Основные светотехнические величины и единицы
МОСКОВСКИЙ ГУМАНИТАРНО-ЭКОНОМИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ
Тверской филиал
ФОНДОВАЯ ЛЕКЦИЯ
По учебной дисциплине
Безопасность жизнедеятельности
Основы освещения
Л. В. Пьянова
Тверь 2014
Фондовая лекция «Основы освещения» обсуждена и рекомендована к изданию на заседании кафедры общегуманитарных дисциплин ТФ МГЭИ. Протокол № от « » августа 2014 года.
Рецензенты:
Кандидат химических наук, доцент
Мухометзянов А. Г.
Пьянова Л. В. Основы освещения: Фондовая лекция. - Тверь: Изд-во ТФ МГЭИ, 2014. 36 стр.
Фондовая лекция «Основы освещения» предназначена для студентов очной и заочной формы обучения направления 030300.62 «Психология», 080100.62 «Экономика», 080200.62 «Менедждмент», 030900.62 «Юриспруденция» квалификация (степени) выпускника бакалавр Тверского филиала МГЭИ и может оказаться полезной в самостоятельном изучении проблематики безопасности жизнедеятельности человека и среды его обитания, охраны труда, экологической безопасности.
Л. В. Пьянова
Московский гуманитарно-экономический институт
Г.
ОГЛАВЛЕНИЕ
Введение.......................................................................................................................3
1. Основные светотехнические величины и единицы..............................................6
2. Классификация видов и систем производственного освещения......................11
3. Основные требования к производственному освещению................................15
4. Электрические источники света.........................................................................18
5. Нормирование искусственного и естественного освещения...................19
6. Эксплуатация осветительных установок. Контроль освещения.....................30
7. Измерение освещенности на рабочем месте.....................................................32
Заключение.................................................................................................................33
Рекомендуемая литература......................................................................................35
Введение
Пространственные характеристики зрительного анализатора определяются воспринимаемыми глазом размерами предметов и их расположением в пространстве. К ним относятся: острота зрения, поле зрения и объем зрительного восприятия.
Остротой зрения называется способность глаза различать мелкие детали предметов. Она определяется величиной, обратной тому минимальному размеру предмета, при котором он различим глазом. Острота зрения зависит от уровня освещенности, расстояния до рассматриваемого предмета и его положения относительно наблюдателя, возраста. Так, например, острота зрения под углом 10 градусов в 10 раз меньше, а под углом 30 градусов - в 23 раза меньше, чем прямо перед собой.
Важной характеристикой зрительного восприятия является его объем: число объектов, которые может охватить человек в течение одной зрительной фиксации. Обнаружено, что при предъявлении не связанных между собой объектов объем восприятия составляет 4-8 элементов. Последние исследования показывают, что объем воспроизведенного материала определяется не столько объемом восприятия, сколько объемом памяти.
Условно все поле зрения можно разбить на три зоны: центрального зрения (4 градуса), где возможно наиболее четкое различение деталей; ясного видения (30-35 градусов), где при неподвижном глазе можно опознать предмет без различных мелких деталей; периферического зрения (75-90 градусов), где предметы обнаруживаются, но не опознаются. Зона периферического зрения играет большую роль при ориентации во внешней обстановке.
Большую роль в процессе зрительного восприятия играют движения глаз. Они делятся на два больших класса: поисковые (установочные) и гностические (познавательные). С помощью поисковых движений осуществляется поиск заданного объекта, установка глаза в исходную позицию и корректировка этой позиции. Длительность поисковых движений определяется углом, на который
перемещается взор.
К гностическим относятся движения, участвующие в обследовании объекта, его опознавании и различении его деталей. Основную информацию глаз получает во время фиксации, т.е. во время относительно неподвижного положения глаз, когда взор пристально устремлен на объект. Во время скачка глаз почти не получает никакой информации. Результаты исследований показывают, что общее время фиксаций составляет 90-95% от времени зрительного восприятия.
Фиксации неотделимы от микродвижений глаз. В ряде опытов при помощи специального устройства изображение объекта стабилизировалось относительно сетчатки глаза, т.е. изображение не перемещалось по сетчатке. Уже через 2-3 секунды после стабилизации человек переставал видеть объект. Следовательно, движения глаз являются необходимым условием зрительного восприятия.
Временные характеристики зрительного анализатора определяются временем, необходимым для возникновения зрительного ощущения при тех или иных условиях работы оператора. К ним относятся: латентный (скрытый) период зрительной реакции, длительность инерции ощущения, критическая частота мельканий, время адаптации, длительность информационного поиска.
Латентным периодом называется промежуток времени от момента подачи сигнала до момента возникновения ощущения. Это время зависит от интенсивности сигнала (так называемый закон силы: чем сильнее раздражитель, тем реакция на него короче), его значимости (реакция на значимый для оператора сигнал короче, чем сигналы, не имеющие значения для оператора), сложности работы оператора (чем сложнее выбор нужного сигнала среди остальных, тем реакция на него будет больше), возраста и других индивидуальных особенностей человека.
Рассмотренные особенности работы зрительного анализатора следует учитывать при организации деятельности оператора. Прежде всего, время
действия сигнала не должно быть меньше времени инерции зрения, которое зависит от яркости и угловых размеров предметов. В противном случае воспринимаемый контраст и интенсивность сигнала будут во столько раз меньше действительных значений, во сколько время сигнала меньше времени инерции.
Если же возникает необходимость в последовательном реагировании оператора на появляющиеся сигналы, то период их следования должен быть не меньше времени сохранения ощущения, равного 0,2-0,5 сек. В противном случае будет замедляться точность и скорость реагирования, поскольку время перехода нового сигнала в зрительной системе оператора еще будет оставаться в образе предыдущего сигнала.
Частота мелькания зависит от яркости, размеров и конфигурации знаков.
Вопрос о частоте мельканий имеет большое значение при решении двух видов инженерных задач. В тех случаях, когда необходимо, чтобы мелькания не замечались (например, при проектировании изображения на экран, в технике кино и телевидения), частота смены информации должна составлять не менее 40 Гц. При необходимости использовать мерцание для кодирования информации (например, для привлечения внимания оператора) следует иметь в виду, что наименьшее зрительное утомление будет при частоте мельканий
3 - 8 Гц.
К временным характеристикам зрительного анализатора относится и время адаптации. Различают две формы адаптации: темновую (при переходе от света к темноте) и светловую (при обратном переходе).
Время адаптации зависит от ее вида и составляет десятки минут при темновой адаптации и единицы, и даже доли минут, при cветловой.
Для некоторых видов операторской деятельности процесс восприятия сводится к информационному поиску - нахождению на устройстве отображения объекта с заданными признаками. Такими признаками может быть проблесковое свечение, особая форма или цвет объекта, отклонение стрелки
прибора за допустимое значение и т.д. Задача оператора заключается в нахождении такого объекта и характеризуется временем, затраченным на поиск.
Основные требования к организации информационного поля с точки зрения минимизации поиска:
1. элементы поля следует располагать так, чтобы в объем фиксации, ограниченной зоной 10 градусов, попадало не более чем 4-8 объектов;
2. следует по возможности уменьшать объем поля, не допуская нахождения в нем ненужных элементов;
3. искомые элементы следует выделять таким образом: чтобы обеспечить наименьшее время фиксации, наилучшим является выделение искомого элемента другим цветом или с помощью светового маркера; более плохие результаты получаются при его выделении проблесковым свечением или изменением размера и яркости (хотя эти способы более просты с точки зрения их технической реализации).
Основные светотехнические величины и единицы
Организация рационального освещения рабочих мест — один из основных вопросов охраны труда. При неудовлетворительном освещении резко снижается производительность труда, возможны несчастные случаи, появление близорукости, быстрая утомляемость.
В зависимости от источника света производственное освещение может быть трех видов: естественное, искусственное и совмещенное.
Свет обеспечивает связь организма с внешней средой, обладает высоким биологическим и тонизирующим действием. Зрение — главный «информатор» человека; около 90% всей информации о внешнем мире поступает в наш мозг через глаза.
Производственное освещение, правильно спроектированное и выполненное, предназначено для решения следующих вопросов: оно улучшает
условия зрительной работы, снижает утомление, способствует повышению производительности труда и качества выпускаемой продукции; благоприятно влияет на производственную среду, оказывая положительное психологическое воздействие на работающего; повышает безопасность труда и снижает травматизм на производстве.
К современному промышленному освещению предъявляются высокие требования не только гигиенического, но и технико-экономического характера.
Часть электромагнитного спектра с длинами волн от 10 до 340 000 нм называется оптической областью спектра, которая делится на инфракрасное излучение с длинами волн от 340 000 нм до 770 нм, видимое излучение от 770 до 380 нм, ультрафиолетовое излучение — от 380 до 10 нм.
В пределах этой видимой части спектра лучистой энергии излучения различной длины волн вызывают и различные световые ощущения — от фиолетового (λ = 380 нм) до красного — (λ = 750 нм) цветов.
Совершенство производственного освещения характеризуется количественными и качественными показателями.
Освещение характеризуется количественными и качественными показателями. К количественным показателям относятся световой поток, сила света, освещенность, яркость.
Световой поток F — это часть лучистого потока, которая воспринимается зрением человека как свет (измеряется в люменах — лм). Световой поток F определяется как мощность лучистой энергии, оцениваемой по световому ощущению, которое она производит на человеческий глаз. За единицу светового потока принят люмен (лм).
Световой поток определяется как величина не только физическая, но и физиологическая, поскольку измерение ее основывается на зрительном восприятии.
Все источники света, в том числе и осветительные приборы, излучают световой поток в пространство неравномерно, поэтому вводится величина
пространственной плотности светового потока — сила света J, которой называется отношение светового потока к телесному углу, в пределах которого световой поток распространяется и равномерно распределяется:
Jа = dF/dω,
где Jа — сила света под углом a; dF — световой поток, равномерно распределяющийся в пределах телесного угла dω.
За единицу силы света принята кандела (кд). Одна кандела — сила света, испускаемого с поверхности площадью 1/600000 м2 полного излучателя (государственный световой эталон) в перпендикулярном направлении при температуре затвердевания платины (2046,65° К) при давлении 101325 Па.
Освещенность Е — плотность светового потока на освещаемой поверхности:
Е=dF/dS
где dS — площадь поверхности, на которую падает световой поток dF.
3а единицу освещенности принят люкс (лк) —при световом потоке в 1 лм на площади в 1 м2.
Яркость поверхности L — отношение силы света, излучаемого в рассматриваемом направлении, к площади светящейся поверхности, кд/м2.
Яркостью поверхности L в данном направлении называется отношение силы света, излучаемой поверхностью в этом направлении, к проекции светящейся поверхности на плоскость перпендикулярную данному направлению:
La=dJa/dSсosa,
где dJa — сила света, излучаемого поверхностью dS в направлении а.
Коэффициент отражения р характеризует способность поверхности отражать падающий на нее световой поток. Определяется как отношение отраженного от поверхности светового потока Fотр к падающему на нее световому потоку Fпад.
К основным качественным показателям освещения относятся: фон,
контраст объекта с фоном, видимость, показатель ослепленности и дискомфорта, коэффициент пульсации.
Фон — поверхность, прилегающая непосредственно к объекту различения, на которой он рассматривается; характеризуется коэффициентом отражения, зависящим от цвета и фактуры поверхности, значения которого лежат в пределах от 0,02 до 0,95.
При коэффициенте отражения поверхности более 0,4 фон считается светлым; от 0,2 до 0,4 — средним и менее 0,2 — темным.
Контраст объекта с фоном К характеризуется соотношением яркостей рассматриваемого объекта (точка, линия, знак, пятно, трещина, риска, раковина или другие элементы, которые требуется различить в процессе работы) и фона.
При коэффициенте отражения поверхности более 0,4 фон считается светлым; от 0,2 до 0,4 — средним и менее 0,2 — темным.
Контраст объекта с фоном считается большим при значениях К более 0,5 (объект и фон резко отличаются по яркости), средним при значениях К от 0,2 до 0,5 (объект и фон заметно отличаются по яркости) и малым при значениях К менее 0,2 (объект и фон мало отличаются по яркости).
Видимость V характеризует способность глаза воспринимать объект; зависит от освещенности, размера объекта, его яркости, контраста объекта с фоном, длительности экспозиции.
Видимость определяется числом пороговых контрастов в контрасте объекта с фоном:
V=K/Kпор ,
где К — контраст объекта с фоном;
Кпор — пороговый контраст, т. е. наименьший различимый глазом контраст, при небольшом уменьшении которого объект становится неразличимым.
Показатель ослепленности Р — критерий оценки слепящего действия, создаваемого осветительной установкой, значение которого определяется по
формуле:
Р=(S-1)1000,
где Р — показатель ослепленности;
S =V1/V2 коэффициент ослепленности;
V1 и V2 — видимость объекта наблюдения соответственно при экранировании и при наличии блеских источников в поле зрения.
Коэффициент пульсации освещенности Кп — критерий оценки относительной глубины колебаний освещенности в результате изменения во времени светового потока газоразрядных ламп при питании их переменным током. Коэффициент пульсации освещенности Кп опаределяется в процентах.
Показатель ослепленности — критерий оценки слепящего действия, создаваемого осветительной установкой.
Основная задача освещения на производстве — создание наилучших условий для видения. Эту задачу возможно решить только осветительной системой, отвечающей следующим требованиям:
- освещенность на рабочем месте должна соответствовать характеру зрительной работы, который определяется тремя параметрами: объектом различения — наименьшим размером рассматриваемого объекта (при работе с приборами — толщина линии градуировки шкалы, при чертежных работах — толщина самой тонкой линии на чертеже и т. п.); фоном — при ρ > 0,4 фон считается светлым, при ρ == 0,2...0,4 — средним и при ρ<0,2 — темным; контрастом объекта с фоном, где Lo и Lф — яркость соответственно объекта и фона (при К>0,5 контраст большой, при К= 0,2 ... 0,5 — средний, при К<0,2 ~-малый);
- необходимо обеспечить достаточно равномерное распределение яркости на рабочей поверхности, а также в пределах окружающего пространства;
- на рабочей поверхности должны отсутствовать резкие тени;
- в поле зрения не должно быть прямой и отраженной блескости
(повышенной яркости светящихся поверхностей, вызывающей ослепление);
-величина освещенности должна быть постоянной во времени;
- следует выбирать оптимальную направленность светового потока и необходимый спектральный состав света;
- все элементы осветительных установок должны быть долговечными, электро- и пожаробезопасными;
- установка должна быть удобной и простой в эксплуатации, отвечать требованиям безопасности.