3. Bố cục của luận án
2.1.1. Góc kế quang học
Góc kế quang học là dụng cụ dùng để do sự phân bố cường độ sáng của bộ đèn trong không gian.
a) Phân loại
Loại thứ nhất: Nguồn sáng quay.
Trong thiết bị này Detector (thiết bị đo cường độ sáng) là cố định còn nguồn sáng được quay trong 2 mặt phẳng vuông góc với nhau. Cách bố trí này là đơn giản nhưng gặp một khó khăn lớn là rất khó định tâm cho các bộ đèn bất đối xứng và có kích thước lớn. Hình 2.1.a.
Loại thứ hai: Gương quay.
Trong thiết bị này cả đèn và Detector được đặt cố định. Đèn được đặt tại tâm quay của một gương phản xạ có kích thước lớn hơn kích thước của đèn. Người ta có thể đặt đèn ở một góc bất kỳ so với mặt phẳng quỹ đạo của gương. Ánh sáng từ đèn được phản xạ qua gương tới Detector. Với cách bố trí như vậy người ta có thể dễ dàng thu được phân bố cường độ sáng trong bất kỳ mặt phẳng nào của đèn. Hình 2.1.b mô tả một góc kế gương quay thực. Hình 2.2 sơ đồ nguyên lý hoạt động của một góc kế gương quay
Nguyễn Quang Hƣng Lớp: Thiết bị điện Khóa: 2014A
29
Hình 2.2. Cấu trúc hệ đo góc kế quang học loại gương quay
b) Nguyên lý hoạt động góc kế quang học loại gương quay.
a) (b)
30
Tia sáng từ nguồn (phản xạ qua choá) tới gương và phản xạ vào detector. Detector được đặt trong hộp kín để tránh tác động của các tia sáng ngoại lai. Detector cho dòng điện tỷ lệ với cường độ sáng của tia sáng.
Với một vị trí nhất định của đèn, khi gương quay một vòng, nó sẽ hướng các tia sáng xung quanh đèn trong một mặt phẳng kinh tuyến với bước đo góc đã định, máy tính sẽ cho từng cặp số liệu (góc, cường độ sáng) và căn cứ vào tập số liệu này để vẽ đường cong cường độ sáng trong mặt phẳng.
Đặt đèn ở vị trí góc nào, ta sẽ thu được một đường cong cường độ sáng ở của bộ đèn trong mặt phẳng ấy. Đối với các góc kế quang học hiện đại, việc điều chỉnh góc đặt của đèn, góc quay của gương đều được tự động hóa
Hình 2.3. Hình ảnh đo phân bố cường độ sáng của bộ đèn bằng Goniophotomeer tại PTN Kỹ thuật chiếu sáng, Viện Vật lý kỹ thuật, trường ĐHBKHN.
Xử lý kết quả sau khi đo:
Nguyễn Quang Hƣng Lớp: Thiết bị điện Khóa: 2014A
31
Trên thực tế, khi hoàn thành một phép đo ta đã thu được tệp số liệu mô tả góc quay và cường độ dòng quang điện tương ứng. Công việc còn lại là phải chuyển tệp số liệu góc, cường độ dòng quay điện [α(0
), i(µA)] thành tệp số liệu góc, cường độ sáng [α(0), I(cd)]. Cách làm như sau:
Giả sử có bộ số liệu [00, 1,25mA], giá trị độ rọi thu được là 30lx, khoảng cách từ tế Detector đến đèn là 5.6m, ta sẽ chuyển thành bộ số liệu [α(0), I(cd)] như sau:
- Cường độ sáng của đèn ở vị trí α = 00 là
I E r. 2 30.(5, 6)2 940,8cd (2.1) - Vì cường độ sáng luôn luôn tỉ lệ với dòng quang điện nên ta tính được cường độ sáng tại một góc bất kỳ khi biết cường độ dòng quang điện. Ví dụ: Với α = 300 ta có i = 2,15mA thì cường độ sáng là: 30 0 30 0 2,15 . 940,8. 1618,176 1, 25 i I I cd i (2.2)
Chuyển tệp số liệu [α(0), I(cd)] thành tệp số liệu [α(0), I(cd/1000lm)]
Trên thực tế các cường độ sáng của các bộ đèn chênh lệch nhau rất lớn. Ví dụ với một đèn sợi đốt 50W, quang thông Φ = 600lm, ta có cường độ sáng trung bình
600 47,8 4 4 I cd
(2.3), trong khi đó cường độ sáng của các đèn chiếu sáng
đường thường có cực đại là hàng chục nghìn cd. Trong trường hợp này nếu cùng biểu diễn chúng trên một hệ tọa độ thì kích thước của các đường biểu diễn sẽ rất khác nhau, khó khăn cho việc vẽ và tra cứu. Vì vậy CIE đã đưa ra một cách biểu diễn không phải là theo cd mà theo cd/1000lm. Cách biểu diễn này làm cho kích cỡ của các biểu đồ sáng của các đèn tương đương nhau mà không phụ thuộc vào cường độ sáng. Nguyên tắc của chuyển đổi đó theo công thức (2.4):
32 1000 ( ) 1000 . lm d cd d lm I I (2.4)
Trong đó: là giá trị cường độ sáng quy chuẩn cho nguồn 1000lm là quang thông chuẩn 1000lm theo quy ước của CIE Id là cường độ sáng thực của đèn thử nghiệm
d là quang thông thực của đèn thử nghiệm Ví dụ:
Ta có số liệu đo theo góc 300 của đèn LED đường là 2450cd với quang thông của bộ đèn là 15000lm. Khi chuyển đổi đơn vị sang cd/1000lm ta có:
1000 ( ) 1000 . 1000.2450 163, 33( / 1000 ) 15000 lm d cd d lm I I cd lm (2.5)
Với cách làm này ta đã giảm được kích thước của biểu đồ đi 15 lần. Trong trường hợp những đèn có quang thông rất lớn như đèn Metal Halide 1000W, quang thông 130.000lm, cường độ sáng rất lớn, thì ta đã giảm số liệu đi 130 lần.
Vì vậy, đo quang thông hoặc biết trước quang thông của bộ đèn là một điều cần thiết để xây dựng tệp dữ liệu trắc quang.