燈具光學(xué)講義

燈具光學(xué)講義第一頁(yè)，共九十三頁(yè)，編輯于2023年，星期日

電磁波頻譜圖電磁波頻譜圖

常用380—780nm表示可見(jiàn)光的范圍第二頁(yè)，共九十三頁(yè)，編輯于2023年，星期日平面角和立體角

α=

在光度學(xué)物理量的基本定義中都要引用到立體角這一概念，而且立體角在照明計(jì)算中也經(jīng)常用到。lαAoB(a)sAA＇r(b)orΩ光度學(xué)的幾個(gè)基本概念Ω=

平面角和立體角第三頁(yè)，共九十三頁(yè)，編輯于2023年，星期日輻射能和光輻射能（Qe）、輻通量（Φe）、輻強(qiáng)度（Ie）、輻照度（Ee）、輻亮度（Le）；對(duì)應(yīng)的光度量定義：光能量（Qv）、光通量（Φv）、光強(qiáng)度（Iv）、光照度（Ev）、光亮度（Lv）；Km最大光譜光效能=683lm/W第四頁(yè)，共九十三頁(yè)，編輯于2023年，星期日第五頁(yè)，共九十三頁(yè)，編輯于2023年，星期日第六頁(yè)，共九十三頁(yè)，編輯于2023年，星期日第七頁(yè)，共九十三頁(yè)，編輯于2023年，星期日第八頁(yè)，共九十三頁(yè)，編輯于2023年，星期日第九頁(yè)，共九十三頁(yè)，編輯于2023年，星期日眼睛處在明視覺(jué)條件下的光譜光效率曲線

作為光度量——客觀評(píng)價(jià)的物理量，必須要規(guī)定和使用世界上認(rèn)可并適用的標(biāo)準(zhǔn)人眼和它的光譜靈敏度數(shù)值，這就是目前已被公認(rèn)的光譜光效率υ（λ）也稱視見(jiàn)函數(shù)

00.20.40.60.81.0υ400500600700nmλ（）υλ第十頁(yè)，共九十三頁(yè)，編輯于2023年，星期日ΦEIΦ=E·SΦ=I·ΩI=E·L2常用光度學(xué)單位及其相互關(guān)系光通量Φ（lm）光強(qiáng)I（cd）照度E（lx）

第十一頁(yè)，共九十三頁(yè)，編輯于2023年，星期日常用的光度測(cè)量定律

a)照度的平方反比定律

E=

I垂直于光線傳播方向的照度與光源在該方向的光強(qiáng)成正比，與光源到表面的距離的平方成反比。

注意：只有點(diǎn)光源才符合距離平方反比定律。(測(cè)試距離不應(yīng)少于燈具出光口面最大尺寸的10倍。)

第十二頁(yè)，共九十三頁(yè)，編輯于2023年，星期日b)照度的余弦定律：E=·cosθS1面：E1==；S2面：E2=；

∵

S1=S2cosθ∴

顯而易見(jiàn)：E2=E1cosθ

將它與照度的平方反比定律結(jié)合起來(lái)就有：第十三頁(yè)，共九十三頁(yè)，編輯于2023年，星期日c)余弦立方定律式中：I—點(diǎn)光源射向該點(diǎn)的光強(qiáng)；

h—光源離該平面的高度；

θ—平面法線與入射光線的夾角；

—

OA長(zhǎng)度。E=·

cosθ=·

cos3θ

第十四頁(yè)，共九十三頁(yè)，編輯于2023年，星期日屋邊路邊γA。。。。γA（，）（，）90BγBγB。c-γ坐標(biāo)系統(tǒng)適合路燈的分布光度系統(tǒng)第十五頁(yè)，共九十三頁(yè)，編輯于2023年，星期日國(guó)際照明學(xué)會(huì)推薦的分布光度C-γ坐標(biāo)系統(tǒng)

第十六頁(yè)，共九十三頁(yè)，編輯于2023年，星期日V-H坐標(biāo)系統(tǒng)適合投光燈的分布光度系統(tǒng)第十七頁(yè)，共九十三頁(yè)，編輯于2023年，星期日國(guó)際照明學(xué)會(huì)推薦的分布光度Β

-β坐標(biāo)系統(tǒng)

第十八頁(yè)，共九十三頁(yè)，編輯于2023年，星期日光度學(xué)中常用的坐標(biāo)空間光強(qiáng)分布，可以通過(guò)三種方式：1、極坐標(biāo)室內(nèi)燈路燈2、直角坐標(biāo)投光燈3、等光強(qiáng)圖不對(duì)稱配光旋轉(zhuǎn)對(duì)稱二個(gè)對(duì)稱平面一個(gè)對(duì)稱平面第十九頁(yè)，共九十三頁(yè)，編輯于2023年，星期日極坐標(biāo)第二十頁(yè)，共九十三頁(yè)，編輯于2023年，星期日直角坐標(biāo)第二十一頁(yè)，共九十三頁(yè)，編輯于2023年，星期日等光強(qiáng)曲線示意第二十二頁(yè)，共九十三頁(yè)，編輯于2023年，星期日等光強(qiáng)曲線第二十三頁(yè)，共九十三頁(yè)，編輯于2023年，星期日

燈具光度測(cè)試報(bào)告解讀和在照明計(jì)算中的應(yīng)用第二十四頁(yè)，共九十三頁(yè)，編輯于2023年，星期日道路燈具子午面配光曲線圓錐面配光曲線等光強(qiáng)曲線等照度曲線光通量利用系數(shù)曲線第二十五頁(yè)，共九十三頁(yè)，編輯于2023年，星期日子午面配光曲線圓錐面配光曲線光源：400WHPS第二十六頁(yè)，共九十三頁(yè)，編輯于2023年，星期日等光強(qiáng)曲線第二十七頁(yè)，共九十三頁(yè)，編輯于2023年，星期日IESNA路燈分類圖第二十八頁(yè)，共九十三頁(yè)，編輯于2023年，星期日人行道邊線1.0MH2.25MH3.75MH6.0MH2.75MH1.75MH1.0MH馬路橫跨線用圓形網(wǎng)圖表示IESNA路燈分類第二十九頁(yè)，共九十三頁(yè)，編輯于2023年，星期日

燈具的縱向分布分為三種（供參考）：1、當(dāng)最大光強(qiáng)點(diǎn)位于1.0和2.25MHTRL之間時(shí)，此燈具被歸類為Short(S)分布，最大的燈具間隔是安裝高度的4.5倍；2、在2.25和3.75MHTRL之間的，此燈具被歸類為Medium(M)分布，最大的燈具間隔是安裝高度的7.5倍；3、在3.75和6.0MHTRL之間稱為L(zhǎng)ong(L)分布，最大的燈具間隔是安裝高度的12倍。燈具的橫向分布分為四類：1、當(dāng)燈具位于或接近于道路邊，50%最大光強(qiáng)的曲線位于參考軸的兩邊且屋邊1.0M寬，路邊1.0-MH寬，這種燈具被稱作?類；2、50%最大光強(qiáng)的軌跡的橫向?qū)挾仍诼愤?.75MHLRL以內(nèi)，屬于Ⅱ類；3、部分的或全部在路邊1.75MH和2.75MHLRL之間，屬于Ⅲ類；4、部分的或全部的在路邊2.75MHLRL以外，屬于Ⅳ類。第三十頁(yè)，共九十三頁(yè)，編輯于2023年，星期日最大光強(qiáng)的垂直角度以上的光分布控制

IESNA眩光控制分類完全截光型

離開燈下點(diǎn)90°（r=90°）以上的所有角度的光強(qiáng)值為0，而且在離燈下點(diǎn)80°（r=80°）的位置每1000流明的光強(qiáng)值不超過(guò)100cd（10%）。圍繞燈具的所有橫向角度都要滿足這個(gè)要求。截光型

離開燈下點(diǎn)90°（r=90°，水平）的位置的每1000流明的光強(qiáng)值不超過(guò)25cd（2.5%），而且在離燈下點(diǎn)80°（r=80°）的位置不超過(guò)100cd（10%）的燈具是達(dá)到截光水平的。同樣應(yīng)用到圍繞燈具的所有橫向角度。半截光型

離開燈下點(diǎn)90°（r=90°，水平）的位置的每1000流明的光強(qiáng)值不超過(guò)50cd（5%），而且在離燈下點(diǎn)80°（r=80°）的位置不超過(guò)200cd（20%）的燈具是達(dá)到截光水平的。同樣應(yīng)用到圍繞燈具的所有橫向角度。第三十一頁(yè)，共九十三頁(yè)，編輯于2023年，星期日完全截光型燈具第三十二頁(yè)，共九十三頁(yè)，編輯于2023年，星期日安裝高度修正系數(shù)k54.0062.7872.0481.5691.23101.00110.83120.69130.59140.51150.44160.39Eh=kE10等照度曲線后面例題第三十三頁(yè)，共九十三頁(yè)，編輯于2023年，星期日當(dāng)燈具安裝在9米高，求在馬路上且垂直于馬路縱向的方向上，離燈下點(diǎn)的水平距離13.5米的地方的照度值是多少？第三十四頁(yè)，共九十三頁(yè)，編輯于2023年，星期日求照度均勻度光通量利用系數(shù)曲線路燈頭的仰角第三十五頁(yè)，共九十三頁(yè)，編輯于2023年，星期日光通量利用系數(shù)曲線示意第三十六頁(yè)，共九十三頁(yè)，編輯于2023年，星期日道路上照度均勻度=最小照度/平均照度平均照度=光源光通量×利用系數(shù)×維護(hù)系數(shù)燈間隔距離×路寬例題：道路寬10米，燈具的安裝間隔是15米，燈的高度10米，求路面的平均照度是多少？用光通量利用曲線和等照度曲線計(jì)算照度均勻度第三十七頁(yè)，共九十三頁(yè)，編輯于2023年，星期日維護(hù)系數(shù)（K）維護(hù)系數(shù)是考慮由于光源光通衰減、燈具污染及老化所引起的效率降低，以及被照?qǐng)鏊ㄖ飪?nèi)墻表面、頂棚、地面的反射率下降等因素使照度降低所必須乘入的系數(shù)。建筑物特征分類維護(hù)系數(shù)（K）

鹵鎢燈白熾燈、熒光燈、高壓氣體放電燈A．生產(chǎn)中幾乎很少有塵埃、煙、煙灰及蒸氣排出或出外部進(jìn)入本房間0.8(0.85)0.75(0.8)B．生產(chǎn)中排出或外界進(jìn)入少量的塵埃、煙、煙灰及蒸氣，比較明顯但不嚴(yán)重0.75(0.81)0.7(0.76)C．生產(chǎn)中排出或外界進(jìn)入大量的塵埃、煙、煙灰及蒸氣，積累較快0.66(0.76)0.6(0.69)戶外露天廣場(chǎng)0.750.7第三十八頁(yè)，共九十三頁(yè)，編輯于2023年，星期日室內(nèi)燈具光通比與距高比極坐標(biāo)配光曲線空間等照度曲線平面等照度曲線利用系數(shù)CU概算曲線第三十九頁(yè)，共九十三頁(yè)，編輯于2023年，星期日

最大距高比:

A-A:1.2B-B:1.7

CIE分類:直接向上光通比:.0%向下光通比:63.0%燈具效率:63.0%

光通比與距高比第四十頁(yè)，共九十三頁(yè)，編輯于2023年，星期日

CIE分類:直接向上光通比:.0%向下光通比:63.0%燈具效率:63.0%

第四十一頁(yè)，共九十三頁(yè)，編輯于2023年，星期日θ1/2——

?照度角最大距高比:

A-A:1.2B-B:1.7第四十二頁(yè)，共九十三頁(yè)，編輯于2023年，星期日距高比：1.2距高比：1.7距高比：2.1第四十三頁(yè)，共九十三頁(yè)，編輯于2023年，星期日燈具描述：70WHPS；光源被垂直裝在一個(gè)旋轉(zhuǎn)對(duì)稱反射器內(nèi)極坐標(biāo)配光曲線第四十四頁(yè)，共九十三頁(yè)，編輯于2023年，星期日例：在燈下6米，距燈下點(diǎn)3米的地方的照度有多大？空間等照度曲線第四十五頁(yè)，共九十三頁(yè)，編輯于2023年，星期日燈具描述：支架燈具；36W熒光燈管極坐標(biāo)配光曲線第四十六頁(yè)，共九十三頁(yè)，編輯于2023年，星期日極坐標(biāo)配光曲線示意第四十七頁(yè)，共九十三頁(yè)，編輯于2023年，星期日例：在燈下6米，c-0方向距燈下點(diǎn)3米的地方的照度有多大？平面等照度曲線第四十八頁(yè)，共九十三頁(yè)，編輯于2023年，星期日γ平面等照度曲線示意第四十九頁(yè)，共九十三頁(yè)，編輯于2023年，星期日流明法利用燈具的配光曲線或等照度曲線，按照燈具的布置方式直接計(jì)算室內(nèi)各點(diǎn)的照度。逐點(diǎn)計(jì)算法利用燈具的配光曲線考慮到房間大小形狀、房間中各個(gè)面的反射率和燈具布置方式后計(jì)算燈具直接射到工作面上的光通量和射到室內(nèi)其它表面（包括墻、天花板、地板）后反射的光線再投到工作面上的光通量之和除以工作面的面積得到平均照度。照度計(jì)算第五十頁(yè)，共九十三頁(yè)，編輯于2023年，星期日室空間比ＲＣＲRCR=5hRC(L+W)/L*W室內(nèi)照明計(jì)算是把房間看作直六面體，能表征房間尺寸的表式就是室空間比（室指數(shù)）。越是低而寬敞的房子，可得到的光通利用率越高，越是狹而高的房間，光通利用率越低。第五十一頁(yè)，共九十三頁(yè)，編輯于2023年，星期日利用系數(shù):

ρCC80705030100ρW5030105030105030105030105030100WDRCRCRCOEFFICIENTSOFUTILIZATIONFORρFC=200.75.75.75.73.73.73.70.70.70.67.67.67.64.64.64.631.68.65.63.66.64.62.63.62.60.61.60.59.59.58.57.56.1822.61.57.54.59.56.54.57.55.52.55.53.51.54.52.50.49.1763.54.50.47.53.49.46.52.48.46.50.47.45.49.46.44.43.1684.49.44.40.48.44.40.46.43.40.45.42.39.44.41.39.37.1605.43.38.35.43.38.34.42.37.34.40.37.34.39.36.33.32.1546.39.34.30.38.34.30.37.33.30.36.32.30.35.32.29.28.1457.35.30.26.35.30.26.34.29.26.33.29.26.32.28.26.24.1388.31.26.23.31.26.22.30.26.22.29.25.22.29.25.22.21.1319.28.23.19.28.23.19.27.22.19.26.22.19.25.22.19.18.12510.25.20.17.25.20.17.24.20.17.24.20.17.23.19.17.16.118利用系數(shù)CUΡcc——頂棚空間的反射系數(shù);ρw——墻面的反射系數(shù);ρfc——地板空間的反射系數(shù);WDRC——墻面直接輻射系數(shù)

第五十二頁(yè)，共九十三頁(yè)，編輯于2023年，星期日平均照度=光源光通量×燈具數(shù)量×CU×維護(hù)系數(shù)/長(zhǎng)×寬燈具數(shù)量=平均照度×長(zhǎng)×寬/光源光通量×

CU×維護(hù)系數(shù)第五十三頁(yè)，共九十三頁(yè)，編輯于2023年，星期日維護(hù)系數(shù)（K）維護(hù)系數(shù)是考慮由于光源光通衰減、燈具污染及老化所引起的效率降低，以及被照?qǐng)鏊ㄖ飪?nèi)墻表面、頂棚、地面的反射率下降等因素使照度降低所必須乘入的系數(shù)。建筑物特征分類維護(hù)系數(shù)（K）

鹵鎢燈白熾燈、熒光燈、高壓水銀熒光燈A．生產(chǎn)中幾乎很少有塵埃、煙、煙灰及蒸氣排出或出外部進(jìn)入本房間0.8(0.85)0.75(0.8)B．生產(chǎn)中排出或外界進(jìn)入少量的塵埃、煙、煙灰及蒸氣，比較明顯但不嚴(yán)重0.75(0.81)0.7(0.76)C．生產(chǎn)中排出或外界進(jìn)入大量的塵埃、煙、煙灰及蒸氣，積累較快0.66(0.76)0.6(0.69)戶外露天廣場(chǎng)0.750.7第五十四頁(yè)，共九十三頁(yè)，編輯于2023年，星期日利用系數(shù)法及燈具概算曲線應(yīng)用例某電機(jī)裝配車間，雙側(cè)開窗，采用鋼筋混凝土多邊形屋架，因此頂棚有效反射率ρcc是47%。下弦高度12M。屋內(nèi)墻及大型屋面板均噴白，因此墻面平均反射率ρw是41.5%。地面為混凝土地坪水泥砂漿抹面，因此地面反射率ρf是20%。車間跨度W=18M，長(zhǎng)度L=54M，柱距6M。試確定照明方案和燈數(shù)。1.照度的確定和燈型選擇：設(shè)計(jì)要求該車間平均照度為90lx。擬選用D-16號(hào)GC5-B-4型深照型400W高壓水銀熒光燈，裝于屋架下弦，工作面高度距地面0.8M。2.求室空間比：燈的計(jì)算高度為h=12-0.8=11.2MRCR=[5×11.2×(54+18)]/54×18=4.153.查D-16號(hào)燈具圖表，用內(nèi)插法求出利用系數(shù)u=0.371。該車間屬于B類，維護(hù)系數(shù)K=0.7，光源光通F=20000lm應(yīng)用公式N=90×54×18/（20000×0.371×0.7）=16.8個(gè)第五十五頁(yè)，共九十三頁(yè)，編輯于2023年，星期日

利用系數(shù):

ρCC705030100ρW5030105030105030105030100RCRCOEFFICIENTSOFUTILIZATIONFORρFC=201.69.66.64.66.64.62.63.61.60.61.59.58.572.60.56.52.58.54.51.55.52.50.53.51.49.473.52.47.43.50.46.42.48.45.41.47.43.41.394.46.40.36.44.39.36.43.39.35.41.38.35.335.40.35.30.39.34.30.38.33.30.36.32.29.286.36.30.26.34.29.25.33.29.25.32.28.25.237.32.26.22.31.25.21.30.25.21.29.24.21.208.28.23.19.28.22.19.27.22.18.26.22.18.179.26.20.16.25.20.16.24.19.16.23.19.16.1510.23.18.14.22.17.14.22.17.14.21.17.14.13D-16號(hào)燈具利用系數(shù)表：第五十六頁(yè)，共九十三頁(yè)，編輯于2023年，星期日概算曲線第五十七頁(yè)，共九十三頁(yè)，編輯于2023年，星期日投光燈具直角坐標(biāo)配光曲線等光強(qiáng)曲線區(qū)域光通量第五十八頁(yè)，共九十三頁(yè)，編輯于2023年，星期日穿過(guò)反射器母線，且含有最大光強(qiáng)的截面上V角和H角的配光曲線直角坐標(biāo)配光曲線第五十九頁(yè)，共九十三頁(yè)，編輯于2023年，星期日半峰發(fā)散角——在選定的通過(guò)最大光強(qiáng)的平面上，兩個(gè)為50%最大光強(qiáng)的光強(qiáng)之間的夾角半峰邊角——在選定的通過(guò)最大光強(qiáng)的平面上，最大光強(qiáng)與50%最大光強(qiáng)之間的夾角燈的有效光束——光強(qiáng)大于或等于10%最大光強(qiáng)的所有光束稱燈具的有效光束(IES定義)投光燈光度特性的三個(gè)定義第六十頁(yè)，共九十三頁(yè)，編輯于2023年，星期日等光強(qiáng)曲線區(qū)域光通量第六十一頁(yè)，共九十三頁(yè)，編輯于2023年，星期日第六十二頁(yè)，共九十三頁(yè)，編輯于2023年，星期日旋轉(zhuǎn)反射器的設(shè)計(jì)和計(jì)算第六十三頁(yè)，共九十三頁(yè)，編輯于2023年，星期日第六十四頁(yè)，共九十三頁(yè)，編輯于2023年，星期日第六十五頁(yè)，共九十三頁(yè)，編輯于2023年，星期日第六十六頁(yè)，共九十三頁(yè)，編輯于2023年，星期日第六十七頁(yè)，共九十三頁(yè)，編輯于2023年，星期日第六十八頁(yè)，共九十三頁(yè)，編輯于2023年，星期日M第六十九頁(yè)，共九十三頁(yè)，編輯于2023年，星期日第七十頁(yè)，共九十三頁(yè)，編輯于2023年，星期日第七十一頁(yè)，共九十三頁(yè)，編輯于2023年，星期日第七十二頁(yè)，共九十三頁(yè)，編輯于2023年，星期日反射器輪廓上的斜線段光源光線增量間隔角度△θ出射光線增量角△α第七十三頁(yè)，共九十三頁(yè)，編輯于2023年，星期日第七十四頁(yè)，共九十三頁(yè)，編輯于2023年，星期日第七十五頁(yè)，共九十三頁(yè)，編輯于2023年，星期日表1計(jì)算光束中各環(huán)帶的光通環(huán)帶（度）中間角度的光強(qiáng)（cd）環(huán)帶常數(shù)環(huán)帶內(nèi)光通0-107200.0956810-207550.28321320-308550.46339630-409300.62858440-507450.77457650-604500.89740360-701500.99314970-80201.05821

總和2410（lm）第七十六頁(yè)，共九十三頁(yè)，編輯于2023年，星期日第七十七頁(yè)，共九十三頁(yè)，編輯于2023年，星期日表2計(jì)算光源各環(huán)帶內(nèi)的光通環(huán)帶環(huán)帶內(nèi)中間角上的光強(qiáng)（cd）環(huán)帶常數(shù)環(huán)帶內(nèi)光通△Fθ170-1802920.09528160-1702910.28382150-1602890.463134140-1502040.628185130-1403050.774236120-1303130.897281110-1203130.993311946100-1103061.05832490-1002901.09131680-902751.09130070-802811.05829760-702960.99329450-603040.89727340-503060.77423730-402970.62818620-302920.46313510-202510.283710-101010.09510

總和

3700（lm）第七十八頁(yè)，共九十三頁(yè)，編輯于2023年，星期日表3光束光通與光源能提供的光通二者計(jì)算表環(huán)帶（度）光束配光曲線修正后需要的光通由光源來(lái)的直接光通二者差值△Fα0-1079285110-202498216720-3046313432930-4068318549840-5067323643750-6047028118960-70174*17470-8025*25總和28169461870第七十九頁(yè)，共九十三頁(yè)，編輯于2023年，星期日表4不同θ或α角度內(nèi)的光通量角度α∑△Fα角度θ∑△Fθ0

0

1051107(10×0.85×0.8=7)202182055(7+71×0.85×0.8=55)305473014740104540273501482504336016716061870184570818801870801020

901224