Tải bản đầy đủ - 0 (trang)
1 Lý thuyết về cường độ ánh sáng

1 Lý thuyết về cường độ ánh sáng

Tải bản đầy đủ - 0trang

2.1.2 Các đại lượng cơ bản của ánh sáng



Hình 2.7 Các đại lượng cơ bản của ánh sáng

 Cường độ sáng: cường độ sáng là đại lượng quang học cơ bản dùng trong

việc đo thông số nguồn sáng, là một trong 7 đơn vị cơ bản của hệ thống đo lường

quốc tế SI (System International), 7 đơn vị đo lường cơ bản: m (mét), kg (kilogam),

s (giây), A (Ampe), K (kelvin), mol, cd (candela).

Cường độ sáng là năng lượng phát ra 1 nguồn ánh sáng trong 1 hướng cụ thể

và được tính như sau: 1 candela là cường độ mà một nguồn sáng phát ra 1 lumen

đẳng hướng trong một góc đặc. Một nguồn sáng 1 candela sẽ phát ra 1 lumen trên

một diện tích 1m2 tại một khoảng cách một mét kể từ tâm nguồn sáng. Có thể thấy

cường độ nguồn sáng giảm theo khoảng cách kể từ nguồn sáng. 1cd = 1lm/

1steradian. Một ngọn nến thông thường phát ra ánh sáng với cường độ 1 candela.

Nếu môi trường xung quanh bị chắn bởi màn thì nguồn sáng vẫn có cường độ 1

candela trong các hướng còn lại. Để biểu diễn sự phân bố cường độ sáng trong



19



không gian, người ta thường sử dụng hệ tọa độ cực. Trong đó gốc là nguồn sáng,

đầu mút là các vector cường độ sáng.

Ký hiệu : I (Viết tắt của tiếng Anh là Intensity : cường độ)

Đơn vị : Cd (candela)

CƯỜNG ĐỘ ÁNH SÁNG CỦA MỘT SỐ NGUỒN SÁNG

Nguồn sáng

Cường độ ánh sáng (cd)

Ngọn nến

0,8 cd theo mọi phương

Đèn sợi đốt 40W

35 cd theo mọi phương

Đèn sợi đốt 300W có bộ phản quang

1.500 cd ở tâm chùm tia

Đèn halogen 2000W có bộ phản quang

14.800 cd theo mọi phương

250.000 cd ở tâm chùm tia

Bảng 2.3 Bảng cường độ sáng của một số nguồn sáng tiêu biểu

 Quang thông: Quang thông là đại lượng trắc quang cho biết công suất bức

xạ của chùm ánh sáng phát ra từ một nguồn phát sáng điểm. Đơn vị của quang

thông trong các hệ đơn vị SI là lm (lumen), Quang thông (F) là đại lượng đo công

suất phát sáng của 1 nguồn sáng. Ngồi ra còn có các đại lượng khác như cường độ

sáng ( ký hiệu I), đơn vị là candela (cd); độ rọi (E), đơn vị lux (lx).

Ký hiệu: F

Đơn vị: lm (lumen)

Nguồn sáng

Đèn sợi đốt 60W

Đèn compact 11W

Đèn huỳnh quang 40W

Đèn NA cao áp 400W

Đèn halogen kim loại 2kW

Chip led thanh 0.15W



Quang thơng (lumen)

685

560

2700

47000

180000

15÷20



Bảng 2.4 Bảng quang thông của một số nguồn sáng



 Độ chói (L) : Khi ta nhìn vào một nguồn sáng hoặc một vật được chiếu sáng

ta có cảm giác bị chói mắt. Để đặc trưng cho khả năng bức xạ ánh sáng của nguồn

hoặc bề mặt phản xạ gây nên cảm giác chói sáng đối với mắt, người ta đưa ra định

nghĩa độ chói. Các ngun tố diện tích của các vật được chiếu sáng nói chung phản

xạ ánh sáng nhận được một cách khác nhau và tác động như một nguồn sáng thứ

cấp phát các cường độ sáng khác nhau theo mọi hướng.

20



Để đặc trưng cho các quan hệ của nguồn sáng (nguồn sơ cấp và nguồn thứ cấp) đối

với mắt cần phải bổ sung vào cường độ sáng cách xuất hiện ánh sáng.

Quan hệ này có thể được minh họa bằng nhận xét sau đây: ví dụ một đèn sợi

đốt 40 W thực tế phát ra cùng một quang thông, nghĩa là cùng một cường độ theo

mọi hướng dù bóng đèn bằng thủy tinh trong hay thủy tinh mờ. Tuy nhiên đối với

mắt ta cảm thấy chói hơn khi bóng đèn bằng thủy tinh trong so với bóng thuỷ tinh

mờ.

Độ chói L của ánh sáng là cường độ của một nguồn sáng phát ánh sáng

khuếch tán mở rộng hoặc của một vật phản xạ ánh sáng. Độ chói là đại lượng đặc

trưng cho mật độ phân bố cường độ sáng I trên một bề mặt diện tích S theo một

phương cho trước. 1nit = 1cd/ 1m2.



Hình 2.8 Độ chói của một nguồn sáng

Ta nhận thấy độ chói của một bề mặt bức xạ phụ thuộc vào hướng quan sát

mà không phụ thuộc vào khoảng cách từ nguồn đến điểm quan sát

Độ chói đóng vai trò cơ bản trong kỹ thuật chiếu sáng, nó là cơ sở của các

khái niệm về tri giác và tiện nghi thị giác. Độ chói mới phản ánh chất lượng chiếu

sáng, còn độ rọi chỉ phản ánh số lượng chiếu sáng mà thôi.

Ký hiệu: L

Đơn vị: Cd/m2

21



1Cd/m2 được định nghĩa là độ chói của một mặt phẳng phát sáng đều có diện

tích 1m2 và có cường độ sáng 1Cd theo phương vng góc với nguồn đó.

Nguồn sáng

Bề mặt mặt trời

Bề mặt mặt trăng

Bầu trời xanh

Bầu trời xám

Đèn sợi đốt 100W

Đèn huỳnh quang 40W

Giấy trắng khi độ rọi 400 lux

Độ chói của mặt đường



Độ chói Cd/m2

165.107

2500

1500

1000

6.106

7000

80

1-2



Bảng 2.5 Bảng độ chói của một số nguồn sáng

 Độ rọi: Độ rọi là đại lượng đặc trưng cho bề mặt được chiếu sáng, là mật độ

quang thông trên bề mặt có diện tích S. Có nghĩa là mật độ quang thông của một

nguồn sáng 1 lumen trên diện tích 1m2. Khi mặt được chiếu sáng khơng đều độ rọi

được tính bằng trung bình đại số của độ rọi các điểm.

Ký hiệu: E

Đơn vị: Lux hay Lx



Hình 2.9 Cơng thức tính độ rọi



22



Địa điểm được chiếu sáng

Ngồi trời giữa trưa nắng

Ngồi trời giữa trưa đầy mây

Trăng tròn tiêu chuẩn

Phòng làm việc

Lớp học

Đường phố về ban đêm



Độ rọi (lux)

100.000

10.000

0,25

300-500

300-400

20-50



Bảng 2.6 Bảng độ rọi của một số nguồn sáng

 Nhiệt độ màu (K):Nhiệt độ màu của một nguồn sáng được thể hiện theo

thang

Kelvin (K) là biểu hiện màu sắc của ánh sáng do nó phát ra. Tưởng tượng một thanh

sắt khi nguội có màu đen, khi nung đều đến khi nó rực lên ánh sáng da cam, tiếp tục

nung nó sẽ có màu vàng, và tiếp tục nung cho đến khi nó trở nên “nóng trắng”. Tại

bất kỳ thời điểm nào trong q trình nung, chúng ta có thể đo được nhiệt độ của

thanh thép theo độ Kelvin (0oC ứng với 273,15K) và gán giá trị đó với màu được

tạo ra.

Đối với đèn sợi đốt, nhiệt độ màu chính là nhiệt độ bản thân nó. Đối với đèn

huỳnh quang, đèn phóng điện (nói chung là các loại đèn khơng dùng sợi đốt) thì

nhiệt độ màu chỉ là tượng trưng bằng cách so sánh với nhiệt độ tương ứng của vật

đen tuyệt đối bị nung nóng. Khi nói đến nhiệt độ màu của đèn là người ta có ngay

cảm giác đó là nguồn sáng “ấm”, “trung tính” hay là “mát”. Nói chung, nhiệt độ

càng thấp thì nguồn càng ấm, và ngược lại.

Nguồn sáng

Bầu trời xanh

Ánh sáng trời mây

Đèn huỳnh quang ánh sáng ngày

Đèn huỳnh quang ánh sáng ấm

Đèn Metal Halide

Đèn sợi đốt

Ngọn nến



Nhiệt độ màu (K)

10.000-30.000

6000-8000

6200

3000

4100

2500

1800



Bảng 2.7 Bảng nhiệt độ màu của một số nguồn sáng



 Cơng suất bóng đèn: lượng điện năng tiêu thụ của đèn.

23



Ví dụ: Bóng đèn huỳnh quang T8 1,2m có cơng suất 36W, tổn hao 10% nên tổng

công suất là 40W. Như vậy trong 24h lượng điện năng tiêu thụ là: 960W ~ 1kW

(người ta hay gọi là 1 ký điện).

Năng lượng điện cung cấp cho nguồn sáng khơng phải biến đổi hồn tồn

thành ánh sáng mà biến đổi thành nhiều dạng năng lượng khác nhau như hóa năng,

bức xạ nhiệt, bức xạ điện từ. Các bức xạ ánh sáng chỉ là một phần của bức xạ điện

từ do nguồn phát ra.

Đơn vị: Watt(W)

 Đặc điểm và cường độ chiêu sáng của đèn led

Cường độ lượng nhiệt sinh ra trong quá trình chiếu sáng của đèn led khơng

đáng kể,chính vì vậy chúng khơng gây tăng nhiệt độ cho môi trường xung quanh và

đây là yếu tố quan trọng giúp đèn led tiết kiệm điện tối đa nhất.

Hiện nay. đèn led cao áp không gây ra các tia hồng ngoại hay tia cực tím.

Với các ưu điểm thuyết phục người sử dụng đến vậy chính vì thế đèn led chiếu sáng

đang là sự lựa chọn của gia đình và cơng trình.

Các loại đèn huỳnh quang hay đèn sợi đốt thì sự va chạm nhẹ hay mạnh đều

làm ảnh hưởng tới dây tóc của bóng đèn, thậm chí là chúng ta khơng có bất kỳ sự

tác động nào cũng cần cũng làm ảnh hưởng tới. Làm giảm quá trình và tuổi thọ của

bóng đèn sợi đốt một cách nhanh chóng.

Nhưng đối với đèn led thì bạn hồn tồn n tâm, ánh sáng được phát ra từ

các con chip và đặc biệt bên ngoài các mắt đèn được bảo vệ một lớp kính cường lực

giúp đèn chống chịu mọi tác động từ bên ngồi mơi trường.

Đèn led chiếu sáng, khơng hề xảy ra tình trạng phải chờ đợi đèn nhấp nháy,

sau đó mới phát sáng khi được cung cấp nguồn điện. Hồn tồn khơng chứa các

chất thủy ngân và gây hại, đảm bảo độ an toàn tuyệt đối.

Màu sắc của ánh sáng led phát ra phụ thuộc vào chất liệu, ví dụ như ánh sáng

đèn led màu đỏ được phát ra nhờ vào các chất liệu như nhôm, axen, gali.Đặc điểm

và cường độ chiêu sáng của đèn led

Cường độ lượng nhiệt sinh ra trong quá trình chiếu sáng của đèn led khơng

đáng kể,chính vì vậy chúng khơng gây tăng nhiệt độ cho môi trường xung quanh và

đây là yếu tố quan trọng giúp đèn led tiết kiệm điện tối đa nhất.

24



Hiện nay. đèn led cao áp không gây ra các tia hồng ngoại hay tia cực tím.

Với các ưu điểm thuyết phục người sử dụng đến vậy chính vì thế đèn led chiếu sáng

đang là sự lựa chọn của gia đình và cơng trình.

Các loại đèn huỳnh quang hay đèn sợi đốt thì sự va chạm nhẹ hay mạnh đều

làm ảnh hưởng tới dây tóc của bóng đèn, thậm chí là chúng ta khơng có bất kỳ sự

tác động nào cũng cần cũng làm ảnh hưởng tới. Làm giảm quá trình và tuổi thọ của

bóng đèn sợi đốt một cách nhanh chóng.

Nhưng đối với đèn led thì bạn hồn tồn yên tâm, ánh sáng được phát ra từ

các con chip và đặc biệt bên ngoài các mắt đèn được bảo vệ một lớp kính cường lực

giúp đèn chống chịu mọi tác động từ bên ngồi mơi trường.

Đèn led chiếu sáng, khơng hề xảy ra tình trạng phải chờ đợi đèn nhấp nháy,

sau đó mới phát sáng khi được cung cấp nguồn điện. Hồn tồn khơng chứa các

chất thủy ngân và gây hại, đảm bảo độ an toàn tuyệt đối.

Màu sắc của ánh sáng led phát ra phụ thuộc vào chất liệu, ví dụ như ánh sáng

đèn led màu đỏ được phát ra nhờ vào các chất liệu như nhôm, axen, gali.

2.2 Bộ điều chỉnh cường độ sáng cho đèn Led

2.2.1 Giới thiệu bộ điều chỉnh cường độ ánh sáng

Bộ điều chỉnh cường độ sáng là thiết bị có khả năng làm thay đổi độ sáng

của đèn led một cách linh hoạt dựa vào nguyên tắc ổn định dòng điện cung cấp cho

led. Do chip led là một loại Đi-ốt phát sáng, nó hoạt động với dòng điện một chiều

có cường độ trong một khoảng nhất định, vì vậy nếu bộ điều khiển khơng ổn định,

dòng qua led khơng ổn định có thể làm cho led bị nhấp nháy, điều này làm giảm

tuổi thọ của đèn. cơ chế hoạt động của bộ điều chỉnh cường độ sáng tương tự như

các hộp số điều khiển quạt gắn tường thông thường, điều khiển độ sáng của đèn

thông qua việc thay đổi điện trở từ đó thay đổi điện áp đầu ra để kiểm soát độ sáng

của đèn.

Với yêu cầu thiết kế đèn đọc phim sử dụng led và có thể thay đổi được

cường độ chiếu sáng. Đồng thời, để đèn Led hoạt động tốt, không ảnh hưởng tới

tuổi thọ cũng như chất lượng ánh sáng của đèn thì việc thiết kế một bộ điều khiển



25



cung cấp dòng điện ổn định cho đèn led và có chức năng điều chỉnh được cường độ

sáng cho đèn là hết sức quan trọng.

2.2.2 Các phương pháp điều chỉnh cường độ sáng cho Led

2.2.2.1 Phương pháp số

Điều chỉnh cường độ sáng cho led bằng phương pháp số (PWM Dimming) là

phương pháp sử dụng một chuỗi xung điều chế để đóng cắt dòng điện, dòng điện

qua đèn Led được đóng cắt liên tục, dòng qua Led mở khi tín hiệu xung điều chế ở

mức cao và tắt khi tín hiệu xung điều chế ở mức thấp. Việc đóng cắt liên tục như

vậy với tần số lớn hơn tần số mà mắt người có thể phát hiện ra được khiến ta cảm

thấy cường độ ánh sáng của đèn thay đổi dựa vào việc thay đổi chu kì đóng cắt của

chuỗi xung điều chế. Khi sử dụng phương pháp này để điều chỉnh độ sáng cho đèn

Led thì nhược điểm là làm giảm tuổi thọ của đèn do phải bật tắt liên tục.



Hình 2.10 PWM Dimming

2.2.2.2 Phương pháp tương tự

Điều chỉnh cường độ sáng cho led bằng phương pháp tương tự (Analog

Dimming) là phương pháp điều chỉnh từng mức dòng của đèn Led. Điều này có thể

được thực hiện bằng việc sử dụng điện trở điều chỉnh hoặc điện áp một chiều điều

khiển từ bên ngồi. Vì vậy phương pháp này có thể khắc phục được nhược điểm của



26



Tài liệu bạn tìm kiếm đã sẵn sàng tải về

1 Lý thuyết về cường độ ánh sáng

Tải bản đầy đủ ngay(0 tr)

×