Варзанов Простой дешёвый спектрометр доклад


Чтобы посмотреть этот PDF файл с форматированием и разметкой, скачайте его и откройте на своем компьютере.
Измерение индекса цветопередачи

светодиод
ов, дешѐвый спектрометр
для этой цели, ожидаемые социальные последствия производства.


А.В. Варзанов, НПК ГОИ

т
. 8
-
xxx
-
xxxxxxx

e
-
mail

varzanov
@
mail
.
ru



Семь лет назад принят

закон
№261
-
ФЗ
о запрете ламп накаливания
.
Индекс
цветопередачи экономичных люменесцентных и светодиодных светильников ниже, и
нет на рынке компактного доступного по цене прибора для его измерения. С этой
целью разработан спектрометр, целесообразность прои
зводства хочется обсудить.


------------



Недорогой спектрометр, р
азработанный

в основном для контроля
качества освещения
,

имеет вид
:


Рис.1


Построен по классической призменной схеме, едва ли нужно в стенах ГОИ

обсуждать
еѐ работу. Отметим только

цен
у
,

которая многократно ниже, чем у других имеющихся
на рынке спектрометров. Разрешающая способность невысока, «для науки» он не

пригоден, но для контроля освещѐнности рабочих мест, теплиц, для оценки индекса
цветопередачи светодиодов и других подобных задач
еѐ хватит, а других целей при его
разработке и не
ставилось.


Отметим высокую светосилу призменного спектрометра (свет не уходит на спектры не
используемых порядков), его механическую прочность, а также простоту и понятность
работы
призменной схемы
для не
профессионал
ов
.


Для регистрации спектра используется 128
-
элементная линейка фотодиодов
TSL
1401
,
в ней
каждый фотодиод имеет свой усилитель и два
конденсатора накопления. Для
управления линейкой используется контроллер
Arduino
,
для записи спектров на карту

MicroSD



соответствующая плата расширения («шилд», в терминах
Arduino
)


Процедура вычисления индекса цветопередачи описана в ГОСТ ГОСТ 23198
-
94.

Сначала спектр подсветки
у
множается на спектры эталонных красок, приведѐнные в
ГОСТе:



Рис.2


Затем с испол
ьзованием приведѐнных в ГОСТе трѐх спектральных кривых
чувствительности «фотоприемников» эти краски отображаются точками на сигнальную
плоскость. Затем эти же краски освещаются спектрами АЧТ различных температур,
отраженные спектры также переводятся в сигн
альную плоскость, их называют
«спектрами сравнения». Из всех спектров сравнения выбирают тот, который по
приведѐнному в ГОСТе критерию дает в сигнальной плоскости минимальное отличие
от измеряемого спектра, в зависимости от этого отличия по приведѐнной в Г
ОСТе
формуле вычисляется индекс цветопередачи

CRI
.


Этим достаточно громоздким процедурам
был посвящен доклад автора на предыдущей
конференции «Прикладная оптика 2012», тогда же была представлена написанная под
Windows

программа вычисления индекса цветопер
едачи. Разработка рассматриваемого
сейчас спектрометра началась недавно, никак не финансировалась, потому
CRI

пока
вычисляется на обычном компьютере по записанным на
Micr
o
SD

спектрам
тестируемых источников.


Самое главное, что
едва ли
вообще нужно

сосредо
тачиваться на вычислении этих
индексов. Те немногие люди, для которых правильная цветопередача очень важна,
просто используют лампы накаливания или галогенные лампы, для которых этот
индекс
заведомо
практически равен 100%. Подавляющему большинству других
людей
небольшое изменение цветов при искусственном освещении никакого неудобства не
доставляет. Тем не менее многие люди не любят свет энергосберегающих
светильников, а проведѐнное в Контакте голосование дало так
ие

результат
ы
:



Рис.3


Как видим, более 40% предпочитают свет ламп накаливания свету даже самых лучших
энергосберегающих светильников.
Если учитывать голоса только женщин (похоже, они
более чувствительны

к качеству света
), увидим, что уже половине из них свет даже
самых лучших э
нергосберегающих ламп
менее комфортен
:


Рис.4

Е
сть

люди, плохо переносящие свет дисплеев и энергосберегающих ламп,
они
используют компьютер по
-
минимому,
в Контакте «не сидят»
,

потому не приняли
участие в голосовании
. Среди твѐрдо и однозначно предпочитающ
их лампы
накаливания


доктор биологических наук, хорошие и известные поэты. Один из
отзывов, опубликованных участницей опроса:




Одной из возможных причин такой реакции на свет светодиодных светильников может
быть большое число
в их свете квантов
синего

света
, с наибольшей энергией кванта
, в
наибольшей степени способных разрушать биологические молекулы
. На рисунке 5 в
верхней части показаны спектры АЧТ с температурой 1500, 3000 и 6000К и спектры
синего, зелѐного, красного светодиодов, внизу



спектры раз
личных светодиодов
«холодного» и «тѐплого»
белого света:


Рис.5

На первый взгляд, солнечный свет (примерно АЧТ 6000К) содержит синего света
заведомо больше, чем свет любого свето
д
иода.


В действительности это не так. На рисунке 6 показан спектр пропускани
я атмосферы
Земли при угле места
Солнца
30° и МДВ 10 километров:


Рис.6

Видим, что на длине волны 400нм пропускание лишь 10%, остальное рассеивается и
поглощается атмосферой Земли, и даже в этих условиях никто не работает с текстами
весь

день при прямом с
олнечном освещении.
А в

свете ламп накаливания

(температура
менее 3000К) количество синих квантов невелико, существенно меньше, чем с длиной
волны 500
-
550нм, к которым наиболее чувствителен глаз человека.


Другой механизм, вызывающий некомфортность энергос
берегающих ламп для
пользователей, может быть связан с механизмом выравнивания колбочек по
спектральным характеристикам. Для примера на рис.7 показаны спектры фотодиодов
ФД8к


все кремниевые, с одного завода, из одной коробки, механизм работы один и
тот ж
е, а спектральные характеристики различаются:


Рис.7


Колбочки человеческого глаза (рис.8) существенно отличаются по размерам,
ориентации, у
с
ловиям

засветки, что может приводить к разбросу их спектральн
ых

характеристик
:


Рис.8

Если так, то
глаз
должен им
еть механизм выравнивания колбочек не только по
амплитуде, но и по положению максимума спектральной характеристики, и условия
работы этой системы при линейчатой подсветке
будет существенно отличаться от
условий еѐ работы при непрерывном спектре освещения.


Третий механизм может быть связан с механизмом автоматической регулировки
чувствительности глаза: пользователи жалуются, что свет энергосберегающих ламп
более тусклый, а на предложение поставить две, три лампы отвечают: «не помогает, всѐ
равно тускло!» Де
йствительно, как видно из рис.5, белые светолиоды имеют «провал» в
области максимальной чувствительности человеческого глаза.



Показанный на рис.1 спектрометр построен на открытой аппаратной платформе
«Ардуино», что позволяет его перепрограммировать по ме
ре появления новых
научных
данных
и алгоритмов,
и выб
ирать

источник
и

освещения «с открытыми глазами»
.


Литература:

1
.
«Вокруг света», август 2001г.

(
отсюда взята часть
рис
унка 8
)

2
.
«В мире науки», июнь 2007г.

(отсюда взята часть рисунка 8
)


Приложенные файлы

  • pdf 4317838
    Размер файла: 691 kB Загрузок: 1

Добавить комментарий