论纳米陶瓷阴极荧光灯道路照明(3)


通常,电光源的光度学参数对应于视野中央凹2度并且在明视觉亮度水平之下,但夜间道路照明水平处于中间视觉,而且视觉任务也不仅限于中央下凹区域。在中间视觉范围内随着亮度水平的变化,人眼的绝对光谱光视效率函数会发生相应的变化,即Km和V3(λ)两者同时发生变化。这样公式(3)中V3(λ)取明视觉下中央下凹2度的值就不妥。对某一特定亮度水平下电光源的有效光效,应采用相对应亮度水平下的光谱光视效率函数来计算。在中间视觉范围内,亮度水平从明视觉向暗视觉过渡时,光谱的光视效率函数曲线的形状和最大光谱的光视效能Km都存在着连续的变化,曲线的峰值所对应的波长从555移向505 nm ,最大光谱光视效能(K)也从683Lm/W-1增加到1700Lm/W-1。至今,国际上关于中间视觉光通量的计算方法尚未统一。有不少学者已经测得到了一些有用的中间视觉函数。但是,还只能用于一级近似。由(1)、(2)式计算出有效光通量和有效光效,为了便于应用和分析,我们提出了一个有效光效系数LEC(LEC=某亮度水平下的有效光效/电光源的标称光效)。利用LEC可定量地评价某一电光源在某一特定照明条件下的适宜性,从而为道路照明设计者选择适宜的电光源提供参考。

    另外,LEC也代表了在中间视觉亮度范围内采用明视觉函数计算光度学量所存在的误差程度。所以,LEC也就能为道路照明有关的实验提供理论指导。三、光谱分析3.1 纳米陶瓷阴极荧光灯纳米陶瓷阴极荧光灯在蓝光、绿光和黄光部分都有较大的能量输出,而且在可见光范围内有连续谱存在。因此,纳米陶瓷阴极荧光灯在明视觉条件下的光效最高。当进入暗视觉时,纳米陶瓷阴极荧光灯的能量输出的某些峰值落在了V3 (λ)曲线的高灵敏度区域。而且蓝光、绿光和黄光部分都有可观的连续能量输出。计算显示,纳米陶瓷阴极荧光灯的有效光效,随着亮度水平的下降或提高会有所提高。蓝光、绿光和黄光能够根据环境需要进行合理搭配,是纳米陶瓷阴极荧光灯不可比拟的优势。3.2金属卤化物灯金属卤化物灯在明视觉条件下有较高的光效。当进入暗视觉时,金属卤化物灯的能量输出的某些峰值落在了V3 (λ)曲线的高灵敏度区域。计算显示,金属卤化物灯的有效光效随着亮度水平的下降会有所提高,这与纳米陶瓷阴极荧光灯相反。蓝光、绿光和黄光不能根据环境需要进行合理搭配,是金属卤化物灯的致命弱点。3.3高压钠灯明视觉下高压钠灯有高的光效,这是由于它的主要辐射能量590nm正好在明视觉函数的峰值附近。但是,在较低亮度水平下,由于高压钠灯在蓝光和绿光部分505 nm附近几乎没有辐射能量输出,所以有效光效就会明显减少。四、有效光效在一定的亮度范围内,根据式(1)-(3)式计算纳米陶瓷阴极荧光灯,金属卤化物灯、高压钠灯的有效光效及有效光效系数的变化趋势说明,当亮度水平降低时,高压钠灯、金属卤化物灯的有效光效明显地下降,而纳米陶瓷阴极荧光灯的有效光效反而有所增加。如选取纳米陶瓷阴极荧光灯、金属卤化物灯、高压钠灯的标称光效为109 Lm/W、80 Lm/W、116 Lm/W,则当亮度水平高于0.1cdm-2时,纳米陶瓷阴极荧光灯的有效光效仍高于金属卤化物灯。

    在暗视觉条件下,纳米陶瓷阴极荧光灯的有效光效大约是金属卤化物灯、高压钠灯的1.2-2.3倍。在亮度小于1cdm-2时相对光谱能量分布对光效的影响才开始表现出来。此时,纳米陶瓷阴极荧光灯表现出其它的高压气体放电灯所不可比拟的优势,这与中间视觉亮度范围的定义是符合的。五、视野实验视觉学中可选择视野来评价人眼的周边探测能力这是众所周知的道理,因为人类通常最开始发现危险都是在人眼的周边视野范围内进行的,然后才用到人眼的中央视力。要避免事故的发生,最初的这种探测是十分重要的。我们进行了以下的实验来探索电光源的有效光效系数与驾驶员视野的关系,用来验证上述理论:5.1 测试方法及实验条件实验变量受测者用双眼测量:背景亮度的均匀度不低于90%,环境亮度不超过0.05 cdm-2,视标的大小取为2mm,视标照度为15Lx,背景照度为5Lx,视标的移动速度恒定,受测者实验前暗适应时间为15min,每个量测试10次再取平均值。背景电光源: 纳米陶瓷阴极荧光灯、金属卤化物灯, 高压钠灯测试方向:水平左侧,水平右侧10人,年龄在20-25岁之间,无视力障碍和眼疾。视野表示周边视力,它是人眼视网膜黄斑中心以外的视觉细胞功能,被定义为当头部保持不动,同时眼球向正前方注视某一物体不动时所能见到的空间范围。实验时,视标随基地从两侧出现,并匀速向中心移动,受试者坐在视野计前,下巴放在颚架上,眼睛注视背景中心处的十字形亮斑,当探测到视标时,受测者就按相应的控制键,通过接口由计算机软件自动记录数据。 5.2 实验结果10位受测者共400个数据的平均结果说明,左侧视野和右侧视野的变化趋势是一致的。取左侧视野和右侧视野数据进行分析。纳米陶瓷阴极荧光灯条件下的左侧视野和右侧视野值比金属卤化物灯高出了0.3度,比高压钠灯时高出了2.3度。即,在对应于夜间道路照明条件下的周边探测中,纳米陶瓷阴极荧光灯比金属卤化物灯、高压钠灯更有效。六、讨论由于视野的测量属于心理物理实验,测试的先后,个人的疲劳,操作的熟练程度等因素都会影响测量结果的准确性。本实验采用合理的心理物理实验方法,消除了大部分误差,但由于只有10位受测者,使得数据的最后结果受个体的波动变化较大。在背景亮度为1cdm-2时,由理论计算所得的纳米陶瓷阴极荧光灯的LEC=1.0 ,金属卤化物灯LEC=0.47、高压钠灯的LEC=0.53,这证实了本实验的可信度。

    当亮度水平小于0.1cdm-2时,纳米陶瓷阴极荧光灯与金属卤化物灯、高压钠灯的LEC差值逐渐变大,可以推测,随着LEC差值的变大,几种电光源所对应的视野的差值也会越大,这可由进一步实验加以证实。由于道路照明的亮度水平在0.1-2cdm-2范围内,如果单纯从10度视场的光谱光视函数去评价电光源的光效,几种电光源的有效光效并没有很大的变化,纳米陶瓷阴极荧光灯的光效仍然处于其它电光源之首。值得庆幸的是:由广州兰光照明电器有限公司生产的高光效、高显色指数、长寿命的188W纳米陶瓷阴极荧光灯,已经成功地取代了400W的高压钠灯用于路灯照明。纳米陶瓷阴极荧光灯的有效光效高50%,可达到109Lm/W。配用宽频电子镇流器,可以产生高效、经济的近似白光(色温为5000k);这与高压钠灯偏黄的光线相比,光色更加悦目,无眩目,暖色光。由于寿命更长,实际使用费用低于传统高压钠灯。与标准钠灯相比显色性更好,显色指数(Ra)最高可以达到89 ,适用于对光、色性能要求严格的高速公路照明等场所。这一科学实践,证明了纳米陶瓷阴极荧光灯用于道路照明的灿烂前景。

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