پیشگفتار
کاربرد جهانی کامپیوتر های شخصی در مهندسی روشنائی بصورت یک مصرف روزانه در دهه گذشته روز به روز افزایش یافته است. استفاده از کامپیوترها دیگر بعنوان پرستیژ شغلی نیست , بلکه استفاده گسترده ای از آنها در آزمایشگاهها و دفاتر مهندسی میشود . این بدین معنی است که امروزه هر شخصی که به کامپیوتر و نرم افزار های مهندسی روشنائی دسترسی داشته باشد میتواند به راحتی محاسبات مربوطه را انجام دهد . در نظر نگرفتن اصول مورد استفاده در محاسبات طراحی در برنامه های کامپیوتری می تواند خطرناک باشد.
در این کتاب یک زمینه در رابطه با تکنیک های طراحی مورد استفاده در مهندسی روشنائی را در اختیار خواننده قرار میدهد وخواننده را با موارد استفاده واقعی آنها آشنا می سازد. در ادامه جزئیات اندازه گیریهای فوتومتریک بعنوان یک اطلاعات خروجی در زمینه طراحی و محاسبات مهندسی روشنائی برای چک کردن آن در اختیار خواننده قرار داده میشود . ما امیدواریم که مطالب گفته شده در این کتاب مورد استفاده کسانی که میخواهند شخصاً اقدام به نوشتن برنامه کامپیوتر خویش کنند قرار گیرد . که کاری بس ارزشمند است .
اطلاعات داده شده در این کتاب با این فرض میباشد که خواننده دارای یک اطلاعات مقدماتی از مهندسی روشنائی است .
قسمتهایی از مباحث این کتاب که به روز شده از مطالب کتابی است که در سال 1968 با عنوان Lighting Fittings – Performance and Designe (Pergamon Press) منتشر کردیم . کتاب یاد شده مجموعه ای از اطلاعات و تجربیات همکاران ما در زمینه مهندسی روشنائی است . کتاب حاضر آمیخته ای از این مطالب و روشهای نوین محاسباتی است که با کمک ناشرهای ما آقای Eliane Wigzell و Kirsty Stroud به چاپ رسیده است . ما امیدواریم توانسته باشیم به اهداف مورد نظر خود دست یافته باشیم . از تمام کسانیکه مارا کمک کردند متشکریم .
در اینجا جا دارد که از آقای Jacques Lecocq از شرکت Thorn Europhane و آقای Simons بخاطر کارشان بر روی این موضوع و کمک به گردآوری و ویرایش محاسبات و آقای Kit Cuttle و آقای Kevin Mansfield بخاطر بازخوانی مطالب فوق و پیشنهادات سازنده شان و پرفسور Peter Tregenza و دکتر Paul Littlefair که راهنمائیهای ارزنده ای در بحث روشنائی روز به من نمودند و همچنین از R.Lamb از NPL و آقای J.A.Lynes که ما رادر بخش کتاب کمک نمودند تشکر میکنیم .
دکتر Bean از همسرش بخاطر صبر و تحمل در انجام گردآوری و تدوین مطالب کتاب تشکر مینماید . هر دو نویسنده از همسرانشان بخاطر فراهم نمودن محیطی با آرامش در طی مدت نوشتن این کتاب قدردانی مینمایند .
A.R.Bean
R.H.Simons
13 December 1999
فصل (( 1 ))
« میدان روشنایی یک چراغ »
1-1 ) سیستم مختصات
تمام منابع نوری میتوانند به عنوان تولید کننده میدان روشنایی به صورت گسترده از منبع در تمام یا بعضی جهات در نظر گرفته شوند. ( یعنی ناحیه ای از فضا که به وسیله ی گستره ی مرئی از تشعشع الکترومغناطیسی پر شود .) بطورکلی ، این مشخصه میدان در فضا تا زمانیکه به وسیله ی یک واسط به غیر از هوا مانند دیوار قطع یا تغییر یابد ،وجود دارد.
اگر بخواهیم توزیع میدان روشنایی را در بعضی جهات را مورد مطالعه و ثبت قرار دهیم چند کار بایستی انجام گیرد . اول این که بایستی وسیله ای برای بیان موقعیت هر نقطه در فضا نسبت به منبع نور در نظر گرفته شود . دوم اینکه سیستم کمیتها و واحدها باید طوری در نظر گرفته شود که بتوان محاسبات روشنایی بصورت قابل قبولی انجام گیرد .
بخش اول مربوط به نخستین موضوع مورد نیاز یعنی بیان موقعیت هر نقطه در فضا است ، می باشد. مثلا اندازه گیری نسبت به موقعیت چراغ یا لامپ انجام می گیرد .
وقتی که یک سیستم مرجع به کار رود آنگاه به جا است که منبع نور در مقایسه با ابزار اندازه گیری به اندازه کافی کوچک در نظر گرفته شود به طوری بتوان آنرا به شکل یک نقطه درمبدا یک سیستم مرجع در نظر گرفت .این قسمت ، قسمت ریاضیاتی است و آنالیزهای ساده را شامل می شود .
منابع نوری به هر اندازه ای می توانند باشندو روش اتخاذ شده باید قادر به در نظر گرفتن آن باشد . روش معمول این است که اطمینان پیدا کنیم مسیر نور از منبع نور به سمت آشکارسازبه اندازه کافی طویل باشد تا میدان نوری در آن ناحیه از فضای تئوری یک منبع نقطه ای نور با خروجی و شکل یکسان شکل بگیرد.
تخمین زده شده است که برای بسیاری از منابع نوری اگر فاصله تا آشکارساز 5 برابر اندازه منبع نور باشد این وضعیت با دقت حدود یک درصد انجام می شود .
این بدین معنی است که میزان فاصله برای منابع بزرگ نور باید در حدود 12 متر باشد . برای چراغ ها و نورافکن ها با سیستم های نوری این فاصله ممکن است تا 30 متر( یا بیشتر) افزایش یابد . دلیل آن نیز این است که محیط پخش نور بیشتر بستگی به تابش اجزاء نوری دارد تا اندازه نورافکن(بخش 15 را ببینید).
قبل از اینکه ما به سیستمهای مرجع خاص قابل قبول در این روش برگردیم یک توضیح قابل توجه در مورد چگونگی اندازه گیری در فاصله ای مانند 12 متر وجود دارد که میتواند در محاسبه نحوه عملکرد چراغ در کارگاههای داخلی که فاصله ها ممکن است 2 یا 3 متر باشد استفاده شود.
فرض بر این است که یک منبع بزرگ نوری مثلا چراغ می تواند به صورت تعدادی چراغ کوچک در نظر گرفته شود که هر کدام قسمت معینی از خروجی کل را ساطع میکند و خصوصیات پخش در فاصله نور سنجی درست (طولانی) را برای کل چراغ دارد.(شکل 1-1)
در عصر کامپیوتری حاضر محاسبات متعدد ، دشواری کمتری دارند.
(شکل در متن اصلی موجود است)
شکل 1-1 برای انجام اهداف محاسباتی چراغ به صورت چند چراغ کوچک در نظر گرفته میشود.(در این شکل 24 عدد)
1-2 ) سیستمهای مختصات کاربردی
هنگامیکه فرض را بتوان بر این گذاشت که منطقه پخش نور یک نقطه است آنگاه آن نقطه میتواند در واقع مرکز کره فرض شود که اندازه آن بستگی به فاصله اندازه گیری شده یعنی فاصله ی بین آشکارساز و مرجع نقطه ای چراغ دارد.
اندازه گیری های انجام شده در جهت های مختلف می تواند با اعمال یک سیستم زاویه ای مناسب بر روی یک کره مشخص شوند . (شکل 1-2 را ببینید)
(شکل در متن اصلی موجود است)
سه نمونه از این سیستمهای مرجع زاویه ای در شکل 1-3 ( a ,b, c, d ,e, f ) نشان داده شده است. تمام این سیستمها دارای طول و عرض یکسان در مختصات کروی هستند ولی در جهت محور قطبی با هم فرق دارند.
شکل 1-3( a ) سیستمی مشابه با آنچه بر روی نقشه های زمینی استفاده می شود را نشان میدهد.
(شکل در متن اصلی موجود است)
شکل 1-3( b ) همان سیستم بالا است که 90 درجه اختلاف دارد.
(شکل در متن اصلی موجود است)
شکل 1-3 ( c ) شکل 1-3(b) است که 90درجه چرخیده است به طوری که در آن تمام شکل1-3 (b) دیده می شود .
(شکل در متن اصلی موجود است)
در نتیجه سیستمهایی که بر روی این سه روش آرایش مختصات زاویه ای پایه گذاری شده اند به وسیله CIE (CIE 121-1996) توضیح داده شده اند و رقمها و نمادها مورد قبول هستند. لذا هنگامیکه از نمادها صحبت می شود سیستم مربوط به آن معلوم می گردد.
سیستمی که در شکل 1-3a نشان داده شده است سیستم C و را تعیین می کند.
(شکل در متن اصلی موجود است)
سیستمی که در شکل 1-3b نشان داده شده است سیستم A و و شکل 1-3c نیز سیستم B و را تعیین می کند.
(شکل در متن اصلی موجود است)
شکل 1-2 یک کره با سیستم های مختصات زاویه ای ممکن
(شکل در متن اصلی موجود است)
از آنجائیکه هر کدام از این سیستم ها به یک نقطه فضایی درکره مربوط هستند برای انجام اندازه گیری از نور سنجی که یک سیستم را دنبال می کند استفاده می شود که می تواند بوسیله تبدیلات مناسب زاویه به هر کدام از سیستمهای دیگر مربوط شود و خصوصیات آن سیستم را بیان کند.( به عنوان مثال یک برنامه کامپیوتری که اطلاعات را از نور سنج دریافت می کند، بایستی اطمینان دهد که اطلاعات پرینت شده به شکلی است که مورد درخواست کاربر است ، اگر چه این اطلاعات می توانند امکان عدم دقت در فرآیند درون یابی را نیز به ما نشان دهد)
ابتدا حروف انتخاب شده به سطح اندازه گیری شده نسبت داده می شود . برای مثال سطوح A, B, C، حروف لاتین , و به زاویه اندازه گیری در سطح تعیین شده اشاره میکند.
بعضی اوقات بهتر است برای کمک به فهم بهتر سطوح را به شکل صفحات کتاب تصور کنیم که اطلاعات CIE به کار رفته به آن نزدیک هستند .شکل 1-3 ( d),(e) ,( f) روش گفته شده را نشان میدهند. استفاده از این سه سیستم مختصات به وسیله قراردادهای بیان شده زیر محدود می شوند.
1) سیستم سطوح C در فضا به صورت دقیقاً جهت دار در نظر گرفته می شود و بستگی به انحراف چراغ ندارد.
2 ) سیستم سطوح A وB به صورت دقیقاً زوج در چراغ در نظر گرفته می شود و در نتیجه می تواند هر نوع انحناء را در چراغ دنبال کند.
محور قطبی
شدت روشنایی ماکزیمم
شکل 1-3a - سیستم مختصات شبیه به مدل استفاده شده در گوی های کروی . b - سیستم مختصات 90 درجه چرخیده است. ( به مبدا متفاوت برای اندازه گیری عرضی توجه شود .) c - سیستم مختصات 90 درجه بیشتر چرخیده است تا نوک تصویر را نشان دهد . -d مانند شکل a است اما به روش صفحات کتاب نمایش داده شده است . e - مانند b است و به روش صفحات کتاب نشان داده شده . f - مانند c است و به روش صفحات کتاب نشان داده شده است.
(شکل و فرمول در متن اصلی موجود است)
1-3 ) تبدیل سیستم های مختصات
در بخش قبل توضیح داده شد که سه سیستم مختصاتی که تا کنون بیان شده اند ، حتماً به هم وابسته می باشند ؛ بنابراین تبدیل از یک سیستم به سیستم دیگر ممکن و آسان است . در این بخش جزئیات تبدیل سیستم ها به یکدیگر با استفاده از فرمول های لازم ارایه می شود .