Послідовність виконання курсової роботи. Фотометричні установки

Фотометричні установки

Методичні вказівки та завдання

до курсової роботи

для студентів спеціальності 7.090605

"Світлотехніка та джерела світла"

Київ 2007

МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І НАУКИ УКРАЇНИ

Національний авіаційний університет

Фотометричні установки

Методичні вказівки та завдання

до курсової роботи

для студентів спеціальності 7.090605

"Світлотехніка та джерела світла"

Київ 2004

УДК 535.24(076.5)

ББК В 341.3р

Ф815

Укладач: В.І.Степура

Рецензент:

Затверджено на засіданні науково-методично-редакційної ради Інституту електроніки і аерокосмічних систем управління НАУ "___"____________200__ року.

Фотометричні установки : Методичні вказівки та

П814 завдання до курсової роботи / Уклад.: Степура В. І.

– К.: НАУ, 2004. – 89с.

Наведено завдання до курсової роботи, загальні методичні вказівки і рекомендації до виконання розрахунків, та оформлення пояснювальної записки.

Призначені для студентів IV курсу спеціальності 7.090605 „Світлотехніка та джерела світла”. (за кредитно-модульною системою навчання).

ЗАГАЛЬНІ МЕТОДИЧНІ ВКАЗІВКИ ДО КУРСОВОЇ РОБОТИ

Мета виконання курсової роботи - закріплення знань, одержаних студентами під час вивчення курсу "Фотометричні установки", та набуття практичних навиків дослідження колірних характеристик світлофільтрів.

Курсова робота включає в собі такі розділи:

1. Пояснювальна записка;

2. Розрахункова частина ;

3. Графічна частина.

У методичних вказівках наведені 50 завдань до курсової роботи (табл. 1.). номер завдання до курсової роботи студент вибирає згідно порядковому номеру у списку академічної групи. Якщо курс складається з кількох академічних груп, то наступна академічна група продовжує список вибраних завдань у порядку списку своєї групи.

Графічну частину завдання виконують олівцем на міліметровому папері формату А4. Бажано виконувати графічну та розрахункову частину з застосуванням ПЕОМ у пакетах Microsoft Office Excel, MathCad, тощо. Пояснювальну записку до курсової роботи (аркуші формату А4) бажано виконувати на ПЕОМ у середовищі текстового редактору редактор Microsoft Office Word (при виконанні курсової роботи у середовищі MathCad пояснювальну записку можна виконувати у цьому ж середовищі).

Кожен аркуш повинен мати поля: ліворуч 25 мм, праворуч – 15 мм, зверху і низу – 20 мм.

Пояснювальна записка повинна містити назву курсової роботи, дату її виконання перелік даних необхідних для обчислень.

Рейтингова оцінка за курсову роботу виставляється за 10-бальною системою:

Кількість балів	Оцінка за національною шкалою
	Відмінно
8-9	Добре
6-7	Задовільно
Менше 6	Незадовільно

Дослідження колірних характеристик абсорбційних світлофільтрів.

Мета курсової роботи: Оволодіння на практиці методами розрахунку координат колірності, колірного тону і чистоту кольору (насиченість), інтегрального коефіцієнта пропускання кольорових світлофільтрів, що застосовуються у світлосигнальних пристроях та системах.

Таблиця 1

Вихідні дані для розрахунку

Номер варіанта	Марка скла світлофільтра	Товщина світлофільтра, мм	Номер варіанта	Марка скла світлофільтра	Товщина світлофільтра
	ЗС7			ЗС7
	ПС7			ПС7
	УФС1			УФС1
	ФС6			ФС6
	СС2			СС2
	СС8			СС8
	СС15			СС15
	С3С7			С3С7
	С3С22			С3С22
	ЗС3			ЗС3
	ЗС11			ЗС11
	ЖЗС6			ЖЗС6
	ЖЗС12			ЖЗС12
	ЖЗС17			ЖЗС17
	ЖСЗ			ЖСЗ
	ЖС19			ЖС19
	ОС5			ОС5
	KC11			KC11
	КС13			КС13
	КС17			КС17
	ЗС7			ЗС7
	ПС7			ПС7
	ЗС11			ЗС11
	ЖЗС6			ЖЗС6
	СС8			СС8

Теоретичні відомості

Визначення колірного тону і чистоти кольору виконується за результатами розрахунків. Розрахунки виконуються за обчисленими або виміряними величинами спектральних коефіцієнтів пропускання і даними розподілу енергії у спектрі вибраного джерела випромінювання.

Будь-який колір С може бути отриманий шляхом змішування трьох основних взаємно незалежних кольорів, взятих у певних кількостях

(1)

де X, Y, Z – основні кольори, x', y', z' – коефіцієнти кольору, що вказують у яких співвідношеннях потрібно змішувати основні кольори.

Для визначення колірного тону і чистоти кольору користуються колірним трикутником сторонами якого є координати колірності x, y та z. Ці координати визначаються за виразами:

, , . (2)

Сума координат колірності x + y + z = 1. Для визначення коефіцієнтів кольору необхідно знати відносну спектральну інтенсивність випромінювання P_l (додаток Б) джерела світла, величини ординат сумування кольору , , (додаток В) і спектральні коефіцієнти пропускання світлофільтрів t_l.

, (2)

Оптичне кольорове скло нормується по десятковому показнику поглинання k(l) шару скла товщиною в 1 мм (додаток А). Спектральний коефіцієнт пропускання t_l світлофільтра товщиною х виготовленого з кольорового скла на довжині хвилі випромінювання l визначається як:

(3.)

де k(l)- десятковий показник поглинання кольорового скла; х – товщина світлофільтра у мм.

Існує кілька способів розрахунку інтегралів (2). Найбільш природній полягає у визначенні добутків типу через рівні малі проміжки Dl і подальшого їх сумування. Для такого розрахунку можна користуватися таблицями заздалегідь визначених добутків , , з інтервалами 10 або 5 нанометрів (додаток Д).

На колірному графіку усі спектральні кольори від 400 до 700 нм розташовані на граничній кривій – локусі. Локус можна побудувати за питомими координатами колірності X, Y, Z (додаток В) У центрі локуса є область, що відповідає білому кольору. Знаючи величини координат колірності x та y на графіку кольору можна знайти точку, що відповідає цим координатам. Далі через точку, що відповідає координатам колірності джерела [x_б, y_б], наприклад, типу А і знайдену точку з координатами [x, y] проводять пряму до перетину з локусом. Точка перетину з локусом матиме координати [x_l, y_l] буде визначати колірний тон випромінювання джерела, що пройшло через світлофільтр. Чистоту кольору р визначають або за кривими рівної чистоти кольору [2, 7], або за виразами:

; (4)

де x_l, y_l - координати колірності однорідного (чистого спектрального) випромінювання; x_б, y_б – координати колірності джерела білого випромінювання відповідного типу (А, В або С); x, y – координати колірності випромінювання, що пройшло через світлофільтр (визначені під час підрахунків).

Координати колірності джерел різних типів наведено у таблиці 2. Величини x_l, y_l визначаються при визначенні колірного тону, вони є координатами точки перетину з локусом продовження лінії, що проходять через побудовані точки з координатами [x_б, y_б] та [x, y].

Координати колірності ьоровості джерел різних типів

Таблиця 2

Тип джерела	Тс	x_б,	y_б
A		0,448	0,408
B		0,348	0,352
C		0,310	0,316

З огляду на (2) інтегральний коефіцієнт пропускання кольорового світлофільтра можна визначити з виразу:

(5)

де у' та у'_t – колірні коефіцієнти випромінювання, що впало і пройшло крізь світлофільтр відповідно.

Послідовність виконання курсової роботи

1. Послідовно визначають координати колірності випромінювання джерел А, В, С, що пройшло через досліджуваного світлофільтр, виготовлений з певної марки кольорового скла заданої товщини (марка скла та товщина зразка вибираються згідно табл.иці 1), для чого:

а) користуючись даними десяткових показників поглинання наведеними у додатку А за виразом (3) визначають залежність спектрального коефіцієнта пропускання світлофільтра від довжини хвилі. Крім таблиці, визначену залежність подають також у графічному вигляді;

б) використовуючи дані відносного спектрального розподілу енергії джерел (додаток Б), спектральною залежністю ординат сумування (додаток В) або добутками ординат сумування кольору на величини відносного спектрального розподілу енергії випромінювання джерел світла (додаток Д) за виразом (2) визначають координати кольору випромінювання джерела світла заданого типу, що пройшло через світлофільтр;

в) виконані обчислення подають таблично (можливий варіант таблиця 3).

Таблиця 3

Розрахунок координат кольору випромінювання, що пройшло крізь світлофільтр

l, нм

t_l

Координати кольору випромінювання, що падає

Координати кольору випромінювання, що пройшло

...

---

...

2. Визначають інтегральний коефіцієнт пропускання світлофільтра, для цього використовують результати сумування у'_t і той факт що величина у' нормована таким чином, що її значення рівне 100, тому значення величини у'_t чисельно буде рівним інтегральному коефіцієнту пропускання вираженому у процентах.

3. Визначають колірний тон випромінювання, для чого:

а) на графіку кольоровості [х у] з попередньо побудованим локусом (додаток Є) наносять координати кольору, що відповідають координатам випромінювання вибраного джерела світла х_б у_б (див табл. 1), та підраховані координати випромінювання, що пройшло крізь світлофільтр x,y;.

б) через знайдені точки проводять пряму лінію до перетину з локусом на якому позначені довжини хвиль однорідних (чистих спектральних) тонів і за цією точкою перетину визначають довжину хвилі у нанометрах домінуючого випромінювання тобто – колірний тон. Будують залежність колірного тону від колірної температури джерела світла.

4. Визначають чистоту (насиченість) кольору випромінювання, що пройшло крізь світлофільтр, для цього:

а) визначають координати точки x_l,y_l перетину лінії, що сполучає координати кольору випромінювання джерела світла та випромінювання, яке пройшло кріль світлофільтр (див. п.3);

б) за виразом (4) визначають величину чистоту кольору випромінювання, що пройшло через досліджуваний світлофільтр.

Пояснювальна записка повинна містити відповіді на наступні запитання

1. Способи систематизації та кількісного вираження кольорів. На чому вони ґрунтується, їх порівняльні характеристики, переваги та недоліки.

2. Основні положення теорії трикомпонентного кольорового зору Юнга-Гельмгольца.

3. Фактори, крім фізичних характеристик випромінювання, що впливають на відчуття кольору.

4. Способи отримання кольорів.

5. Джерела білого світла, які застосовуються у колориметрії.

6. Діаграма колірності XYZ та її особливості.

7. Чому система XYZ називається розрахунковою?

8. Основні закони адитивного змішування кольорів.

9. Принципова схема колориметра та колориметричні умови спостереження.

Список літератури

1. Гуторов М.М. Основы светотехники и источники света: Учеб. пособие для вузов. - 2-е изд. доп..и перераб.-М.: Энергоатомиздат, 1983. - 384 с.

2. Справочная книга по светотехнике /Под ред. Ю. В. Айзенберга. - 2-е. изд.перераб. и доп. -М.:Энергоатомиздат, 1995. - 528с.

3. Гуревич М.М. Фотометрия (теория, методы и приборы) – Л.: Энергоатомиздат, 1983. – 268 с.

4. Щепина Н.С. Основы светотехники. – М.: Энергоатомиздат, 1985: – 344 с.

5. ГОСТ 13088-67. Колориметрия. Термины, буквенные обозначения.

6. ГОСТ 8.332 – 78. Световые измерения . Значения относительной спектральной световой эффективности.

7. ГОСТ 9242 – 59. Светофильтры сигнальные для транспорта. Методы измерения цветности и коэффициента пропускания.

ДОДАТКИ

Додаток А

Десятковий показник поглинання k(l)шару скла товщиною 1 мм по маркам

l	Марка скла
ЗС7	ПС7	УФС1	ФС6	СС2	СС8	СС15	С3С7	С3С22	ЗС3
	0,058	0,004	0,035	0,023	0,015	0,092	0,060	0,026	0,046	0,076
	0,040	0,005	0,230	0,035	0,010	0,078	0,046	0,015	0,017	0,080
	0,170	0,005	0,720	0,082	0,010	0,072	0,052	0,011	0,009	0,190
	0,268	0,014	1,030	0,190	0,016	0,080	0,079	0,010	0,008	0,300
	0,239	0,013	1,070	0,300	0,025	0,102	0,103	0,009	0,007	0,320
	0,253	0,026	1,100	0,450	0,040	0,130	0,140	0,009	0,007	0,310
	0,595	0,037	1,330	0,950	0,079	0,230	0,350	0,010	0,007	0,250
	0,282	0,025	1,700	1,470	0,152	0,400	0,750	0,014	0,011	0,184
	0,026	0,075	2,300	1,750	0,244	0,640	1,310	0,032	0,028	0,150
	0,404	0,042	2,500	1,650	0,256	0,781	2,000	0,067	0,076	0,186
	0,296	0,009	2,500	1,550	0,220	0,730	1,900	0,079	0,116	0,220
	0,032	0,012	2,750	1,500	0,200	0,700	1,700	0,1	0,182	0,260
	0,061	0,473	3,500	2,200	0,330	1,080	2,400	0,155	0,371	0,410
	0,0264	0,166	3,200	3,200	0,398	1,381	3,100	0,214	0,673	0,593
	0,0734	0,006	3,000	3,100	0,370	1,461	2,900	0,280	1,093	0,801
	0,834	0,003	2,400	3,100	0,392	1,620	3,300	0,352	1,640	0,992
	0,811	0,002	1,750	3,400	0,384	1,641	3,300	0,380	1,990	1,080
	1,021	0,002	1,150	3,500	0,330	1,633	2,900	0,419	2,390	1,131
	0,214	0,025	0,360	2,700	0,180	1,370	1,750	0,484		1,230
	0,022	0,004	0,120	1,280	0,044	1,040	1,040	0,533		1,370
	0,015	0,009	0,080	0,430	0,009	1,020	0,920	0,570		1,420
	0,016	0,340	0,095	0,130	0,001	1,018	0,910	0,595		1,460
	0,020	0,260	0,110	0,067	0,000	1,000	0,930	0,611		1,460
	0,025	0,090	0,125	0,036	0,000	1,012	0,950	0,613		1,450

Додаток А (продовження)

Десятковий показник поглинання k(l)шару скла товщиною 1 мм по маркам

Дов хв.	Марка скла
ЗС11	ЖЗС6	ЖЗС12	ЖЗС17	ЖСЗ	ЖС19	ОС5	KC11	КС13	КС17
	4,8				1,250	0,071	1,170
	3,200	2,300			0,390	0,170	1,170
	1,950	1,210			0,170	0,190	1,160
	1,070	0,680	2,830		0,082	0,110	1,030
	0,770	0,490	2,330		0,052	0,060	0,900
	0,570	0,340	1,860	2,960	0,036	0,052	0,800
	0,330	0,180	1,270	2,320	0,014	0,035	0,610
	0,210	0,100	0,820	1,830	0,007	0,030	0,460
	0,150	0,056	0,660	1,500	0,004	0,005	0,360
	0,170	0,040	0,600	1,400	0,002	0,002	0,268
	0,210	0,038	0,620	1,430	0,002	0,001	0,230
	0,270	0,040	0,650	1,470	0,002	0,001	0,200
	1,430	0,050	0,800	1,550	0,003	0,001	0,150	2,4
	0,620	0,070	1,040	1,760	0,005	0,001	0,120	0,248	2,4
	0,840	0,094	1,350	2,130	0,006	0,001	0,100	0,023	0,24	2,4
	1,040	0,110	1,570	2,380	0,008	0,001	0,084	0,007	0,019	1,600
	1,120	0,110	1,660	2,430	0,007	0,001	0,080	0,006	0,008	0,800
	1,200	0,110	1,730	2,380	0,007	0,002	0,076	0,005	0,006	0,330
	1,290	0,092	1,690	2,180	0,006	0,002	0,070	0,004	0,003	0,020
	1,400	0,087	1,700	2,000	0,005	0,002	0,066	0,003	0,003	0,020
	1,410	0,070	1,690	1,880	0,003	0,002	0,063	0,003	0,003	0,005
	1,430	0,057	1,650	1,800	0,002	0,001	0,061	0,004	0,003	0,005
	1,420	0,050	1,630	1,790	0,002	0,001	0,060	0,004	0,003	0,005
	1,430	0,042	1,610	1,800	0,002	0,001	0,060	0,004	0,004	0,005

Додаток Б

Відносний розподіл енергії у спектрі джерел типу А, В, С

l ,нм	P(l)_A	P(l)_B	P(l)_C	l ,нм	P(l)_A	P(l)_B	P(l)_C
	9,79	22,40	33,00		114,44	101,00	97,80
	10,90	26,85	39,92		118,08	100,07	95,43
	12,09	31,30	47,40		121,73	99,20	93,20
	13,36	36,18	55,17		125,39	98,44	91,22
	14,71	41,30	63,30		129,04	98,00	89,70
	16,15	46,62	71,81		132,70	98,08	88,83
	17,68	52,10	80,60		136,34	98,50	88,40
	19,29	57,70	89,53		139,99	99,06	88,19
	21,00	63,20	98,10		143,62	99,70	88,10
	22,79	68,37	105,80		147,23	100,36	88,06
	24,67	73,10	112,40		150,83	101,00	88,00
	26,64	77,31	117,75		154,42	101,56	87,86
	28,70	80,80	121,50		157,98	102,20	87,80
	30,85	83,44	123,45		161,51	103,05	87,99
	33,09	85,40	124,00		165,03	103,90	88,20
	35,41	86,88	123,60		168,51	104,59	88,20
	37,82	88,30	123,10		171,96	105,00	87,90
	40,30	90,08	123,30		175,38	105,08	87,22
	42,87	92,00	123,80		178,77	104,90	86,30
	45,52	93,75	124,09		182,12	104,55	85,30
	48,25	95,20	123,90		185,43	103,90	84,00
	51,04	96,23	122,92		188,70	102,84	82,21
	53,91	96,50	120,70		191,93	101,60	80,20
	56,85	95,71	116,90		195,12	100,38	78,24
	59,86	94,20	112,10		198,26	99,10	76,30
	62,93	92,37	106,98		201,36	97,70	74,36
	66,06	90,70	102,30		204,41	96,20	72,40
	69,25	89,65	98,81		207,41	94,60	70,40
	72,50	89,50	96,90		210,36	92,90	68,30
	75,79	90,43	96,78		213,26	91,10	66,30
	79,13	92,20	98,00		216,12	89,40	64,40
	82,52	94,46	99,94		218,92	88,00	62,80
	85,95	96,90	102,10		221,66	86,90	61,50
	89,41	99,16	103,95		224,36	85,90	60,20
	92,91	101,00	105,20		227,00	85,20	59,20
	96,44	102,20	105,67		229,58	84,80	58,50
	100,00	102,80	105,30		232,11	84,70	58,10
	103,58	102,92	104,11		234,59	84,90	58,00
	107,18	102,60	102,30		237,01	85,40	58,20
	110,80	101,90	100,15		239,37	86,10	58,50
я580	114,44	101,00	97,80		241,67	87,00	59,10

Додаток В

Ординати кривих сумування	Питомі координати колірності XYZ
l				l	X_l	Y_l	Z_l
	0,0014		0,0065		0,1741	0,005	0,8209
	0,0022	0,0001	0,0105		0,174	0,005	0,821
	0,0042	0,0001	0,0201		0,1738	0,0049	0,8213
	0,0076	0,0002	0,0362		0,1736	0,0049	0,8215
	0,0143	0,0004	0,0679		0,1733	0,0048	0,8219
	0,0232	0,0006	0,1102		0,173	0,0048	0,8222
	0,0435	0,0012	0,2074		0,1726	0,0048	0,8226
	0,0776	0,0022	0,3713		0,1721	0,0048	0,8231
	0,1344	0,004	0,6456		0,1714	0,0051	0,8235
	0,2148	0,0073	1,0391		0,1703	0,0058	0,8239
	0,2839	0,0116	1,3856		0,1689	0,0069	0,8242
	0,3285	0,0168	1,623		0,1669	0,0086	0,8245
	0,3483	0,023	1,7471		0,1644	0,0109	0,8247
	0,3481	0,0298	1,7826		0,1611	0,0138	0,8251
	0,3362	0,038	1,7721		0,1566	0,0177	0,8257
	0,3187	0,048	1,7441		0,151	0,0227	0,8263
	0,2908	0,06	1,6692		0,144	0,0297	0,8263
	0,2511	0,0739	1,5281		0,1355	0,0399	0,8246
	0,1954	0,091	1,2876		0,1241	0,0578	0,8181
	0,1421	0,1126	1,0419		0,1096	0,0868	0,8036
	0,0956	0,139	0,813		0,0913	0,1327	0,776
	0,058	0,1693	0,6161		0,0687	0,2007	0,7306
	0,032	0,208	0,4652		0,0454	0,295	0,6596
	0,0147	0,2586	0,3533		0,0235	0,4127	0,5638
	0,0049	0,323	0,272		0,0082	0,5384	0,4534

Додаток В (продовження 1)

Ординати кривих сумування	Питомі координати колірності XYZ
l			l	X_l	Y_l	Z_l
0,0024	0,4073	0,2123	0,0039	0,6548	0,3413
0,0093	0,503	0,1582	0,0139	0,7502	0,2359
0,0291	0,6082	0,1117	0,0389	0,812	0,1491
0,0633	0,71	0,0782	0,0743	0,8338	0,0919
0,1096	0,7932	0,0573	0,1142	0,8262	0,0596
0,1655	0,862	0,0422	0,1547	0,8059	0,0394
0,2257	0,9149	0,0298	0,1929	0,7816	0,0255
0,2904	0,954	0,0203	0,2296	0,7543	0,0161
0,3597	0,9803	0,0134	0,2658	0,7243	0,0099
0,4334	0,995	0,0087	0,3016	0,6923	0,0061
0,5121	1,0002	0,0057	0,3373	0,6589	0,0038
0,5945	0,995	0,0039	0,3731	0,6245	0,0024
0,6784	0,9785	0,0027	0,4087	0,5896	0,0017
0,7621	0,952	0,0021	0,4441	0,5547	0,0012
0,8425	0,9154	0,0018	0,4788	0,5202	0,001
0,9163	0,87	0,0017	0,5125	0,4866	0,0009
0,9786	0,8163	0,0014	0,5448	0,4544	0,0008
1,0263	0,757	0,0011	0,5752	0,4242	0,0006
1,0567	0,6949	0,001	0,6029	0,3965	0,0006
1,0622	0,631	0,0008	0,627	0,3725	0,0005
1,0456	0,5668	0,0006	0,6482	0,3514	0,0004
1,0026	0,503	0,0003	0,6658	0,334	0,0002
0,9384	0,4412	0,0002	0,6801	0,3197	0,0002
0,8544	0,381	0,0002	0,6915	0,3083	0,0002

Додаток В (продовження 2)

Ординати кривих сумування	Питомі координати колірності XYZ
l				l	X_l	Y_l	Z_l
	0,7514	0,321	0,0001		0,7006	0,2993	0,0001
	0,6424	0,265			0,7079	0,292	0,0001
	0,5419	0,217			0,714	0,2859	0,0001
0,4479	0,175			0,719	0,2809	0,0001
0,3608	0,1382			0,723	0,277
0,2835	0,107			0,726	0,274
0,2187	0,0816			0,7283	0,2717
0,1649	0,061			0,73	0,27
0,1212	0,0446			0,7311	0,2689
0,0874	0,032			0,732	0,268
0,0636	0,0232			0,7327	0,2673
0,0468	0,017			0,7334	0,2666
0,0329	0,0119			0,734	0,266
0,0227	0,0082			0,7344	0,2656
0,0158	0,0057			0,7346	0,2654
0,0114	0,0041			0,7347	0,2653
0,0081	0,0029			0,7347	0,2653
0,0058	0,0021			0,7347	0,2653
0,0041	0,0015			0,7347	0,2653
0,0029	0,001			0,7347	0,2653
0,002	0,0007			0,7347	0,2653
0,0014	0,0005			0,7347	0,2653
0,001	0,0004			0,7347	0,2653
0,0007	0,0003			0,7347	0,2653
0,0005	0,0002			0,7347	0,2653

Додаток В (продовження 3

Ординати кривих сумування	Питомі координати колірності XYZ
l				l	X_l	Y_l	Z_l
		0,0003	0,0001			0,7347	0,2653
		0,0002	0,0001			0,7347	0,2653
		0,0002	0,0001			0,7347	0,2653
		0,0001				0,7347	0,2653
		0,0001				0,7347	0,2653
						0,7347	0,2653
						0,7347	0,2653

Додаток Д

Скорочені таблиці для розрахунку коліру від джерел типів