0 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Как сделать измеритель светового потока за 87 рублей

Как сделать измеритель светового потока за 87 рублей

Светодиодное освещение прочно вошло в нашу жизнь, светодиодные лампочки уже продаются даже в продуктовых магазинах, а на полках хозяйственных и строительных супермаркетов светодиодных ламп даже больше, чем обычных ламп накаливания и компактных люминесцентных (энергосберегающих) вместе взятых.

К сожалению, производители часто обманывают покупателей, указывая на упаковке сильно завышенные значения светового потока и эквивалента лампы накаливания. Вы покупаете лампу, на которой написано «600 лм, эквивалент лампы накаливания 60 Вт», приносите её домой, включаете и осознаёте, что светит она явно тусклее, чем 60-ваттная лампа накаливания. К счастью, по закону о правах потребителя светодиодные лампы можно возвращать в любой магазин в течение 14 дней (а во многие гипермаркеты и в течение 30, 60 дней и даже года). Возврат возможен из-за того, что лампочки (в том числе и светодиодные) до сих пор не считаются сложным техническим товаром.

Для того чтобы понять, сколько в действительности света даёт лампа нужно измерить её световой поток. Обычно для измерения светового потока (общего количества света, которое даёт лампа) используется дорогое лабораторное оборудование (гониофотометры, измерительные интегрирующие сферы), которое стоит десятки тысяч долларов. Я предлагаю способ, который позволяет достаточно точно измерить световой поток лампы, потратив всего 87 рублей.

Главная проблема при измерении светового потока — неравномерность яркости света в разных направлениях у разных типов ламп. Некоторые лампы больше светят вперёд, некоторые больше светят в стороны, некоторые почти равномерно светят во все стороны.

Для измерения нужно как-то получить среднее значение яркости лампы. Обычно для этого лампу помещают внутрь интегрирующей сферы, покрытой сверхбелой матовой краской из сульфата бария. Свет многократно отражается от стенок и попадает на датчик. Гониофотометр вращает лампу в горизонтальной плоскости, делает множество измерений яркости в каждой точке вращения и рассчитывает общее количество света, которое даёт лампа. Мы поступим проще.

Нам понадобится светильник с шарообразным матовым пластиковым колпаком. Этот матовый колпак и будет усреднять яркость излучения лампы в разных направлениях. Такой светильник можно купить за 87 рублей в магазинах «Леруа Мерлен». На картинке там другой светильник со стеклянным плафоном — не обращайте внимания: в самих магазинах то, что надо.

Светильник за 87 рублей

Точное называние светильника — «Светильник НББ-60 (прямое основание) шар пластик, белый», производитель ООО «Аксиома», Москва.

Светильник со снятым плафоном

В качестве измерителя яркости (люксметра) можно использовать почти любой смартфон на Android. У большинства смартфонов есть датчик освещённости (он расположен над экраном), который используется для регулировки яркости экрана в зависимости от внешнего освещения.

В Play Market есть множество программ-люксметров, я рекомендую установить простую и удобную программу Sensors Multitool. После запуска программы переходим на вкладку Light и видим значение освещённости. Люксметр у всех смартфонов не калиброванный, и у разных смартфонов он будет показывать совершенно разные значения, которые могут отличаться от реальных вдвое, но на точность наших измерений это никак не повлияет.

Закрепляем светильник на любой поверхности (я использовал кусок фанеры). Смартфон прикрепляем двумя резинками к пакету молока или сока.

Для измерения нам потребуется эталонная лампа. Я рекомендую использовать лампу IKEA 600 Lm 303.059.76 LED1466G9. Эта лампа имеет световой поток, точно соответствующий заявленному, и очень небольшой разброс по световому потоку у разных экземпляров.

Конечно, можно использовать и обычную лампу накаливания, но важно помнить, что, во-первых, световой поток ламп накаливания очень сильно зависит от напряжения в сети, во-вторых, разные экземпляры ламп производства российских и белорусских заводов могут сильно различаться по световому потоку. Тем не менее вы всегда сможете узнать, больше или меньше света даёт светодиодная лампа по сравнению с лампой накаливания.

Закручиваем плафон, включаем лампу, размещаем закреплённый смартфон напротив лампы, запускаем программу. Калибруем нашу систему измерения: сдвигаем пакет с закреплённым смартфоном так, чтобы люксметр смартфона показал ровно 600 люкс (если в качестве эталона у нас лампа 600 лм). Теперь вывинчиваем эталонную лампу и вкручиваем лампу, которую хотим проверить, не меняя расстояние между светильником и смартфоном. Смартфон покажет значение, которое будет соответствовать световому потоку измеряемой лампы.

Я проверил эту простейшую измерительную установку на семи лампах со световым потоком от 200 до 1000 лм и двух смартфонах — Sony Z3 Dual и ZUK Z1. Точность измерения составила 1-15%.

У светодиодных ламп есть одна особенность — по мере прогрева их световой поток снижается на 11-12% в течение получаса. Мы измеряли лампы сразу после включения, но так как и эталонная лампа была холодной, вся наша измерительная система была более-менее точной.

Повысить точность измерения можно, если вместо смартфона использовать любой люксметр. Подойдёт даже самый дешёвый китайский, за $10. Он может быть плохо откалиброван, но на точность наших измерений это опять же не повлияет. Эталонную лампу и те лампы, световой поток которых мы хотим измерить, лучше прогреть в течение получаса. Люксметр нужно так же жёстко закрепить и расположить на таком расстоянии от светильника, чтобы он показывал ровно столько люксов, сколько люменов даёт эталонная лампа.

Я измерил световой поток тех же семи ламп с помощью люксметра-пульсметра «Люпин».

Измерение с помощью люксметра

Точность измерения стала существенно выше — ошибка всего 0-3%.

Замечу, что у всех официальных аккредитованных лабораторий тоже есть расхождения при измерении. На картинке ниже результаты измерения светового потока одной и той же лампы в 54 разных лабораториях. В среднем расхождения составили 3%, максимально 26%.

Результаты измерения светового потока одной лампы в 54 лабораториях

Вот так, «на коленке», мне удалось достичь точности измерений, которой могут похвастаться не все лаборатории.

Люксметр. Знакомство с прибором для измерения освещённости

Люксметр, по-видимому, — какой-то измерительный прибор. Но что за величину он контролирует, не каждый даст вразумительный ответ. Хорошо, если вспомнят об освещении в комнате или на рабочем месте. И действительно, аппарат предназначен для измерения одной из характеристик световой обстановки. Постараемся подробно осветить этот вопрос: назначение, принцип действия устройства и методы его использования.

Немного теории

В интернете наблюдается большая путаница в научно-технических терминах, касающихся области светотехники. Один и тот же прибор называют по-разному. Рассматриваемое устройство — люксметр, например, иногда выдают за измеритель светового потока, хотя это не так.

Световой поток — это характеристика осветительного элемента, и говорить об этой величине можно только относительно конкретного источника освещения (лампы накаливания, газоразрядного элемента, светодиода и т. д.). Единицей этой характеристики в системе СИ является люмен (лм). Это сила света в 1 канделу (кд) в телесном угле 1 стерадиан (ср).

Измеряют этот параметр с помощью фотометрического шара (сферического интегратора) диаметром 1 или 2 метра, либо настольными интегрирующими сферами размером от 10 см до полуметра. Все эти приборы, естественно, не для бытового применения, поскольку цена даже небольшого отечественного прибора ТКА-КК1 для контроля светодиодов составляет 35 000 рублей.

Поток света, действующий на единицу площади, выражается освещённостью. Единица этой характеристики — люкс (лк) — результат освещения поверхности в 1 м² потоком, равным 1 люмену. Понятие «освещённость» относится не к источнику освещения, а к окружающей среде. Световой поток есть величина постоянная для каждого источника, в то время как освещённость в каждой точке помещения зависит от нескольких факторов:

  • количества источников, находящихся рядом с местом измерения;
  • светового давления каждого из них;
  • расстояния до источников;
  • отражающей способности предметов обстановки.

Что такое люксметр и для чего он нужен?

«Измеряй все, поддающееся измерению, а что не поддаётся — сделай измеряемым» — этот афоризм, приписываемый Галилею, подтверждает, что освещённость тоже можно измерить. Поскольку её единицей служит люкс (по-гречески — свет), то и прибор для измерения освещённости называется люксметр (метр — измеряю). Применяется как внутри помещения, так и на открытом пространстве. В каких случаях он используется?

Установлено, что как слабый, так и чрезмерно яркий свет действует неблагоприятно на протекающие в мозгу процессы. При недостатке освещения падает работоспособность, снижается концентрация внимания, возникает сонливость. Излишне яркий свет приводит к возбуждению нервной системы. И то, и другое создаёт предпосылки для несчастного случая. Поэтому в число плановых мероприятий по охране труда на рабочих местах входит и проверка освещения рабочих мест. ГОСТ Р 55710-2013 устанавливает нормы освещённости (в люксах) помещений различного назначения. Упрощенно, в офисе согласно санитарным нормам и правилам (СНИП) освещённость должна быть от 200 до 300 лк.

Процесс фотосинтеза у растений, в результате которого вырабатываются питательные вещества из углерода воздуха, происходит под воздействием света. При этом растения по-разному реагируют на температурные условия и уровень освещённости. Практически все культурные растения и большинство овощей хорошо развиваются в условиях умеренного освещения. Другие виды требовательны к высокой температуре и освещённости. Поэтому люксметры используют для контроля и поддержания требуемой освещённости для различных культур в тепличных хозяйствах, оранжереях, ботанических садах.

Устройство и принцип работы

Основой любого люксметра является фотоэлемент — полупроводниковое устройство, в котором световые кванты передают свою энергию электронам, в результате чего возникает электрический ток. Сила тока пропорциональна величине освещённости в том месте, где находится фотоприемник.

Другим элементом люксметра служит аналоговый или цифровой индикатор. В механических устройствах электрический ток, преобразуемый гальванометром, вызывает вращательное движение стрелки указателя. В цифровых приборах аналоговый сигнал (электрический ток) с помощью оптико-электронного конвертора преобразуется в цифровой с отображением результата на жидкокристаллическом дисплее. Конструктивно оба узла (фотоприемник и преобразователь) выполняются либо в виде самостоятельных элементов, соединённых между собой проводом, либо в общем корпусе.

Моноблок лучше подходит для оперативного проведения замеров, поскольку меньше весит и удобнее в работе. Однако возникают неудобства при измерении в труднодоступных местах, с разных направлений и регистрации при этом показаний. Поэтому при проведении аттестации рабочих мест чаще всего используют приборы с вынесенным фотодатчиком. Рассмотрим некоторые из наиболее распространённых моделей.

Прибор для измерения освещенности Ю-116

Устройство ещё советской разработки Ю-116 в диапазоне от 1 до 100 000 лк. Состоит из 2-х частей: селенового фотоэлемента и стрелочного гальванометра, служащего для замера показаний. Хранится в футляре в разобранном виде, что обеспечивает надёжную защиту от повреждений. Перед работой фотоприемник соединяют с преобразователем с помощью вилки.

Читать еще:  Mutant Year Zero: Road to Eden — утка, кабан и постапокалипсис

На шкале измерителя имеются 2 концентрические дуговые шкалы. Внутренняя проградуирована от 0 до 30 лк, наружная — от 0 до 100. На фотоэлемент одета светорассеивающая насадка, состоящая из белой полупрозрачной пластмассы и непрозрачного кольца. Обозначена она буквой «К», измерения с ней производятся в указанных выше диапазонах. Имеются ещё 3 фильтра-насадки: М, Р и Т. При установке их параллельно с базовой насадкой К диапазон измерения увеличивается соответственно: в 10, 100 и 1000 раз.

Две кнопки на панели прибора предназначены для переключения с одной шкалы на другую. Когда включена левая кнопка, измерения производятся в диапазонах: 0 – 30, 0 – 300, 0 – 3000, 0 – 30 000 (при установке соответствующих насадок). При включённой правой: 0 – 100, 0 – 1 000, 0 – 10 000, 0 – 100 000. Кроме кнопок на корпусе имеется корректор для установки стрелочного индикатора в нулевое положение.

Люксметр Ю-117 отличается от предшественника лишь большим количеством кнопок. Вместо двух клавиш переключения шкал прибор оснащён пятью кнопками переключения диапазонов, благодаря чему повышается точность измерения. Добавлены также кнопки включения прибора, контроля питания и регулятор установки на ноль. Питание обеих моделей автономное — от гальванического элемента типа «Крона» напряжением 9 В. Цена приборов у разных продавцов — от 6 до 10 тысяч рублей.

Как пользоваться люксметром?

Быстро и безопасно для фотоприемника найти нужный диапазон измерения можно, если действовать в определённой последовательности:

  1. Установите на фотоприемник насадки с максимальным светопоглощением (К и Т), включите правую кнопку, что соответствует измерению максимальной освещённости — 100 000 лк. При отсутствии реакции измерительной стрелки включите левую (до 30 000 лк).
  2. Если стрелка не шевелится, замените фильтр на более прозрачный (Р) и включайте в той же последовательности: сначала правую кнопку, затем левую.
  3. При отсутствии шевеления установите мягкий фильтр (М) и произведите аналогичные манипуляции.
  4. Если в этом случае при нажатой левой кнопке результат будет менее 5 лк, снимите базовую насадку К и заканчивайте поиск.

Чтобы отодвинуть измеряемую величину от области перекрытия двух шкал (в районе 5 – 20 делений), рекомендуется отсчёт измерения начинать с 5 делений по внутренней шкале, или с 20 по наружной. Для этой цели на шкалах отмечены точки начала отсчёта.

Помните: избыточное освещение селенового фотодатчика может повлиять на правильность измерений, поэтому соблюдайте приведённую последовательность действий.

Люксометры Testo

Один из современных измерителей освещённости, наиболее популярных в России — цифровой люксметр Testo 540 (Германия). Прибор выполнен в одном объёме, фотоэлемент интегрирован с корпусом, благодаря чему повышается удобство использования: отсутствует соединительный провод, который может за что-то зацепиться, измерения можно производить одной рукой.

Формой и габаритами девайс напоминает сотовый телефон. Для индикации показаний служит такой же дисплей, а клавиатура содержит всего 3 кнопки: включения, выбор системы измерения (СИ или американская — фут-свеча) и сохранения результатов. Диапазон измерения: 0 – 100 000 лк или 0 – 93 000 фут-свечей.

Прибор как нельзя лучше подходит для применения в повседневной жизни. С его помощью можно измерять уровень освещения в жилых комнатах, школах, детских садах, в теплицах, помещениях для хранения картофеля и так далее. Обращаться с девайсом предельно просто: нажал кнопку включения, выбора системы (треугольник) и — все. Результат высветится практически мгновенно. Для сохранения результата измерения следует нажать кнопку «mode».

Цифровой прибор Testo 545 относится к классу профессиональных устройств для измерения освещённости среды. Светоприемник выполнен отдельно от электронного блока и соединяется с ним проводником. Отличается от младшего брата большими функциональными возможностями:

  • память для хранения до 3000 результатов измерений;
  • сохранение в памяти 99 мест измерения;
  • подключение к персональному компьютеру;
  • построение объёмного графика величины освещенности в пределах помещения;
  • распечатка данных на принтере.

Этот прибор используется в процессе измерении освещенности зданий, сооружений, а также улиц, дорог и других общественных мест. Цена люксметра Testo 540 сравнима с ценой прибора Ю-116 (около 10 тысяч), а Testo 545 продается за 35 тысяч рублей.

Люксметр является одним из наиболее доступных и в то же время эффективных приборов для измерения параметров освещённости объекта. Его использование обеспечивает комфортные условия для человека, как в производственной обстановке, так и в повседневной жизни. Надеемся, что предложенная статья поможет вам сориентироваться, выбирая прибор с нужными возможностями за приемлимую цену.

Новая статья: Как сделать измеритель светового потока за 87 рублей

Светодиодное освещение прочно вошло в нашу жизнь, светодиодные лампочки уже продаются даже в продуктовых магазинах, а на полках хозяйственных и строительных супермаркетов светодиодных ламп даже больше, чем обычных ламп накаливания и компактных люминесцентных (энергосберегающих) вместе взятых.

К сожалению, производители часто обманывают покупателей, указывая на упаковке сильно завышенные значения светового потока и эквивалента лампы накаливания. Вы покупаете лампу, на которой написано «600 лм, эквивалент лампы накаливания 60 Вт», приносите её домой, включаете и осознаёте, что светит она явно тусклее, чем 60-ваттная лампа накаливания. К счастью, по закону о правах потребителя светодиодные лампы можно возвращать в любой магазин в течение 14 дней (а во многие гипермаркеты и в течение 30, 60 дней и даже года). Возврат возможен из-за того, что лампочки (в том числе и светодиодные) до сих пор не считаются сложным техническим товаром.

Для того чтобы понять, сколько в действительности света даёт лампа нужно измерить её световой поток. Обычно для измерения светового потока (общего количества света, которое даёт лампа) используется дорогое лабораторное оборудование (гониофотометры, измерительные интегрирующие сферы), которое стоит десятки тысяч долларов. Я предлагаю способ, который позволяет достаточно точно измерить световой поток лампы, потратив всего 87 рублей.

Главная проблема при измерении светового потока — неравномерность яркости света в разных направлениях у разных типов ламп. Некоторые лампы больше светят вперёд, некоторые больше светят в стороны, некоторые почти равномерно светят во все стороны.

Для измерения нужно как-то получить среднее значение яркости лампы. Обычно для этого лампу помещают внутрь интегрирующей сферы, покрытой сверхбелой матовой краской из сульфата бария. Свет многократно отражается от стенок и попадает на датчик. Гониофотометр вращает лампу в горизонтальной плоскости, делает множество измерений яркости в каждой точке вращения и рассчитывает общее количество света, которое даёт лампа. Мы поступим проще.

Нам понадобится светильник с шарообразным матовым пластиковым колпаком. Этот матовый колпак и будет усреднять яркость излучения лампы в разных направлениях. Такой светильник можно купить за 87 рублей в магазинах «Леруа Мерлен». На картинке там другой светильник со стеклянным плафоном — не обращайте внимания: в самих магазинах то, что надо.

Светильник за 87 рублей

Точное называние светильника — «Светильник НББ-60 (прямое основание) шар пластик, белый», производитель ООО «Аксиома», Москва.

Светильник со снятым плафоном

В качестве измерителя яркости (люксметра) можно использовать почти любой смартфон на Android. У большинства смартфонов есть датчик освещённости (он расположен над экраном), который используется для регулировки яркости экрана в зависимости от внешнего освещения.

В Play Market есть множество программ-люксметров, я рекомендую установить простую и удобную программу Sensors Multitool. После запуска программы переходим на вкладку Light и видим значение освещённости. Люксметр у всех смартфонов не калиброванный, и у разных смартфонов он будет показывать совершенно разные значения, которые могут отличаться от реальных вдвое, но на точность наших измерений это никак не повлияет.

Закрепляем светильник на любой поверхности (я использовал кусок фанеры). Смартфон прикрепляем двумя резинками к пакету молока или сока.

Для измерения нам потребуется эталонная лампа. Я рекомендую использовать лампу IKEA 600 Lm 303.059.76 LED1466G9. Эта лампа имеет световой поток, точно соответствующий заявленному, и очень небольшой разброс по световому потоку у разных экземпляров.

Конечно, можно использовать и обычную лампу накаливания, но важно помнить, что, во-первых, световой поток ламп накаливания очень сильно зависит от напряжения в сети, во-вторых, разные экземпляры ламп производства российских и белорусских заводов могут сильно различаться по световому потоку. Тем не менее вы всегда сможете узнать, больше или меньше света даёт светодиодная лампа по сравнению с лампой накаливания.

Закручиваем плафон, включаем лампу, размещаем закреплённый смартфон напротив лампы, запускаем программу. Калибруем нашу систему измерения: сдвигаем пакет с закреплённым смартфоном так, чтобы люксметр смартфона показал ровно 600 люкс (если в качестве эталона у нас лампа 600 лм). Теперь вывинчиваем эталонную лампу и вкручиваем лампу, которую хотим проверить, не меняя расстояние между светильником и смартфоном. Смартфон покажет значение, которое будет соответствовать световому потоку измеряемой лампы.

Я проверил эту простейшую измерительную установку на семи лампах со световым потоком от 200 до 1000 лм и двух смартфонах — Sony Z3 Dual и ZUK Z1. Точность измерения составила 1-15%.

У светодиодных ламп есть одна особенность — по мере прогрева их световой поток снижается на 11-12% в течение получаса. Мы измеряли лампы сразу после включения, но так как и эталонная лампа была холодной, вся наша измерительная система была более-менее точной.

Повысить точность измерения можно, если вместо смартфона использовать любой люксметр. Подойдёт даже самый дешёвый китайский, за $10. Он может быть плохо откалиброван, но на точность наших измерений это опять же не повлияет. Эталонную лампу и те лампы, световой поток которых мы хотим измерить, лучше прогреть в течение получаса. Люксметр нужно так же жёстко закрепить и расположить на таком расстоянии от светильника, чтобы он показывал ровно столько люксов, сколько люменов даёт эталонная лампа.

Я измерил световой поток тех же семи ламп с помощью люксметра-пульсметра «Люпин».

Измерение с помощью люксметра

Точность измерения стала существенно выше — ошибка всего 0-3%.

Замечу, что у всех официальных аккредитованных лабораторий тоже есть расхождения при измерении. На картинке ниже результаты измерения светового потока одной и той же лампы в 54 разных лабораториях. В среднем расхождения составили 3%, максимально 26%.

Результаты измерения светового потока одной лампы в 54 лабораториях

Вот так, «на коленке», мне удалось достичь точности измерений, которой могут похвастаться не все лаборатории.

Рейтинг блогов и записей Живого Журнала

Светодиодное освещение прочно вошло в нашу жизнь, светодиодные лампочки уже продаются даже в продуктовых магазинах, а на полках хозяйственных и строительных супермаркетов светодиодных ламп уже больше, чем обычных ламп накаливания и компактных люминесцентных (энергосберегающих) вместе взятых.

К сожалению, производители часто обманывают покупателей, указывая на упаковке сильно завышенные значения светового потока и эквивалента лампы накаливания. Вы покупаете лампу, на которой написано «600 Лм, эквивалент лампы накаливания 60 Вт», приносите её домой, включаете и осознаёте, что светит она явно тусклее, чем 60-ваттная лампа накаливания. К счастью, по закону о правах потребителя светодиодные лампы можно возвращать в любой магазин в течение 14 дней (а во многие гипермаркеты и в течение 30 дней, 60 дней и даже года). Возврат возможен из-за того, что лампочки (в том числе и светодиодные) до сих пор не считаются сложным техническим товаром.

Читать еще:  Computex 2013: трансформируемые новинки ASUS и Acer

Для того, чтобы понять, сколько в действительности света даёт лампа нужно измерить её световой поток.

Обычно для измерения светового потока (общего количества света, которое даёт лампа) используется дорогое лабораторное оборудование (гониофотометры, измерительные интегрирующие сферы), которое стоит десятки тысяч долларов. Я изобрёл способ, как достаточно точно измерить световой поток лампы, потратив всего 87 рублей.

Главная проблема при измерении светового потока — неравномерность яркости света в разных направлениях у разных типов ламп. Некоторые лампы больше светят вперёд, некоторые больше светят в стороны, некоторые почти равномерно светят во все стороны.

Для измерения нужно как-то получить среднее значение яркости лампы. В интегрирующих сферах лампу помещают внутрь сферы, покрытой сверхбелой матовой краской из сульфата бария. Свет многократно отражается от стенок сферы и попадает на датчик. Гониофотометр вращает лампу в горизонтальной плоскости, делает множество измерений яркости в каждой точке вращения и рассчитывает общее количество света, которое даёт лампа. Мы поступим проще.

Нам понадобится светильник с шарообразным матовым пластиковым колпаком. Этот матовый колпак и будет усреднять яркость излучения лампы в разных направлениях. Такой светильник можно купить за 87 рублей в магазинах Леруа Мерлен. На картинке там другой светильник со стеклянным плафоном — не обращайте внимание: в самих магазинах то, что надо.

Точное называние светильника «Светильник НББ-60 (прямое основание) шар пластик, белый», производитель ООО «Аксиома», Москва.

В качестве измерителя яркости (люксметра) можно использовать почти любой смартфон на Android. У большинства смартфонов есть датчик освещённости (он расположен над экраном), который используется для регулировки яркости экрана в зависимости от внешнего освещения.

В Play Market есть множество программ-люксметров, я рекомендую установить простую и удобную программу Sensors Multitool. После запуска программы переходим на вкладку Light и видим значение освещённости. Люксметр у всех смартфонов не калиброванный и у разных смартфонов он будет показывать совершенно разные значения, которые могут отличаться от реальных двое, но на точность наших измерений это никак не повлияет.

Закрепляем светильник на любой поверхности (я использовал кусок фанеры). Смартфон прикрепляем двумя резинками к пакету молока или сока.

Для измерения нам потребуется эталонная лампа. Я рекомендую использовать лампу IKEA 600 Lm 303.059.76 LED1466G9. Эта лампа имеет световой поток, точно соответствующий заявленному и очень небольшое отличие по световому потоку у разных экземпляров.

Конечно, можно использовать и обычную лампу накаливания, но важно помнить, что во-первых световой поток ламп накаливания очень сильно меняется от напряжения в сети, во-вторых разные экземпляры ламп производства российских и белорусских заводов могут сильно отличаться по световому потоку. Тем не менее вы всегда сможете узнать, больше или меньше света даёт светодиодная лампа по сравнению с лампой накаливания.

Закручиваем плафон, включаем лампу, размещаем закреплённый смартфон напротив лампы, запускаем программу. Калибруем нашу систему измерения: сдвигаем пакет с закреплённым смартфоном так, чтобы люксметр смартфона показал ровно 600 Люкс (если в качестве эталона у нас лампа 600 Лм). Теперь вывинчиваем эталонную лампу и вкручиваем лампу, которую хотим измерить, не меняя расстояние между светильником и смартфоном. Смартфон покажет значение, которое будет соответствовать световому потоку измеряемой лампы.

Я проверил эту простейшую измерительную установку на семи лампах со световым потоком от 200 до 1000 Лм и двух смартфонах — Sony Z3 Dual и ZUK Z1. Точность измерения составила 1-15%.

У светодиодных ламп есть одна особенность — по мере прогрева они снижают световой поток на 11-12% в течение получаса. Мы измеряли лампы сразу после включения, но так как и лампа эталон была холодной, вся наша измерительная система была более-менее точной.

Повысить точность измерения можно, если вместо смартфона использовать любой люксметр. Подойдёт даже самый дешёвый китайский за $10. Он может быть плохо откалиброван, но на точность наших измерений это опять же не повлияет. Эталонную лампу и те лампы, световой поток которых мы хотим измерить, лучше прогреть в течение получаса. Люксметр нужно так же жёстко закрепить и расположить на таком расстоянии от светильника, чтобы он показывал ровно столько люкс, сколько люмен даёт эталонная лампа.

Я измерил те же семь ламп с помощью люксметра-пульсметра Люпин.

Точность измерения стала существенно выше — ошибка всего 0-3%.

Замечу, что у всех официальных аккредитованных лабораторий тоже есть расхождения при измерении. На картинке ниже результаты измерения светового потока одной и той же лампы в 54 разных лабораториях. В среднем расхождения составили 3%, максимально 26%.

Вот так, «на коленке», мне удалось достичь точности измерений, которой могут похвастаться не все лаборатории.

Как сделать измеритель светового потока за 87 рублей

Индикатор светового излучения

Автор: SSMix
Опубликовано 20.09.2014
Создано при помощи КотоРед.

Предлагаемый Вашему вниманию многофункциональный прибор может использоваться для многих целей: как люксметр для измерения уровня светового излучения, как измеритель индекса ультрафиолетового излучения, как индикатор формы видимого и инфракрасного излучения от разных источников с осциллографированием в полосе частот от 20Гц до 200кГц и выводом осциллограммы на графический ЖКИ. Благодаря малым габаритам прибора и легкости в использовании он станет незаменимым помощником при выборе и покупке безопасных для здоровья энергосберегающих лампочек, мониторов, телевизоров, смартфонов, планшетов, телефонов и всего прочего, излучающего свет или имеющего дисплей. Таким прибором можно легко проверить эффективность солнцезащитных очков, исправность любого ИК-пульта, а также производить сравнения по силе света разных источников, например лампочек или светодиодов.

История создания описываемого в данной статье прибора следующая. В своё время автор никак не мог понять один интересный момент. Раньше, работая по 4-6 часов в день за кинескопным монитором Samsung без каких-либо неприятных ощущений, а затем пересев на новый ЖК-монитор LG L1715S, уже через 30-40 минут появлялась резь и покраснение в глазах, а затем добавлялась головная боль. Аналогичный эффект проявлялся и при длительном пользовании смартфоном Nokia 6220 classic. Выяснить причину это явления удалось случайно через несколько лет.

Проблема оказалась в ШИМ-модуляции подсветки дисплея. Видимо, производители упомянутых выше устройств не особенно заморачивались с регулировкой яркости подсветки, и использовали самый примитивный способ, т.е. диммирование. Какие последст-вия для самочувствия и здоровья пользователей имеет мерцание экрана (с полным размахом по яркости, кстати), производителей похоже не интересует.
В сети Интернет есть форумы, посвящённые выбору мониторов и телевизоров без ШИМ-мерцания. Для выявления ШИМ используются в основном “карандашный тест” (стробоскопический эффект при кратности частоты колебаний зажатого между двумя пальцами карандаша и частоты ШИМ) и видео камеры телефонов, но надежней и точней, пожалуй, использование фотодиода и осциллографа. Правда, при непосредственном подключении фотодиода к стандартному 1М-омному входу осциллографа имеет место сильный завал частотной характеристики из-за низкой скорости заряда-разряда суммарной ёмкости в образовавшейся RC-цепи.

На практике таким способом можно увидеть пульсации сигнала частотой до нескольких кГц (в зависимости от суммарной ёмкости фотодиода, кабеля, осциллографа и монтажа).
Нагрузив фотодиод сопротивлением 10…100 кОм можно расширить частотный диапазон измерений за счет уменьшения постоянной времени τ=RC, однако при этом во столько же раз упадёт чувствительность.
На практике фотодиод обычно используют совместно с операционным усилителем (ОУ) по следующей типовой схеме включения:

“Секрет” данной схемы заключается в том, что при заземленном неинвертирующем входе ОУ отрицательная обратная связь стремится установить такое напряжение на выходе усилителя, чтобы выровнять потенциал с инвертирующим входом. А поскольку фотодиод включен непосредственно между входами ОУ, создаётся режим работы, близкий к короткому замыканию для фотодиода, что обеспечивает малое τ, и, как следствие, высокое быстродействие схемы.
При помощи такой схемы было выяснено, что у монитора LG L1715S имеет место мерцание частотой 100кГц промодулированное частотой около 375Гц. У смартфона Nokia 6220 classic измеренная частота ШИМ составила 290-295Гц. При максимальной яркости подсветки мерцание исчезает, но яркость получается слишком избыточной.
Вот лишь несколько кратких выдержек из различных статей о негативном воздействии мерцания света, выложенных в Интернете:

“Одной из важных характеристик искусственного освещения является пульсация светового потока или, как часто говорят, мерцание света. Пульсация светового потока на глаз практически не воспринимается, так как частота пульсации превышает критическую частоту слияния мельканий, но неблагоприятно влияет на человека, вызывая повышенную утомляемость. Отрицательное воздействие пульсации возрастает с ее увеличением, появляется напряжение на глазах, усталость, трудность сосредоточения на сложной работе, головная боль.”
“По санитарным нормам при работе с монитором компьютера уровень пульсаций, частотой до 300 Гц, не должен превышать 5%.”
“Частота пульсаций светового потока 100 Гц превышает критическую частоту слияния световых мельканий, поэтому колебания света зрительно не воспринимаются, однако их отрицательное воздействие на организм человека установлено в многочисленных исследованиях. Многочисленными экспериментами установлено, что при частоте колебаний света 100 Гц отрицательное воздействие на организм человека достаточно мало только при глубине пульсации не более 5-6 %. При питании источников света током частотой 300 Гц и выше глубина пульсации не имеет значения, так как на эту частоту мозг не реагирует.”
“Установлено, что повышенная пульсация освещенности оказывает негативное воздействие на центральную нервную систему, причем в большей степени – непосредственно на нервные элементы коры головного мозга и фоторецепторные элементы сетчатки глаз.
Исследования показывают, что у человека снижается работоспособность (производительность труда и качество выполняемых работ), появляется напряжение в глазах, повышается усталость, труднее сосредотачиваться на сложной работе, ухудшается память, чаще возникает головная боль. Отрицательное воздействие пульсации возрастает с увеличением ее глубины.
По данным Института высшей нервной деятельности и нейрофизиологии АН СССР (РАН), мозг пользователя ПЭВМ крайне отрицательно реагирует на два (и более) одновременных, но различных по частоте и не кратных друг другу ритма световых раздражений. При этом на биоритмы мозга накладываются пульсации от изображений на экране дисплея и пульсации от осветительных установок.”
СанПиН 2.2.2/2.4.1340-03 «Гигиенические требования к персональным электронно-вычислительным машинам и организации работы». Пункт 6.14: «Коэффициент пульсации не должен превышать 5%».

Таким образом, отрицательное воздействие на человека оказывает вообще освещение с мерцанием. Те же энергосберегающие и светодиодные лампочки в зависимости от производителя могут также иметь запредельный уровень пульсаций, а при их старении, по мере выгорания люминофора, склонны добавлять ещё и долю ультрафиолета!
Также существенное влияние оказывает именно импульсный характер ШИМ-пульсаций светодиодной подсветки дисплеев. Поскольку светодиоды обладают малой инерционностью в процессе включения/выключения, возникает резкий перепад импульсов света в отличие от прежних кинескопных экранов.
Поэтому возникла идея разработать карманный прибор для оценки безопасности мониторов, телевизоров, лампочек и т.п., чтобы не таскать с собой осциллограф с разными приставками.
В результате получился прибор со следующими техническими характеристиками:

— диапазон развертки для осциллографирования
светового излучения (380. 1100 нм)…………………. 5мс/дел…5мкс/дел
— максимальная частота дискретизации АЦП.………. 1 МГц
— диапазон измеряемой частоты………………………. 20Гц…200кГц
— коэф. пульсаций………………………………………. 0…100%
— диапазон измерения УФ излучения (240. 370 нм)….0…20UVI*
— диапазон измерения уровня освещённости в
видимом диапазоне светового излучения……………. 0…100000 люкс
— дисплей………………………………………………. графический ЖК, 96х68 пикс.
— питание…………………………………………………. Li-Po аккумулятор (150мА∙ч)
— потребляемый ток в рабочем режиме………………. 13 мА
— потребляемый ток в энергосберегающем режиме……22 мкА
— габаритные размеры……………………………………. 65х50х17,5мм
— вес………………………………………………………. 40г.

Читать еще:  Palm IIIc. Цветной карманный компьютер от Palm Inc.

*При индексе УФ излучения менее 0 UVI замер производится в диапазоне (0…69) мВт/см2.

Для измерений используются 3 датчика: 1) УФ излучения, 2) для осциллографирования, и 3) уровня освещённости, с которых на дисплей прибора выводится следующая информация:

В верхней строке:
— индекс ультрафиолетового излучения (UVI) или мощность в мВт/см2;
— напряжение аккумулятора (в Вольтах) в первые 3 сек. после включения питания, затем уровень освещённости в люксах;
— символ батарейки, заполняемый пропорционально уровню заряда аккумулятора.
В основной части экрана выводится осциллограмма светового излучения с сеткой.
В нижней строке:
— коэффициент пульсаций светового излучения в %;
— частота пульсаций;
— скорость развертки.
В самом низу экрана выводится аналоговая шкала уровня осциллографируемого светового излучения для оценки его интенсивности.
Масштабирование осциллограммы по вертикали осуществляется автоматически. По горизонтали переключение скорости развертки по умолчанию после включения осуществляется автоматически (символ * после скорости развёртки). При кратковременном нажатии кнопки “ ” осуществляется выбор скорости вручную. При этом символ * после скорости развёртки исчезает. Повторное включение автоматического переключения скорости развёртки осуществляется одновременным нажатием кнопок “ ”. При нажатии и удержании кнопки “>” более 2 сек происходит фиксация всех показаний на дисплее (кроме символа батареи). Переход в режим замеров осуществляется по нажатию любой кнопки.
При отсутствии нажатия кнопок в течение 2 мин после включения питания происходит переход в энергосберегающий режим с выводом сообщения о выключении. В течение 5 секунд нажатием любой из кнопок можно отменить выключение. Для повторного включения прибора необходимо кратковременно нажать любую из кнопок или выключить и заново включить питание.

Схема электрическая прибора:

Для его удешевления выбран недорогой микроконтроллер DD1 STM32F050F4P в корпусе TSSOP20, имеющий на борту 16кБ Flash-памяти, 4кБ ОЗУ, АЦП с максимальной частотой выборок 1МГц, и обладающий быстродействием ядра до 48 МГц. На выбор главным образом повлияла очень низкая цена и довольно быстродействующий 12-разрядный АЦП.
Тактовый генератор микроконтроллера работает от кварца 4 МГц с умножением до 28 МГц. Данная частота выбрана для получения максимальной скорости выборок встроенного АЦП.
Для индикации использован дешевый и пока ещё доступный у ремонтников дисплей от серии телефонов Nokia 1202_1203_1280 с разрешением 96х68 пикс. Черно-белый дисплей выбран для удобства считывания с него данных при ярком солнечном свете, т.к. цветной дисплей в при таком интенсивном освещении становится практически нечитаемым. Выбранный дисплей имеет встроенную светодиодную подсветку, яркость которой можно установить подбором сопротивления резистора R25.
В качестве датчика для осциллографирования HL1 использован быстродействующий фотодиод SFH229, работающий в широком спектральном диапазоне 380. 1100 нм. Он подключен по типовой схеме к ОУ DA1.2 MCP6022. Коэффициент передачи для очень малых сигналов определяется сопротивлением резистора R6, а для больших – R1.
В качестве датчика ультрафиолетового излучения использован фотодиод HL2 GUVA-S12SD, работающий в диапазоне UV-B (240. 370нм), и имеющий нормированную характеристику индекса ультрафиолетового солнечного излучения. Данный фотодиод можно заказать в Китае, а можно аккуратно (двумя паяльниками) выпаять из готовой платы UV Sensor TOY0044 (слева) или SEN00700P (справа):

Такие готовые платы используются в качестве внешних модулей для Arduino и широко распространены в Интернет-магазинах. Схема включения фотодиода скопирована с платы TOY0044. Для усилителя сигнала использована вторая половинка ОУ DA1.2.
В качестве датчика освещенности DA4 использован очень дешевый аналоговый сенсор NOA1211 от On Semiconductor, представляющий собой совмещённые в одном корпусе фотодиод с усилителем с переключаемым коэффициентом усиления по выводам GB1, GB2. Поскольку у микроконтроллера задействованы все линии, GB1 и GB2 подключены к питающему напряжению, что соответствует минимальной чувствительности и самому широкому диапазону измерений от 0 до 100000 люкс. Токовый выход датчика нагружен на цепь R5, C6, с которой полученное напряжение подаётся на вход АЦП микроконтроллера.
Питание на датчики и дисплей подаётся через ключ VT1, управляемый микроконтроллером.
Напряжение питания составляет +3В, и формируется линейным стабилизатором DA3 MCP1700-3002E/TT, который через выключатель питания SA1 подключается к аккумулятору GB1. Резистор R17 предназначен для быстрой разрядки ёмкостей по цепи питания и сброса микроконтроллера, что ускоряет последующее включение.
Для зарядки аккумулятора использована специализированная микросхема DA2 MCP73831T-2ATI. Ток зарядки задаётся сопротивлением резистора R11 и в данном случае составляет 100 мА. Зарядка осуществляется от внешнего источника напряжением 5В, подключаемым к разъёму X1 miniUSB. Светодиоды HL3, HL4 служат для индикации процесса зарядки. Красный светодиод HL3 указывает на заряд, зелёный HL4 – на завершение.
Разъём X2 предназначен для программирования микроконтроллера через интерфейс USART. Если на выводе 1 (BOOT0) DD1 в момент подачи питания или после сброса присутствует лог.1 – задействуется внутренний бутлоадер для загрузки программы извне. Высокий уровень может быть сформирован как от программатора, так и установкой джампера на контакты разъёма X3 (справа по схеме). Для работы микроконтроллера на выводе 1 (BOOT0) DD1 должен присутствовать лог.0.
Прибор собран на односторонней печатной плате толщиной 1 мм с габаритами 58,5х43,5 мм, разработанной под стандартный пластиковый корпус Z69.

Dodwee

Как сделать измеритель светового потока за 87 рублей

  • 20.04.2016

Светодиодное освещение прочно вошло в нашу жизнь, светодиодные лампочки уже продаются даже в продуктовых магазинах, а на полках хозяйственных и строительных супермаркетов светодиодных ламп даже больше, чем обычных ламп накаливания и компактных люминесцентных (энергосберегающих) вместе взятых.

К сожалению, производители часто обманывают покупателей, указывая на упаковке сильно завышенные значения светового потока и эквивалента лампы накаливания. Вы покупаете лампу, на которой написано «600 лм, эквивалент лампы накаливания 60 Вт», приносите её домой, включаете и осознаёте, что светит она явно тусклее, чем 60-ваттная лампа накаливания. К счастью, по закону о правах потребителя светодиодные лампы можно возвращать в любой магазин в течение 14 дней (а во многие гипермаркеты и в течение 30, 60 дней и даже года). Возврат возможен из-за того, что лампочки (в том числе и светодиодные) до сих пор не считаются сложным техническим товаром.

Для того чтобы понять, сколько в действительности света даёт лампа нужно измерить её световой поток. Обычно для измерения светового потока (общего количества света, которое даёт лампа) используется дорогое лабораторное оборудование (гониофотометры, измерительные интегрирующие сферы), которое стоит десятки тысяч долларов. Я предлагаю способ, который позволяет достаточно точно измерить световой поток лампы, потратив всего 87 рублей.

Главная проблема при измерении светового потока — неравномерность яркости света в разных направлениях у разных типов ламп. Некоторые лампы больше светят вперёд, некоторые больше светят в стороны, некоторые почти равномерно светят во все стороны.

Для измерения нужно как-то получить среднее значение яркости лампы. Обычно для этого лампу помещают внутрь интегрирующей сферы, покрытой сверхбелой матовой краской из сульфата бария. Свет многократно отражается от стенок и попадает на датчик. Гониофотометр вращает лампу в горизонтальной плоскости, делает множество измерений яркости в каждой точке вращения и рассчитывает общее количество света, которое даёт лампа. Мы поступим проще.

Нам понадобится светильник с шарообразным матовым пластиковым колпаком. Этот матовый колпак и будет усреднять яркость излучения лампы в разных направлениях. Такой светильник можно купить за 87 рублей в магазинах «Леруа Мерлен». На картинке там другой светильник со стеклянным плафоном — не обращайте внимания: в самих магазинах то, что надо.

Светильник за 87 рублей

Точное называние светильника — «Светильник НББ-60 (прямое основание) шар пластик, белый», производитель ООО «Аксиома», Москва.

Светильник со снятым плафоном

В качестве измерителя яркости (люксметра) можно использовать почти любой смартфон на Android. У большинства смартфонов есть датчик освещённости (он расположен над экраном), который используется для регулировки яркости экрана в зависимости от внешнего освещения.

В Play Market есть множество программ-люксметров, я рекомендую установить простую и удобную программу Sensors Multitool. После запуска программы переходим на вкладку Light и видим значение освещённости. Люксметр у всех смартфонов не калиброванный, и у разных смартфонов он будет показывать совершенно разные значения, которые могут отличаться от реальных вдвое, но на точность наших измерений это никак не повлияет.

Закрепляем светильник на любой поверхности (я использовал кусок фанеры). Смартфон прикрепляем двумя резинками к пакету молока или сока.

Для измерения нам потребуется эталонная лампа. Я рекомендую использовать лампу IKEA 600 Lm 303.059.76 LED1466G9. Эта лампа имеет световой поток, точно соответствующий заявленному, и очень небольшой разброс по световому потоку у разных экземпляров.

Конечно, можно использовать и обычную лампу накаливания, но важно помнить, что, во-первых, световой поток ламп накаливания очень сильно зависит от напряжения в сети, во-вторых, разные экземпляры ламп производства российских и белорусских заводов могут сильно различаться по световому потоку. Тем не менее вы всегда сможете узнать, больше или меньше света даёт светодиодная лампа по сравнению с лампой накаливания.

Закручиваем плафон, включаем лампу, размещаем закреплённый смартфон напротив лампы, запускаем программу. Калибруем нашу систему измерения: сдвигаем пакет с закреплённым смартфоном так, чтобы люксметр смартфона показал ровно 600 люкс (если в качестве эталона у нас лампа 600 лм). Теперь вывинчиваем эталонную лампу и вкручиваем лампу, которую хотим проверить, не меняя расстояние между светильником и смартфоном. Смартфон покажет значение, которое будет соответствовать световому потоку измеряемой лампы.

Я проверил эту простейшую измерительную установку на семи лампах со световым потоком от 200 до 1000 лм и двух смартфонах — Sony Z3 Dual и ZUK Z1. Точность измерения составила 1-15%.

У светодиодных ламп есть одна особенность — по мере прогрева их световой поток снижается на 11-12% в течение получаса. Мы измеряли лампы сразу после включения, но так как и эталонная лампа была холодной, вся наша измерительная система была более-менее точной.

Повысить точность измерения можно, если вместо смартфона использовать любой люксметр. Подойдёт даже самый дешёвый китайский, за $10. Он может быть плохо откалиброван, но на точность наших измерений это опять же не повлияет. Эталонную лампу и те лампы, световой поток которых мы хотим измерить, лучше прогреть в течение получаса. Люксметр нужно так же жёстко закрепить и расположить на таком расстоянии от светильника, чтобы он показывал ровно столько люксов, сколько люменов даёт эталонная лампа.

Я измерил световой поток тех же семи ламп с помощью люксметра-пульсметра «Люпин».

Измерение с помощью люксметра

Точность измерения стала существенно выше — ошибка всего 0-3%.

Замечу, что у всех официальных аккредитованных лабораторий тоже есть расхождения при измерении. На картинке ниже результаты измерения светового потока одной и той же лампы в 54 разных лабораториях. В среднем расхождения составили 3%, максимально 26%.

Результаты измерения светового потока одной лампы в 54 лабораториях

Вот так, «на коленке», мне удалось достичь точности измерений, которой могут похвастаться не все лаборатории.

Ссылка на основную публикацию
Статьи c упоминанием слов:

Adblock
detector