ich tm efltech n ik B erlin, Зап. Берлин;

Bruel & K jaer, Д ания;

TOPCON, Япония;

M inolta, Япония.

3.1 2.7. Измерение силы света и распределения силы света 3.1 2.7.1. Е Д И Н И Ц Ы СИЛЫ СВЕТА Единицей силы света является кандела (кд) [3 ], которая как одна из семи основных единиц системы СИ [28] определяется сле­ дующим образом:

кандела — это сила света в определенном направлении неко­ торого источника излучения, испускающего монохроматическое излучение с частотой 5 4 0 - 1012 Гц, мощность которого в данном направлении составляет 1/683 ватта на стерадиан (Вт/ср).

Д л я воздуха при нормальных условиях частота 5 4 0 - 10й Гц соответствует длине волны X — 555 нм. Единица силы света рас­ пространяется как на фотопическую область, так и на скотопиче скую и мезопическую области.

3.1 2.7.2. П РИ Н Ц И П Ы И ЗМ ЕРЕН И Я [29] Силу света можно определить путем измерения освещенности и расчетом по фотометрическому закону изменения освещенности с расстоянием или интегрированием распределения измеренной яркости.

* United D etector Technology.

3.12.7.2.1. Фотометрический закон изменения освещенности с расстоянием Согласно этому фотометрическому закону сила света по направ­ лению на освещенный элемент поверхности описывается выраже­ нием 1 = -/-2 со8 - 1е2 2|Г\ где Е — освещенность элемента поверхности;

г — расстояние между источником света и освещенным элементом поверхности;

е2 — угол падения света на освещенный элемент поверхности;

Q0 — телесный угол в один сте- 1 r_ _ J радиан (I ср).

Фотометрический закон вли­ яния расстояния справедлив с достаточной точностью только для расстояний г, превышающих предельно допустимое расстоя­ ние фотометрирования. Это пре­ Рнс. 3.1 2 — 2. Схема измереиня силы света:

1 — черный фон;

2 — и с т о ч н и к света;

3 — дельное расстояние зависит от экраны-диафрагмы;

4 — поверхность вхо­ да света — допускаемой погрешности измерения;

— наибольшей протяженности источника света;

— пространственного распределения яркости источника света;

— распределения яркости на поверхности источника света в рассматриваемом направлении;

— величины площади входного отверстия для света в фото­ метрической головке прибора для измерения освещенности (люк­ сметра);

— пространственного и местного распределения чувствитель­ ности фотометрической головки.

Д л я круглого (дискового) источника света постоянной яркости (ламбертовского источника света) предельное расстояние фотоме­ трирования при допускаемой погрешности 0,2 5 % составляет Ю диаметров светящ ейся поверхности. При пикообразном рас­ пределении яркости (в случае прожекторов) предельное фотоме­ трическое расстояние будет гораздо больше [30, 3 1 ].

При определении яркости по фотометрическому закону изме­ нения освещенности с расстоянием нужно не допустить попадания Постороннего света в фотометрическую головку (рис. 3.1 2 — 2).

3.12.7.2.2. Интегрирование распределения яркости Яркость можно определить такж е интегрированием ее распреде­ ления \ L (e 1)d A 1 c o se i, /= И.) где I — яркость в заданном направлении;

А г — площадь светя­ щейся поверхности с элементом площади dA t;

L (б!) — яркость элемента площади dAt в направлении, в котором нужно опреде­ лять яркость источника света (в направлении ех);

ех — угол излу­ чения элемента площади йА г между нормалью к его поверхности и направлением, в котором нужно определять яркость /.

Д л я определения силы света путем интегрирования яркости нужно применять специальные фотометрические головки. На рис. 3.1 2 — 3 показана фотометрическая головка с одной линзой [321.

Вместо одной отдельной лин- / I зы могут быть применены и не- ! j ! j сколько параллельно поставлен- ! ! ных линз [3 3 ]. ] | j ! j.

Д л я измерения силы света i i ! | I протяженных источников света j | ! [ Рис. 3.1 2 — 3. Фотометрическая головка 6 Рио. 3.1 2 — 4. Ф отометрическая головка линзой для измерения силы света путем для интегрирования яркости:

интегрирования яркос»и (D d — r a / f ): 1 — светильник;

2 — тубусы ;

3 — парал 1 — источник света (с наибольшим разме- лельно включенные яркомеры ром D);

2 — линза (с диаметром d );

3 — по­ верхность входа света (окно или диафраг­ ма с размером а) можно применять фотометрическую головку, принципиальная схема которой показана на рис. 3.1 2 — 4 [3 4 ].

3.1 2.7.3. И З М Е Р И Т Е Л Ь Н Ы Е У С ТРО Й С ТВА Д л я определения распределения силы света обычно применяют следующие распределительные устройства:

а. Гониофотометр с вращгнием источника света. При этом источник света вращается как вокруг вертикальной, так и вокруг горизонтальной оси. П оскольку распределение света у большин­ ства ламп зависит от их положения, а иногда и от температуры, для более точных измерений такой способ можно рекомендовать лишь с оговорками. Однако он пригоден для измерений на лампах накаливания и на люминесцентных светильниках (лампах днев­ ного света), в последнем случае при использовании вспомогатель­ ного приемника, ж естко соединенного с источником света (учет коэффициента коррекции).

На рис. 3.1 2 — 5 показаны принципиальные схемы гониофото­ метров для измерения распределения яркости [2 9 ].

б. Гониофотометр с подвижной фотометрической головкой.

При этом источник света вращают вокруг вертикальной оси, а фотометрическую головку — вокруг горизонтальной. Вместо этого можно применить такж е большое число приемников, расположен ф А Рис. 3.1 2 —5. Гоииофотометр со светильником н напра­ вляющим отражателем:

а — вертикальная ось неподвижна» горизонтальная ось подвижна;

б вертикальная ось неподвижна, горизон­ тальн ая о сь подвижна;

в — горизонтальная ось непод ви ж ва;

подвижная ось располагается перпендикулярно к ней;

I — источник света;

2 — фотометрическая головка ных на вертикальной плоскости. На рис. 3.1 2 — 6— 3.12 — 8 по­ казаны различные формы исполнения гониометров такого рода.

CD I Рис. 3.1 2 — 7. Гониофотометр с подвижной фо­ Рис. 3.1 2 — 6. Гоииофотометр с под­ тометрической головкой (фотометрическая го­ вижной фотометрической головкой (вра­ ловка 2 дви ж ется вокруг источника света 1 по щающейся вокруг горизонтальной окружности» не имея о ним прямой механиче­ оси):

ской связи ) / — источник ввета;

2 — фотометриче­ ская головка в. Гониофотометр с вращающимся зеркалом. У этого гонио­ фотометра источник света вращается вокруг вертикальной оси, а зеркало — вокруг горизонтальной. Фотометрическая головка находится в неподвижном положении (рис. 3.12— 9).

Способы измерения б и в принципиально равноценны. При измерении по способу б для интегрирования распределения яр­ кости следует применять одну фотометрическую головку или ж е при больших расстояниях между фотометрической головкой при Рис. 3.1 2 — 8- Гониофотометр с подвижной фотометрической головкой;

а — движение фотометрической головки и измеряемого объекта по окружности в в ер ти ­ кальной плоскости;

6 — движение фотометрической головки по горизонтальной и в е р ­ тикальной линиям;

1 — источник света;

2 — фотометрическая головка;

3 — н ап равле­ ния ее движения бора для измерения яркости и источником света измерения нужно поэтому проводить в двухмерном большом объеме. Гониофото­ метр с вращающимся зеркалом более сложен в механическом от Рис. 3.1 2 — 9. Гониофотометр с вращающимся зеркалом:

1 — источник света;

2 — его держ атель;

3 — зеркало;

4 — оптическая ось;

5 — диаф­ рагмы;

6 — фотометрическая головка ношении, но (особенно при соответствующем качестве зеркала) для него требуется большое пространство только в одном направ­ лении. Обычно применяют расстояние между вертикальной осью вращения источника света и приемником порядка 15— 25 м.

При измерении распределения силы света в общем случае нужно измерять два угла. Обычно применяются устройства для измере­ ния углов с разрешающей способностью 0, 1°.

3.1 2.7.4. П Р Е Д С Т А В Л Е Н И Е Р Е З У Л Ь Т А Т О В И ЗМ Е Р Е Н И Я Пространственное распределение силы света может быть пред­ ставлено (в виде кривых распределения силы света) в различных системах плоскостей или поверхностей (рис. 3.1 2 — 10):

Рис. 3.1 2 — 10. Системы плоскостей А, Б и В :

/ — ось вращения;

2 — ось светильника;

3 — кривая распределения силы света — в системе плоскостей А;

— в системе плоскостей Б ;

— в системе плоскостей В ;

— в виде диаграммы с изоканделами (рис. 3.12- - 1 1 ).

В каждой из трех вышеназ­ Ж ванных систем плоскостей яр­ У 7Т кость света изображается в де­ / / ! n rv \ картовой или полярной системах / / \ \,\ координат. Первое представле­ / / т / / / \\ \ ние лучше подходит для рас­ / — г+ --- r-i----7 Г шифровки (численных оценок), второе характеризуется боль­ шей наглядностью.

3.1 2.8. Измерение светового потока [14, 35] Д л я измерения светового по­ тока имеются различные спо­ собы: Рис. 3.1 2 — 11, Диаграмма иэокандел (к р и ­ — расшифровка распределе­ вых равной силы света) ния яркости;

— расшифровка распределения освещенности;

— измерение при помощи светомерного шара (сферического фотометра Ульбрихта);

— относительное измерение по измеренным значениям осве­ щенности, яркости или силы света.

3.1 2.8.1. РА СШ И Ф РО ВКА ПО Р А С П Р Е Д Е Л Е Н И Ю Я РК О С ТИ По пространственному распределению яркости можно рассчитать световой поток Ф согласно формуле J I-dQ, Ф= ( 4 « Ср) где I — яркость в направлении dQ;

dQ — элемент телесного угла;

(4я ср) — указание по интегрированию в пределах телесного угла (4я стерадиан).

Распределение яркости можно установить при помощи гонио­ фотометра согласно разделу 3.1 2.7.

3.1 2.8.2. РА СШ И Ф РО ВКА ПО Р А С П Р Е Д Е Л Е Н И Ю С И Л Ы СВЕТА Путем обработки данных о распределении освещенности можно определить световой поток Ф согласно уравнению где Е — освещенность элемента площади dA;

А — поверхность, охватывающ ая источник света (обычно сферическая).

Распределение освещенности можно изимерить с помощью го­ ниофотометра, когда приемник движ ется на сравнительно неболь­ шом расстоянии — не превышающем предельного фотометриче­ ского расслоения— вокруг источника света. Применяют следую­ щие разновидности таких гониофотометров;

— гониофотометр с неподвижно расположенным источником света [3 6 ];

— гониофотометр с вращением источника света вокруг верти­ кальной оси с неподвижно расположенным световым центром источника света (рис. 3.1 2 — 13);

— гониофотометр с источником света, вращающимся вокруг вертикальной оси, причем световой центр источника света тоже перемещается (рис. 3.1 2 — 12 [3 7 ]).

На практике используют следующие возможности измерения распределения освещенности:

— непрерывное измерение на одной линии на поверхности сферы вокруг источника света (спиральный способ, рис. 3.1 2 — {38 ]);

— непрерывное измерение при постоянном угле возвышения по полному углу азимута (0 — 2 я) и при поэтапном изменении угла возвышения;

— непрерывное измерение в вертикальной плоскости при по­ этапном изменении угла азимута;

— поэтапное изменение угла азимута и угла возвышения при неизменном в каждом случае положении фотометрической го­ ловки или источника света.

Особое значение здесь имеет стабильность механической части и качество люксметра, примененного для измерения яркости.

Обычно результаты измере­ ний передают прямо в ЭВМ и там обрабатывают по осо­ бым программам. Определе­ ние светового потока путем расшифровки данных о рас­ пределении освещенности еле-, к-/? Л?

дует считать базовым (основ- г ным) методом.

Рис. 3.1 2 — 13. Спиральный метод определения Рис. 3.1 2 — 12. Гоииофотометр с источ­ светового потока по распределению освещен­ ником света, вращающимся вокруг вер* ности с непрерывным движением фотометриче­ тнкальной оси и с локально переме­ щаемым световым центром: ской головки:

1 — источник света;

2 — спираль считывания;

/ — источник света;

2 — ось враще­ ния;

3 — фотометрическая головка 3 — приемник 3.1 2.8.3. И З М Е Р Е Н И Е ПРИ ПОМОЩИ С В Е Т О М Е Р Н О ГО Ш АРА Если источник света помещен в светомерный шар — сферический фотометр [1 4 ], то его световой поток может быть рассчитан по косвенной освещенности поверхности сферы К0Св согласно фор­ муле Ф = Косв [(1 — р ) / р М, где р — коэффициент отражения стенки шара, А — площадь по­ верхности шара.

Стенка шара должна отражать полностью рассеянно и аселек тивно (неизбирательно). Рекомендуется степень отражения стенки шара р « 0,8. На рис. 3.1 2 — 14 показано устройство светомер­ ного шара Ульбрихта, в котором источник света размещается в центре шара. В случае источников света с «пиковым» распреде­ лением силы света применяется устройство, показанное на рис. ЗЛ 2— 15. В обоих случаях должно быть предотвращено пря­ мое освещение фотометрической головки, которая встраивается в стенку шара заподлицо;

это достигается при помощи экрана.

Измерения с помощью вспомогательной лампы позволяют устра­ нить влияние постороннего света. Светомерный шар следует гра­ дуировать при помощи нормалей светового потока, которые должны иметь по возможности такое ж е пространственное и спектральное распределение светового потока, как и измеряемый объект. Свето­ вой поток источника света может быть рассчитан по четырем из­ мерениям косвенной освещенности по формуле Фх == &N (EX/EN)'(EHn/ЕИх)I Рис. 3. 1 2 — 14. Схема измерения све- Ри с. 3.1 2 — 15. Светомерный шар Ульбрих тового потока в светомерном шаре та д л я измерения светового потока источ Ульбрнхта: инков света с острым распределением силы F — окно;

S — экран;

L — источник света:

света;

Н — вспомогательная лампа F — окно;

S — экран;

L — источник све­ та;

U — стен ка шара где Ф * — световой поток объекта измерения;

Ф у — световой по­ ток эталонной (нормальной) лампы;

EN — эталонная лампа вклю­ EHN — эталонная чена, вспомогательная лампа выключена;

лампа выключена, вспомогательная лампа включена;

ЕНх — из­ меряемый источник света выключен, вспомогательная лампа включена;

Е х — измеряемый источник света включен, вспомога­ тельная лампа выключена.

При прецизионных измерениях можно исключить влияние спектральной степени отражения окраски шара путем спектраль­ ных измерений [3 9 ]. Измерения светового потока при помощи светомерного шара проводятся преимущественно для производ­ ственного контроля.

3.1 2.9. Измерения ламп 3.1 2.9.1. О БЩ И Е У С Л О ВИ Я 16] 3.12.9.1.1. Режим работы измеряемой лампы Лампы должны работать и измеряться в нормированном (унифи­ цированном) режиме. Д л я обеспечения достаточной воспроизводи­ мости результатов измерения необходимо подвергнуть лампу со­ ответствующему старению (предварительному горению). Должно быть указано положение горения лампы. Температура окруж аю ­ щего воздуха должна обычно составлять (25 ± 1) °С. Д о начала измерения лампа должна быть включена на время, достаточное для достижения ею конечного состояния, соответствующего ее рабочему режиму.

3.12.9.1.2. Электрические измерения При работе ламп на постоянном токе обычно можно проводить более точные измерения, чем в случае питания переменным то­ ком. Должно быть согласовано, на какие электрические пара­ метры должна выполняться настройка (напряжение, сила тока, мощность). Эти величины следует поддерживать постоянными, особенно при измерениях ламп накаливания. Класс точности применяемых электрических приборов должен быть 0,2 или выше.

3.1 2.9.2. И З М Е Р Е Н И Я ЛАМП Н А К А Л И ВА Н И Я 140] Д о начала измерения лампы накаливания должны быть доста­ точно остарены и обычно должны гореть не менее 5 мин. Темпера­ тура окружающей среды не играет почти никакой роли. В лампах, рассчитанных на низкое напряжение и высокую силу тока, на­ стройка на силу тока обычно дает меньшую погрешность, чем на­ стройка на напряжение.

3.1 2.9.3. И З М Е Р Е Н И Я ГА ЗО РА ЗРЯД Н Ы Х ЛАМП [41] Осветительные газоразрядные лампы следует до измерения под­ вергнуть ЮО-ч старению, а перед началом каждого измерения их следует предварительно включать по крайней мере на 10 мин.

Д л я газоразрядных ламп низкого давления особое значение имеет постоянство температуры окружающей среды. Пуско-регулирую щее устройство, применяемое при измерении, должно удовлетво­ рять требованиям инструкции [4 2 ]. Предпочтительнее применять эталонное пуско-регулирующее устройство. Частота напряжения питания может отличаться от частоты, на которую рассчитано П Р У, не более чем на ± 0, 5 %. Содержание верхних гармоник в напряжении питания не должно превышать 3 %. Показания электрических приборов должны по возможности не зависеть от частоты и формы кривой напряжения. Цепи напряжения измери­ тельных приборов, включаемых параллельно лампе, не должны потреблять более 3 % номинального рабочего тока лампы. Д ля фотометрических измерений по методу сравнения и измерения эталонных (нормальных) ламп рекомендуется применять на­ стройку на номинальную мощность [6 ].

3.1 2.1 0. Измерение светильников [8, 4 3 — 46] Критическими величинами для светотехнической оценки светиль­ ников являю тся в первую очередь пространственное распределе­ ние силы света и их коэффициент полезного действия.

3.1 2.1 0.1. РА БО Ч И Й КО ЭФ Ф И Ц И ЕН Т П О Л Е ЗН О ГО Д Е Й С Т В И Я С В Е Т И Л Ь Н И К А Д л я определения рабочего к. п. д. светильника r\LB с определен­ ным комплектом ламп рассчитывают отношение светового потока (^l). выходящего из светильника при температуре окруж аю ­ щей среды tL, к сумме световых потоков 2 Ф, которые испускают все лампы по отдельности при тех температурах i, при которых изготовитель указы вал данные о светодаче этих ламп:

Чьв = Фl (k)/2 Ф.

Как правило, измерения проводят при температуре окруж аю ­ щей среды вокруг светильника, равной (25 ± 2) °С. Световой по­ ток отдельно горящих ламп измеряют в неподвижном воздухе при той температуре окружающей среды и при том положении лампы, которые были положены изготовителем в основу приво­ димых им значений номинальных значений. В случае потолочных и угловых светильников иногда может потребоваться вспомога­ тельный потолок или вспомогательный потолок с серой матовой окраской (с коэффициентом отражения р = 0,6).

3.1 2.1 0.2. К О ЭФ Ф И Ц И ЕН Т С В Е Т О В О Г О ПОТОКА П У С К О -Р Е ГУ Л И Р У Ю Щ Е ГО У С ТРО Й С ТВА При измерениях рабочего к. п. д. влияние пуско-регулирующего устройства не учитывается. Это влияние может быть учтено при помощи коэффициента светового потока П Р У (отношения балласт/ свет):

h ~ Фсог/Фге/ где ФР0Г — световой поток лампы со своим собственным П Р У ;

Фге/ — световой поток лампы при работе с эталонным (сравни­ тельным) П Р У.

Эталонные П Р У предлагаются для всех газоразрядных ламп, имеющихся в продаже. С применением этих П Р У изготовители измеряют световой поток своих ламп. К такому П Р У относятся и приводимые данные о номинальном световом потоке ламп.

3.1 2.1 0.3. Р А С П Р Е Д Е Л Е Н И Е СИЛЫ СВЕТА Распределение силы света светильников обычно измеряют при температуре окружающей среды (25 ± 2) °С. Д л я получения пред­ ставительных результатов измерений на светильниках с люминес­ центными лампами лампы и П Р У для них следует выбирать так, чтобы мощность ламп при номинальном напряжении и отдельном их горении отличалась бы от номинальной не более чем на ± 5 % [61.

3.1 2.1 0.4. Р А С П Р Е Д Е Л Е Н И Е ЯРК О С ТИ Д ля оценки ограничивающих диафрагм используют распределе­ ние средней яркости светильника. Средняя яркость светильника в определенном угле излучения может быть определена как отно­ шение силы света в этом направлении к видимой площади светя­ щейся поверхности.

Максимальную яркость светильника можно определять ярко мером [6 ].

3.1 2.1 0.5. И З М Е Р Е Н И Е П РО Ж ЕКТО РО В [46, 4 7 ] В прожекторах основной интерес представляют максимальная сила света и ее распределение. Фокусирование света прожекто­ ром обычно характеризуется углом половинного рассеяния 61/ или углом рассеяния до одной десятой б^ю- На границах этого угла сила света равна половине или десятой доле расчетного значения (обычно максимальной силы света).

Ввиду -обычно пикового (острого) распределения силы света предельное расстояние фотометрирования в прожекторах обычно велико. Д ля определения силы света определяют освещенность Е на различных расстояниях г до выходной поверхности (крышки) прожектора. Если произведение Ег2 при изменяющемся расстоя­ нии г монотонно стремится к некоторому постоянному значению, то это значение и будет силой света прожектора /:

I — lim Er2Qo1* Л-*-СО 3.1 2.1 1. Светотехнические характеристики материалов [10, 4 8 ] Светотехнические характеристики описывают светотехниче­ ские свойства материалов. Они могут зависеть от следующих фак­ торов:

— спектрального состава излучения;

— характера поляризации излучения;

— характера падения света;

— направления излучения;

— относительной спектральной чувствительности оценивае­ мого приемника [при светотехнических характеристиках с кор­ рекцией по степени видности У (Я)].

3.1 2.1 1.1. И З М Е Р Е Н И Е К О Э Ф Ф И Ц И ЕН ТО В О Т Р А Ж Е Н И Я И П РО П У С КА Н И Я 149] Коэффициент отражения р (и коэффициент пропускания т) представляет собой отношение отраженного Ф р (и соответственно пропущенного Фт) светового по тока к световому потоку, па­ дающему на тело:

р = Фр/Ф;

т = Ф т/Ф.

Д ля измерения р и т чаще всего применяют светомерный шар Ульбрихта (рис. 3.12— 21).

Д ля измерения р необходим от­ ражательный эталон (обычно пластинка из прессованного по­ рошка B a S 0 4 [50]) с известным (стандартным) значением рст.

Диаметры отверстий 1-5 Значение р получают по трем d, % 0,1В измерениям при расположении йг « 0,1 D приемника на измерительном от­ d} « 0,1В верстии 5 при падении света =? 0,02 В й5 ^ 0,02 В через отверстие 2. Искомый коэффициент отражения полу­ чают по трем измерениям осве­ щенности:

Ех — при падении света на испытуемый об­ разец, находящийся в окне 2 (отраж а­ тельный эталон при этом находится в окне 3);

Ест — при падении света Рис. 3.1 2 — 16. Светомерпый шар Ульбрих­ та для измерения коэффициентов отраже­ на отражательный ния р, и пропускания т, xd, А— эталон, находящий­ вид в плане;

Б — вид спереди (разрез);

D — диаметр светомерного шара;

1 — эк­ ся в окне 2 (ис­ ран;

2 — рассеивающий диск;

rf*—d 6 — пытуемый образец в диаметра отверстий (окон) 1— 5 (см. текст) окне 3);

расс — при падении света на свободное окно 2 (эталонный отражатель при этом располагается в окне 3).

Значение р рассчитывается по формуле \{ЕХ -'расе:)] Р ст *расс;

)/ ( с Коэффициент пропускания т определяют по двум измеренным значениям освещенности приемника в измерительном окне при входе света через окна (отверстия) 2 или 4:

Ех — при падении света на испытуемый образец, находящийся в отверстии 2 (окно 3 открыто);

Е0 — при падении света на свободное окно 2 (образец при этом находится в окне 3).

Величину т определяют как отношение:

т = E J E 0.

При диффузном (рассеянном) падении света из полупростран­ ства требуются измененные измерительные устройства [5 0 ].

Особые измерительные устройства необходимы такж е для опреде­ ления коэффициентов направленного пропускания рг и отраже­ ния тг [5 1 ].

Особые мероприятия приходится проводить такж е и при измерении толстых образцов, рассеивающих свет [5 3 ].

3.1 2.1 1.2. И З М Е Р Е Н И Е РА ССЕИ ВА Ю Щ ЕЙ СПОСОБНОСТИ, П О Л О ВИ Н Н О ГО У ГЛ А И К О ЭФ Ф И Ц И ЕН ТО В Я РК О С ТИ [10, 4 8 ] Рассеивающая способность а определяется как отношение сред­ него арифметического значения яркостей, измеренных под у г­ лами выхода света ех = 20° (L20) и ех = 70° (L 70), к яркости, из­ меренной под углом ех = 5° (L 5) к нормали, в предположении, что свет падает по нормали:

а = (Laj -f~ L W)/2L6.

Величину а определяют путем измерения трех вышеупомяну­ тых яркостей. Эти три яркости могут быть измерены непосред­ ственно одним яркомером или рассчитаны по освещенности Е&, измеренной на расстоянии г от испытуемого образца, превышающим минимальное расстояние фотометрирования:


Lь = Et'r* A cos 8Х Q0 ’ где А — площадь светящейся поверхности испытуемого образца.

Половинным углом 7 называют такой угол выхода света ех, при котором яркость Ly равна половине яркости L 0 рассеянного отраженного света з направлении е.г при перпендикулярном па­ дении света на испытуемый объект:

Ly 0,5Z*q.

Угол 7 определяют по распределению яркости образца.

Коэффициент (фактор) яркости р понимается как отношение яркости L испытуемого образца при выходе света под углом в!

к яркости Lw идеально диффузной белой (матовой) поверхности при том ж е угле падения на нее света:

Р = Ц 1 т.

Д л я измерения коэффициента Р необходим стандарт (эталон) белизны, например, в виде прессованной таблетки B a S 0 4 [5 1 ].

Измерения проводят одним яркомером.

Коэффициент яркости q представляет собой отношение яркости L испытуемого образца при угле выхода света ех к освещенности Е образца:

q L IE.

= Д ля определения коэффициента яркости q нужно измерять яркость и освещенность. Фактор и коэффициент яркости р и q связаны между собой соотношением Р = nQ0q, где Q0 — единичный телесный угол, равный одному стерадиану О ср).

3.1 2.1 1.3. И З М Е Р Е Н И Я С ВО Й СТВ О ТРА Ж А Ю Щ И Х М А Т Е РИ А Л О В И О ТРА Ж А ТЕЛЕЙ Отражатели характеризуются отражательной способностью R, а отражающие материалы — удельной отражательной способ­ ностью R' [10, 48, 5 4 ]. Величина R определяется как отношение силы света /Е, отраженной в заданном направлении, к освещен­ ности в месте нахождения образца Е ±, измеренной по направлению, перпендикулярному к выходу света:

R = U E ±.

Удельная отражательная способность R ’ относится к оценивае­ мой площади поверхности А отражающего материала:

R' = I J ( E ± - A ).

Д л я разных целей применения установлены определенные тре­ бования к величине R [5 5 ]. Отражательную способность R опре­ деляют путем измерения двух освещенностей. Ввиду острой инди­ катрисы отражения необходимо, чтобы четыре плоских угла об­ зора между образцом и источником света или приемником были не более 10'. Образец должен быть освещен равномерно.

3.1 2.1 2. Радиометрия [25, 5 6 ] При измерениях лучистого потока определяют интенсивность облучения какого-либо неселективного приемника (часто термо­ паре);

в некоторых случаях должна быть применёна неселектив­ ная косинусная приставка. Приемник градуирует при помощи излучателя с известной силой излучения 1е или интенсивностью излучения Ее (например, эталонного ультрафиолетового излуча­ теля). Вместо эталонного излучателя для градуирования можно применять лампу с известной силой света и известной функцией излучения (спектральным относительным распределелением энер­ гии). Пересчет делается по формуле оо J Sxd% С С О С ^ е ~ К ’ Km f SbV(X)dX где Кт — максимальное значение светового эквивалента лучи­ стого потока;

К — световой (фотометрический) эквивалент слож ­ ного излучения;

S л — спектральное относительное распределе­ ние энергии эталонного излучателя.

Интенсивность облучения (облученность) можно измерить такж е селективным приемником (например, люксметром), если для градуировки этого приемника был применен источник с тем ж е спектральным относительным распределением энергии S л, как и у измеряемого излучения.

3.1 2.1 3. Спектральные световы е измерения [5 7 ] 3.1 2.1 3.1. С П Е К Т Р А Л Ь Н О Е Р А ЗЛ О Ж Е Н И Е Д л я спектральных измерений излучение нужно спектрально раз­ ложить. Д ля этого применяют монохроматоры с призмами, моно­ хроматоры с решетками и монохроматоры типа фильтров (с ин­ терференционными фильтрами).

3.1 2.1 3.2. И З Л У Ч А Т Е Л И И У СТРО Й СТВА ДЛЯ И С С Л ЕД О ВА Н И Я ИХ СП ЕКТРОВ В монохроматорах с фильтрами распределение излучения по на­ правлению обычно не изменяется;

следует учитывать только со­ кращение пути лучей. В монохроматорах с дифракционными ре­ шетками и призмами ход лучей с помощью оптических отображе­ ний направляют так, чтобы через прибор проходила максимально возможная мощность излучения и доля рассеянного света остава­ лась бы возможно меньшей. Используемый конус излучения огра­ ничивается шириной входной и выходной щелей и соответствую­ щими апертурными диафрагмами. И злучатель может быть соеди­ нен с монохроматором различными способами.

3.1 2.1 3.3. С П Е К Т Р А Л Ь Н А Я ЭМИССИЯ И ЗЛ У Ч А ТЕЛ ЕЙ Спектральную эмиссию (спектральные характеристики) излуча­ телей измеряют при помощи излучателя с известным спектральным распределением энергии (обычно эта лампа с вольфрамовой лен­ той накаливания), монохроматора и приемника, имеющего в изме­ ряемой области спектра достаточную спектральную чувствитель­ ность. Д л я измерения линейчатых спектров монохроматоры с фильтрами непригодны.

3.1 2.1 3.4. С П Е К Т Р А Л Ь Н А Я ЧУВСТВИ ТЕЛЬН О СТЬ П РИ ЕМ Н И К О В Относительную спектральную чувствительность приемников из­ меряют при помощи монохроматора (ввиду высокой интенсивно­ сти облучения часто применяют монохроматор с фильтром) и приемника с известной относительной спектральной чувствитель­ ностью. Необходимый для этого источник света должен иметь в измеряемом диапазоне максимально возможную спектральную яркость излучения (лучистость) или спектральную силу излуче­ ния. Относительная спектральная чувствительность приемников s (А )отн может градуироваться в государственных метрологиче­ ских учреждениях (в Ф Р Г — в Федеральном физико-техническом институте в Браунш вейге).

3.1 2.1 4. Измерения цвета [5 8 — 6 0 ] Ц вет света характеризуется координатами цветности в системе М КО * (х и у) или ж е наиболее подходящей цветовой темпера­ турой Тп;

цвет тела характеризуется координатами цветности х и у и относительной светлостью А [51 ]. Д ля измерения света при­ меняют спектральный и трехдиапазонный методы.

3.1 2.1 4.1. С П Е К Т Р А Л Ь Н Ы Й М ЕТО Д При этом измеряемый цветовой показатель (так называемый ц вето­ вой стимул) определяют как сумму цветовых стимулов по спектру.

Измерение складывается из спектральнофотометрического опре­ деления функции цветового возбуждения q^, обычно только соот­ ветствующей спектральной характеристики (параметра) вещ ества, и из расчетной обработки измеренных значений (стимулометриче­ ской расшифровки). Х отя спектральный метод трудоемок, его можно считать наиболее точным.

3.1 2.1 4.2. Т Р Е Х Д И А П А З О Н Н Ы Й М ЕТО Д При этом все три координаты цвета измеряемого цветового сти­ мула определяют фотометрическим измерением. Д ля каждой коор­ динаты цвета применяют свой приемник, относительная спектраль­ ная чувствительность которого согласуется с соответствующими функциями сложения цветов в трехмерной системе координат.

При соответствующем согласовании всех трех приемников функции сложения цветов х и у могут быть показаны непосредственно [61 ] * Международной-комисссии по освещенности.

3.1 2.1 4.3. У С Л О ВИ Я И ЗМ ЕР Е Н И Й Д л я измерения цветов тел и источников евета регламентированы специальные условия и геометрические измерительные схемы 3.1 2.1 5. Измерение осветительных установок После вступления в силу Положения о производственных мастер­ ских и Нормативных материалов по производственным мастер­ ским измерению осветительных установок (особенно для освеще­ ния в помещениях) начали придавать большое значение. Однако и по другим осветительным установкам нужно проводить измере­ ния в новом состоянии (для проверки правильности проекта и исполнения) и в рабочем режиме.

3.1 2.1 5.1. И З М Е Р Е Н И Е И О Ц Е Н К А О С ВЕЩ ЕН Н О С ТИ В Н У Т Р И П О М ЕЩ ЕН И Й [1 1 ] Измерения освещенности внутри помещений необходимы для — проверки правильности выполненного технического про­ екта;

— исследования фактического состояния имеющихся установок применительно к предписаниям и нормам освещенности, чтобы при необходимости можно было потребовать обслуживания или ре­ монта осветительной установки или ж е ее замены;

— сопоставления различных осветительных установок с целью выбора наиболее целесообразных светотехнических и экономи­ ческих решений.

При искусственном освещении помещений необходимо изме­ рять следующие величины:

— освещенность Е ;

— цилиндрическую освещенность Ег;

— яркость L;

— рассеянный коэффициент отражения pdi/ при диффузион­ ном падении света;

— угол экранирования а ;

— рабочее напряжение U;

— температуру окружающей среды Та\ — цвет света и ступень свойств воспроизведения цвета.

Рекомендации по применяемым измерительным приборам, по подготовке и проведению измерений и по расшифровке и представ­ лению их результатов имеются в стандарте 159].

3.1 2.1 5.2. С ТА Ц И О Н А РН О Е УЛИЧНОЕ О СВЕЩ ЕН И Е Рекомендации по стационарному уличному освещению имеются в стандарте [1 2 ]. Расшифровка результатов измерений, данные протокола измерений, требования к измерительным приборам и к проведению измерений тож е стандартизованы.

3.1 2.1 5.3. И З М Е Р Е Н И Е О С В Е Щ Е Н И Я С П О Р Т И В Н Ы Х С О О РУ Ж ЕН И Й В стандарте регламентированы правила освещения спортивных учреждений (стадионов и т. п.). Требования к измерительным уст­ ройствам, регламентация точек измерения, проведение измерений и расшифровка их результатов тож е стандартизованы [1 3 ].

3.1 3. И ЗМ ЕРЕН И Е ШУМА В се звуковы е явления, которые воспринимаются слушателем как нежелательные или неприятные, называют шумом. Это определе­ ние, как и любая градация или оценка шума, основывается на субъективных критериях, различных для разных лиц и зави ся­ щих от конкретных условий. Техника измерений основывается в принципе на физических величинах звукового поля и позволяет в общем случае лишь приблизиться к ощущению шума с прямым или косвенным привлечением усредненных свойств человеческого слуха. Задача измерительной техники сводится в первую очередь к получению воспроизводимых результатов измерений. Д ля интер­ претации этих результатов нужно учитывать специфические у с­ ловия.


3.1 3.1. Измеряемые величины 3.1 3.1.1. О П Р Е Д Е Л Е Н И Е УРО ВН ЕЙ Важнейшими параметрами звукового поля являю тся звуковое давление р, которое представляет собой абсолютное изменение давления атмосферного воздуха р0 под действием звуковой волны, и звуковая мощность W источника зву к а.

Диапазон измерения этих величин, представляющий практи­ ческий интерес, определяется свойствами слуховой системы че­ ловека. Д л я звукового давления границы его восприятия в виде звука соответствуют приблизительно значениям от 10-Б до 103 Н/м* (Па). З ву ко вая мощность пропорциональна квадрату звукового давления и изменяется в диапазоне, превышающем 14 декад. Еди­ ное представление уровней звукового давления и звуковой мощ­ ности с постоянной относительной точностью достигается с приме­ нением логарифмического масштаба. Уровень в принципе осно­ вывается на сравнении с некоторым исходным значением мощности.

Поэтому уровень звукового давления определяется как отноше­ ние квадратов звуковы х давлений, которые в свою очередь про­ порциональны мощности. Единицей измерения в обоих случаях является децибел (дБ).

Уровень звуковой мощности Lw — 10lg (W/W0), причем за исходную мощность применяется W0 — 10-12 Вт.

Уровень звукового давления L — 10 lg (p2 /pl) —20 lg (p/pQ ), причем за исходное звуковое давление принимается р0 = 2 х х Ю'“ Н/м3 (П а), измеряемое к а к действующее (эффективное) значение.

3.1 3.1.2. М А Т Е М А ТИ Ч Е С К И Е ДЕЙ СТВИ Я С У РО В Н Я М И Сложение и вычитание Сложение и вычитание уровней звукового давления должно сво­ диться к расчету соответствующих эффективных значений (дейст­ вующих) значений звукового давления. Д л я формирования суммы (в случае некогерентных составляющих) справедливо выражение П (р п У Рполиое — Д л я определения уровня звукового.давления должно быть пересчитано каждое слагаемое полИ Й Ю 1б ( 2 ( 10п/10) ).

Ы / Если нужно складывать п одинаковых значений уровня, то формула суммы упрощается:

^полный ~ L-i 10 log П.

Получение средних значений Формирование среднего значения для различных уровней звук о­ вого давления, которые были определены, например, на охваты ­ вающей измерительной поверхности вокруг машины, должно сводиться к усреднению потоков энергии. Поэтому определяют среднее значение квадратов звуковы х давлений:

Lm = 10 lg - L 2 (рУр® - 101§ ~ - 2 10% 1° 1 Если разброс отдельных значений уровней звукового давления не превышает 7 д Б, то можно применить простое арифметическое усреднение по формуле П Lm ОАО 2 Li, I причем погрешность не превысит 1 д Б.

3.1 3.1.3. С У Б Ъ Е К Т И В Н Ы Е М А СШ ТАБЫ О Ц ЕН О К В се субъективные оценки, которые могут быть выведены из уров­ ней звуковы х давлений, являю тся только приближениями для взаимного сопоставления (градации) акустических сигналов. В ви ­ ду простоты применения широко используются оценки уровней звукового давления по шкалам (кривым) и преимущественно по кривой А.

3.13.1.3.1. Громкость звука Д л я оценки шума привлекается вся совокупность существенных свойств человеческого сл у ха, основная оценка заклю чается в слы ­ шимости для человеческого уха какого-либо акустического явле­ ния. Количественно она определяется субъектив­ ным сравнением («на слух») со стандартным сигналом, который легче поддается техническому измерению.

За нормальный сигнал при­ нимают чистый тон 6 час­ тотой 1000 Гц. Численным значением громкости LN (единица измерения — фон) шума произвольного ха­ рактера считается числен­ ное значение объективно 250 W измеряемого уровня звуко­ Частота, Гц вого давления L (дБ) чис­ Рис 3.1 3 — 1. Кривые р а в н о й гром кост и (цифры того тона частотой 1000 Гц, у кривых — громкость, фои) по рекомендации ISO R 226 (ш триховая лииия 3 фон — порог слы ­ который воспринимается шимости) на слух одинаково громким [1 ]. Такое определение позволяет построить кривые равной гром­ кости (рис. 3.1 3 — 1), наглядно выражающие зависимость слыши­ мости (человеческим ухом) от частоты и уровня звукового давле­ ния [2 ]. Однако на практике определение громкости звука со­ поставлением на слух слишком громоздко. По международным стандартам [3 ] приняты два метода приближенного расчета гром­ кости по результатам измерения и частотного анализа (анализа спектра) звука.

3.13.1.3.2. Громкость шума В связи с внедрением реактивных самолетов в гражданскую авиа­ цию были проведены детальные исследования неудобств от шума, создаваемого этими самолетами. Исследования показали, что по сравнению со стандартизованными методами определения громкости шума [3 ] наибольшее значение должно придаваться неприятному ощущению от высокочастотных составляющ их. Ре­ зультаты обобщены в расчете громкости шума — так называемом ощущаемом уровне шума (perceived noise level L PN [4]).. Упро­ щенным методом определения такой неприятной степени шума является оценка по корректировочной кривой D, которая исполь зуется в основном для авиационных шумов [/ — частота, A (D) — поправка по кривой D ]:

/, Гц 16 31,5 63 125 250 Д ( Я ), дБ — 22,5 — 16,5 — 11 —6 —2 /, кГц 1 2 4 8 A (D) 0 +8 +11 +6 — S.JS.1.3.3. Слышимость {условная громкость) Численные значения громкости чистого звука или шума позво­ ляют дать градацию ожидаемого ощущения какого-либо шума на слух, однако различать уровни двух шумов не так просто. Много­ численные попытки ввести понятие удвоения слышимости или сокращения слышимости наполовину привели к созданию шкалы слышимости (условной громкости) с единицей измерения сон [5 ]. Взаим освязь между громкостью (фон) и условной громко­ стью или слышимостью N (сон) при значениях громкости LN более 40 фон описывается формулой N = 2ехр [0,1 (Ln — 40) ].

Отсюда следует, что при каждом повышении громкости на фон условная громкость (слышимость) удваивается. Н иже пред­ ставлены некоторые другие зависимости. Они могут быть при­ ближенно применены так ж е и для оценки разности уровней зву ­ кового давления:

А, фон 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 20 Б, % 0 7 15 23 32 41 52 62 74 87 100 300 В 0 1,07 1,15 1,23 1,32 1,41 1,52 1,62 1,74 1,87 2 4 3.13.1.3.4. Оцениваемые уровни звука В отличие от физически (объективно) определяемого уровня звукового давления в уровнях звука учитывается субъективная зависимость воспринимаемого звука от частоты, характерная для человеческого слуха. С лух характеризуется некоторой частотной зависимостью, на которую влияет так ж е звуковое давление (см. рис. 3.1 3 — 1). По этой причине были стандартизованы три основные кривые поправок, получившие название кривых (шкал) А, В и С и первоначально предназначавшиеся для диапазонов уровней до 60 д Б, до 100 дБ и свыш е 100 д Б. В настоящее время все измерения шума подвергаются оценке по кривой А, и все официально утверждаемые предельные значения по возможности ориентируют на эту единую измеряемую величину.

К ривы е оценки понимаются как поправки к отсчитанному уровню звука по отношению к некоторой опорной точке на ча­ стоте 1 кГц Численные значения поправок по кривой А приведены в табл. 3.1 3 — 1. В се уровни звук а, измеряемые с такой оценкой, ТАБЛИЦА 3.13 ПОПРАВКИ ПО ОЦЕНОЧНОЙ КРИВОЙ А Ч астота, Поправка, Частота, Поправка, П оправка, Ч астота, дБ дБ Гц Гц Гц ДБ + 1, 2, — 5 0,5 200 — 1 0, + 1, — 4 4,7 — 8,6 2, 3,1 — 6,6 + 1, — 3 9,4 3 1, + 1, 400 -4, — 3 4,6 4, + 0, -3,2 5, — 3 0,2 — 0, — 2 6,2 0,6 3 6, 63 -1, 0,8 -1, — 2 2,5 — 0,8 8, — 2, — 1 9,1 1,0 0 1 0, — 4, -1 6,1 + 0, 1,2 6 '2,.2 — 6, 1,6 — 1 3,4 + 1, обозначают через L A, и единицей измерения для них является д Б (А).

Уровень звука ЬА может быть определен либо яепоередетве вым измерением с применением в шумомере оценочных электри­ ческих фильтров (вводящих поправку), либо применением значе­ ний поправок из табл. 3.1 3 — 1 к результатам частотного анализа шума g последующим суммированием в соответствии с разделом 3 Л 3.1.2.

3,1 3.2. Измерительные приборы 3.1 3.2.1 И ЗМ ЕРИ ТЕЛ ЬН Ы Е М И К РО Ф О Н Ы 3.13.2.1.1. Типы микрофонов Д ля прецизионных измерений уровня звука применяют преиму­ щественно конденсаторные микрофоны. К ак чистые приемники давления такие микрофоны имеют в основном одинаковую чув­ ствительность при любом направлении падения звука. Однако поскольку любое твердое тело в звуковом поле влияет на харак­ теристики этого поля, а результат измерения должен относиться к неискаженному звуковому полю, необходимо вводить поправки, зависящие от частоты, а такж е от угла между направлением рас­ пространения звука и осью микрофона.

При изготовлении конденсаторных микрофонов можно оптими сировать их частотную характеристику (зависимость чувствитель­ ности от частоты) для специальных областей применения. Име­ ются два типа конструктивных исполнений: микрофон свободного поля для измерений с осью симметрии, параллельной направлению распространения звука (мембрана при этом обращена к источ­ нику), и микрофоне камерой давления для измерений в небольших полостях или в диффузном (рассеянном) звуковом поле. Нес кол ь ко поправочных кривых для микрофонов таких типов при их типовом размере (один дюйм) представлено на рис. 3.1 3 — 2.

В настоящее время наиболее широко применяются микрофоны свободного поля.

3.13.2.1.2. Защита от ветра При измерениях на открытом воздухе ветер даж е самой неболь­ шой скорости создает перед микрофоном турбулизацию воздуха и, соответственно, определен­ ный уровень шумовых помех, которые могут значительно ограничить диапазон измере­ ний. Д ля защиты от ветра применяют легкие оболочки из пористой ткани, натяну­ той на проволочный каркас, устанавливаемые на расстоя­ нии в несколько сантиметров' от микрофона. Применение экранов из пенопласта с от­ крытой пористостью (напри­ мер, в виде шара, охватываю ­ щего весь микрофон) может еще более снизить влияние Ри с. &.1&— 2. Частотные характеристики двух ветра на результаты измере­ типичных разновидностей измерительных ми­ крофонов размером в 1 дюйм — свободного ния. При точных измерениях поля (сплошные кривые) и с камерой давления необходимо учитывать по­ (ш триховые кривые).всем к распространяется:

З ву А — равномерно по направлениям входа правки, указываемые изго­ (диффузное звуковое поле);

В — параллельно плоскости мембраны (90е);

С — перпендику­ товителем. лярно к плоскости мембраны (0°) 3.1 3.2.2. Ш УМ ОМ ЕР Шумомер (измеритель уровня звука) является основным прибо­ ром для измерения шумов, и все его свойства точно регламенти­ рованы международными стандартами 16]. В состав шумомера входят измерительный микрофон, предварительный усилитель, фильтры для воспроизведения оценочных кривых уровня звука, выпрямитель с различными динамическими свойствами и показы­ вающий прибор со шкалой в диапазоне от — 5 до + 1 0 дБ.

3.13.2.2.1. Коэффициент усиления Коэффициент усиления можно регулировать ступенями по 10 дБ с таким расчетом, чтобы обеспечить возможность считывания пока­ заний по ш кале от 0 до + 10 д Б. В о всех приборах с несколькими возможностями настройки усиления (например, с раздельным регулированием предварительного усилителя и выходного усили­ теля в выпрямителе) необходимо проявлять осторожность во избежание получения ошибочных результатов измерения из-за перерегулирования усилителей. К ак правило, эту опасность можно предотвратить путем предварительного измерения линейного уровня звукового давления (без ввода поправок по оценочной кривой;

положение переключателя «Линейный режим L»), если после такого измерения пользоваться регулированием усиления только в выходном усилителе.

3.13.2.2.2. Динамическая характеристика выпрямителя Показание шумомера вследствие квадратичной характеристики выпрямителя соответствует действующему (эффективному) зна­ чению измеряемого сигнала. Е сли сигналы не изменяются во вре­ мени, то динамические характеристики показывающего блока при­ бора не имеют значения. Однако уровень многих акустических сиг­ налов изменяется в виде нерегулярной функции времени. Если желательно получить сглаженное среднее значение такого сигнала, то можно делать отсчет при нормированном положении переклю­ чателя выпрямителя S (Slow — медленно). Приближенно опреде­ лить пиковые значения уровня нестационарных шумов можно в положении переключателя F (Fast — быстро). В принципе такой режим отсчета на шумомере должен быть предпочтительным.

Динамические свойства выпрямителя в положении переклю­ чателя «быстро» не точно соответствуют аналогичным свойствам человеческого слу ха. На основе различных исследований чувст­ вительности человеческого уха при кратковременных сигналах была стандартизована постоянная времени импульсного шумо­ мера, равная 35 мс, получаемая при помощи электрической схемы и воспроизводящая особенности слу ха. Считывание при таких быстрых характеристиках индикации облегчается замедленным возвратом стрелки или ее фиксацией в достигнутом конечном по­ ложении.

3.1 3.2.3. Ф И Л Ь Т Р Ы При любом исследовании, направленном либо на более точную субъективную градацию (например, по способу, описанному в разделе 3.1 3.1.3 ), либо на поиск возможностей уменьшения шума или защиты от шума, требуется частотный анализ для оценки рас­ пределения звуковой энергии по спектру частот. Д ля частотного анализа обычно применяют фильтры с постоянной относительной шириной полосы пропускания.

Ширина полосы пропускания номинально определяется часто­ тами, при пропускании которых происходит затухание в 3 дБ.

За пределами этого диапазона затухание в применяемых в на­ стоящее время фильтрах составляет не менее 36 дБ на октаву и может достигать предельного значения более 60 дБ.

3.13.2.3.1. Фильтры с постоянной относительной шириной полосы пропускания Значение фильтров с постоянной относительной шириной полосы пропускания основывается на соответствующем свойстве челове­ ческого слу ха. При повышенных частотах способность слуха раз­ личать небольшие изменения частоты сниж ается, так что мини­ мальное различаемое отклонение увеличивается пропорционально частоте.

В се фильтры с постоянной относительной шириной полосы пропускания характеризуются своей средней частотой, т. е. средним геометрическим значением между частотами на нижней и верхней границах полосы пропускания. Исходным для нормальных (стан­ дартизованных) рядов фильтров является фильтр со средней ча­ стотой в 1 кГц.

Д ля октавных фильтров отношение характеристических частот (средних или соответствующих границам полосы пропускания) у соседних фильтров в ряду равно двум. Нормальный ряд фильт­ ров имеет следующие средние частоты fm, Гц: 3 1,5 ;

63;

125;

250;

500;

1000;

2000;

4000;

8000.

Границы полосы пропускания (нижняя частота f_x и верхняя f+1) связаны со средней частотой }т соотношениями:

и U = fmV 2 = 2f„v U = fJV Af = f+1 — f_x соответствует Ширина полосы пропускания f J V 2 или - 0, 7 fm (71 % ).

Терцневые (третьоктавные) фильтры делят каждую октаву на три равные части. Терциевый ряд построен так, что 10 терций перекрывают декаду частот (т. е. соответствуют изменению ча­ стоты в 10 раз). Поэтому для определения всех стандартизованных средних частот достаточно числового ряда в пределах одной ча­ стотной декады. В настоящее время для частотного анализа ак у­ стических сигналов в большинстве случаев применяют терцневые фильтры со следующими значениями средней частоты fm, Гц:

100, 125;

160;

200;

250;

315;

400;

500;

630;

800;

1000.

Частоты на границах полосы пропускания (нижней /_х и верх­ ней f+i) терциевых фильтров определяются по формулам U fjV и U = f,nV~2^V2U~l T6U.

V Ширина полосы пропускания терциевого фильтра составляет около 0,23/т :

и - и - А/ « fm (v "2 \/V2) « - 2 3 % - ОТ f m.

3.13.2.3.2. Фильтры с постоянной абсолютной шириной полосы пропускания При помощи октавных и терциевых фильтров точно определить частоты всех чистых тонов, составляю щ их шум, невозможно.

Д ля такого анализа применяют узкополосные фильтры G постоян­ ной шириной полосы пропускания от 2 до 30 Гц. При более узкой полосе пропускания достигается лучшая частотная избиратель­ ность (разрешающая способность). Напротив, необходимая дли­ тельность наблюдения при этом увеличивается (см. раздел 3.1 3.2.3.3 ) и измеряемый сигнал к тому ж е должен оставаться неизменным во времени. Это последнее требование сильно ограни­ чивает применимость узкополосных фильтров, если только не пре­ дусмотрена автоматическая их настройка на желаемую частоту (ведение частоты). Д ля этой цели пригодны фильтры с ведомой частотой — е настройкой на электрически задаваемую среднюю частоту. Ширина половы пропускания этих фильтров не стандарти­ зована и выбирается в зависимости от требований к точности ана­ лиза и к затратам времени на одно измерение. К этому классу фильтров относятся анализаторы, которые работают с преобра­ зованием Ф урье измерительных сигналов, принятых в цифровом виде.

3.13.2.3.3. Точность анализа и требуемое время Точность анализа зависит не только от погрешностей самих элект­ рических фильтров, но и от ширины полосы пропускания фильтра f, продолжительности наблюдения Т и вида измеряемых сиг­ налов.

При неизменных во времени синусоидальных сигналах по­ грешность измерения обусловливается остаточной волнистостью выпрямленного тока. М аксимальная погрешность при однополу периодном выпрямлении для терциевого (третьоктавного) анализа не превышает 0,1 д Б, если произведение средней частоты f m (Гц) на постоянную времени выпрямителя RC превышает 100.

При стохастических сигналах (шумах) точность может быть указана только на статистической основе. Она получается из Х2-распределения для соответствующего числа степеней свободы п:

п = 2Д/. Т.

По Блэкм ану можно приближенно считать, что при п ^ предельные погрешности AL (дБ) должны с вероятностью 90 % уложиться в диапазон AL « 20/(Зтг - 1) ± Ю /] /^ Г = П.

Отсюда следует, например, что для получения предельных погрешностей ± 1 дБ терциевого фильтра с /т = 25 Гц продол­ жительность наблюдения Т должна быть 9 с.

Требуемое для анализа время представляет интерес в том случае, когда один и тот ж е фильтр при непрерывном (бесступен­ чатом) изменении его средней- частоты f m должен перекрывать весь диапазон анализируемых частот. Анализ может выполняться со скоростью b (Гц/с), причем величина b зависит от упоминав­ шихся выше параметров.

Д ля синусоидальных вигналов можно приближенно считать, что при погрешности по амплитуде не более 0,5 дБ и погрешности по частоте не более Д//2 величина b (Гц/с) не должна превышать (Д Я 7 4.

Таким образом, продолжительность анализа t в диапазоне частот от 25 до 10000 Гц при иепользовании фильтра с постоянно# шириной полосы пропускания 20 Гц и b = 100 Гц/g составит t = (10000 — 25)/100, или около 100 с.

Д ля стохастических сигналов при п степенях свободы оценка дает Ъ 2(Af)2/n.

3.1 3.2.4. М Е Т О Д Ы ЗАПИСИ Для акустических сигналов особое значение имеют два вида за­ писи. При измерениях, раешифровка которых не может быть про­ ведена в требуемом объеме одновременно 6 приемом звуковой энергии, сигналы записывают и хранят в памяти с таким расчетом, чтобы воответотвующие электрические сигналы впоследствии мож­ но было направить на анализ. Напротив, запись обработанных из­ меряемых величин акустических сигналов характерна тем, что интерес представляют не сами результаты, пропорциональные сиг­ налам, а только их уровни.



Pages:     | 1 |   ...   | 7 | 8 || 10 | 11 |
 





 
© 2013 www.libed.ru - «Бесплатная библиотека научно-практических конференций»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.