| Министерство образования Российской Федерации
Волгоградский государственный технический университет
Кафедра «Техническая эксплуатация и ремонт автомобилей»
СЕМЕСТРОВАЯ РАБОТА
по дисциплине «Основы научных исследований»
Тема: «Яркость»
Вариант: 75
Студент: Мелихов Владимир Александрович
Группа: АТ-312
Направление: 5521 «Эксплуатация транспортных средств»
Преподаватель: Зотов Николай Михайлович
Дата сдачи на проверку: ___________
Роспись студента: ___________
Волгоград 2003
СОДЕРЖАНИЕ
Характеристика яркости…………………………………………………….3
Способы, датчики и приборы, используемые для измерения яркости и их принципы работы………………………………………………………8
Примеры измерения яркости при производстве, испытании, диагностировании, техническом обслуживании и ремонте автомобилей или их элементов………………………………………11
Список литературы………………………………………………………...12
Характеристика яркости
Яркость излучающей поверхности в астрономии и в физике определяется одинаково. Это понятие применимо только для протяженных (неточечных) источников, поскольку в ней присутствует площадь излучающей поверхности. Так как сила света убывает пропорционально квадрату расстояния до источника, а телесный угол, под которым видна проекция излучающей площадки, также убывает по тому же закону, то яркость источника не зависит от расстояния до него и в астрономии часто измеряется как поток с 1 кв. секунды дуги видимой поверхности источника или же как освещенность, создаваемую таким участком видимой поверхности источника.
Если попытаться дать определение яркости, то оно может звучать так:
Яркость
– это фотометрическая величина, характеризующая излучательную способность протяжённых тел в данном направлении.
Яркость тела в данном направлении определяется энергией, излучаемой в единицу времени внутри единичного телесного угла элементом поверхности тела, проекция которого на плоскость, перпендикулярную выбранную направлению, имеет единичную площадь. За единицу яркости в Международной системе единиц (СИ) принят 1 кандела на квадратный метр – яркость поверхности, каждый квадратный метр которой излучает в перпендикулярном к ней направлении в пределах угла 1 стерадиан поток, равный 1 люмену. В астрономии яркость часто измеряется видимой звёздной величиной
поверхности площадью в одну квадратную секунду дуги. Ранее в Международной системе единиц (СИ) за единицу яркости принимали 1 нит (1 нт=10кд/м2
).
Для примера яркость ночного неба составляет около 21.6 квадратной секунды дуги, то есть около 2·10 -4
нт, яркость видимой поверхности Солнца сотавляет около 150000 квадратных секунд дуги (примерно 1,4 нт), а средняя яркость полной Луны - примерно 0.25 квадратных секунд дуги (около 2,3·10-6
нт).
Если подходить к определению яркости с точки зрения физического смысла, то можно дать следующее определение: Яркость поверхности
– световой поток d
Ф
, исходящий из площадки dS
в рассматриваемом направлении, отнесенный у единице телесного угла и к единице видимой величины площадки, т. е. dS
cosq
:
 ,
где dZ
=
d
Ф/
d
W
– сила света площадки dS
(рис. 1). Буква В
снабжена индексом q
, так как яркость зависит от угла q
, под которым рассматривается площадка dS
.
Рис. 1
При рассмотрении полного светового потока, посылаемого единицей светящейся поверхности в одну сторону необходимо ввести такое понятие как светимость
Светимостью
К
называется полный световой поток, посылаемый единицей светящейся поверхности в одну сторону, т. е. в телесный угол W
=2
p
. Единица измерения светимости в Международной системе единиц (СИ) такая же, что и единица освещенности, то есть люмен на квадратный метр (лм/м2
). Так как световой поток с единицы поверхности в телесный угол d
W
равен d
Ф=
B
q
cos
q
d
W
, то
 (1.15)
Для поверхностей, излучающих по закону Ламберта (т. е. поверхностная яркость не зависит от направления излучения), яркость В
q
=В
не зависит от угла q
, поэтому
К=
p
В
Так как световой поток, который в том числе характеризует яркость, прежде всего, воспринимается человеком посредством органов зрения, то есть глаз, то необходимо рассмотреть как он воспринимается человеком. При действии света на глаз возникает раздражение сетчатки. От сетчатки возбуждение передается в зрительный нерв и далее в мозг, вызывая ощущение света. Свойство зрительного ощущения, согласно которому предметы кажутся испускающими больше или меньше света, называется светлотой
. Как мы уже знаем, на сетчатку попадают только определенные доли всей световой энергии, испускаемой предметами в окружающее пространство. Они выражаются величинами яркостей
. Таким образом, интенсивность светового раздражения определяется величинами яркостей, а интенсивность светового ощущения — величинами светлот. Чем больше яркость, тем больше светлота. Поэтому можно сказать, что светлота есть мера ощущения яркости.
В повседневной жизни между понятиями яркости и светлоты часто не делают отчетливого различия, но при изучении зрительного восприятия света их необходимо четко различать. Яркость — объективная величина, ее можно измерить соответствующим прибором (как вы уже догадались, он называется яркометром). Светлота — величина субъективная, как и все ощущения. Например, лист белой бумаги на солнечном свету летом имеет яркость порядка 30000 нт, а при свете настольной лампы — порядка 10–30 нт. Однако никто не скажет, что один и тот же лист бумаги в одном случае более светлый, чем в другом. В числе ряда особенностей зрительного восприятия здесь проявляется его способность отделять характеристику освещения от характеристики освещаемого предмета. Это явление относится к разряду психологических, и, в частности, связано с памятью.
Из сказанного следует, что светлота не может быть непосредственно измерена и выражена абсолютными числами. Однако возможна количественная оценка, выражаемая словами: больше, меньше, равно, намного больше или меньше, едва различается. Причем этим выражениям можно вполне определенно сопоставить разности измеряемых яркостей. Таким образом можно изучить зависимость ощущения от раздражения.
В середине прошлого века немецкий физик Вильгельм Эдуард Вебер (1804–1891) ставил опыты для того, чтобы найти зависимость между величинами раздражения и ощущения. В 1851г. Вебер открыл закон, общий для всех органов чувств: и данная величина раздражения (яркость света, вес, сила звука, и др.) является мерой замечаемости его изменения.
Говоря проще, мерой чувственно воспринимаемых различий является не минимальная величина разности двух раздражений при данном уровне раздражения, а относительная величина, которая остается неизменной при изменении раздражения.
DP/P = const
Позднее, в 1858г., Густав Фехнер (1801–1887, немецкий физик и врач) проводил опыты по зрительному различению яркостей. Он установил, что в случае яркостей отношение DP/P постоянно в большом практически используемом диапазоне яркостей. Фехнер вывел математическую формулу зависимости изменения величины ощущения от изменения величины яркости.
DS = k DlgP
Так выглядит закон Вебера–Фехнера (k~100).
Эта формула имеет важное значение. Она, в частности, объясняет, почему надо пользоваться величинами оптических плотностей, а не соответствующими им величинами коэффициентов пропускания и отражения. Действительно, если построить шкалу яркостей, оптические плотности которой составляют равномерный ряд, то она будет восприниматься как равномерная шкала светлот.
Ранее рассматривалась разница двух яркостей при абстрагировании от их окружения, неявно предполагая, что разница между ними много меньше их значений. При рассмотрении реальных образов это не так — мы имеем некоторый диапазон яркостей и некоторый средний уровень яркости — и наше восприятие изменится.
Было установлено, что в натуральном объекте с максимальной яркостью 6000 нт, интервалом яркостей 2.3 (200:1) и уровнем адаптации глаза 1500 нт человеческий глаз может различить 100 уровней яркости. Эти показатели соответствуют ландшафту при среднем уровне освещения его дневным светом. В объекте с максимальной яркостью 40 нт, интервалом яркостей 1.6 (40:1) и уровнем адоптации 10 нт глаз может различить около 70 уровней яркости. Эти показатели соответствуют фотоотпечатку на бумаге выше упомянутого ландшафта и рассматриваемого при среднем искусственном освещении.
Способы, датчики и приборы, используемые для измерения яркости и их принципы работы
Для измерения яркости служит прибор яркомер. Яркомер предназначен для измерения яркости участков рабочего поля экрана. Размеры фотометрируемых участков в зависимости от формы должны быть следующих размеров: круглые — диаметр от не более 0,1 мм до не менее 20 мм, прямоугольные — ширина не более 0,05 мм, длина — от 2,0 до 5,0 мм. Пределы измерения — от не более 1,0 до не менее 200 кд/м2
(основной диапазон) с расширением верхнего предела измерения за счет калиброванного ослабителя света. Основная погрешность измерения должна составлять не более 10 %. Погрешность коррекции относительной спектральной чувствительности фотоприемника под относительную спектральную световую эффективность монохроматического излучения для дневного зрения — не более 10 %.
Перед проведением измерений должна быть обеспечена подготовка фотометрируемых участков и средств измерения в соответствии с их эксплуатационной документацией. Измерения проводят в нормальных климатических условиях по ГОСТ 21552, если другое не установлено нормативными документами (НД) на фотометрируемые участки. Измерения проводят не ранее чем через 20 мин после включения питания, если не прелус-мотрен иной режим технической документацией на изделие и программой испытаний. Измерения параметров изображения проводят в пяти участках экрана, если другое не установлено методами измерения конкретных параметров:
- в центре рабочего поля экрана, т.е. на пересечении его диагоналей;
- по диагоналям на расстоянии от углов рабочего поля, составляюшем 0,1 длины диагонали.
Измерение параметров изображения проводят как в затемненном помещении, так и при наличии искусственного внешнего освещения. Освещение экрана должно быть диффузным или угол падения света должен быть равен или более 45" относительно нормали к плоскости, касательной поверхности экрана в его центре. Яркость изображения L на экране, складывающуюся из двух составляющих: яркости излучения Lизл
и отраженной яркости Lотp
, обусловленной внешним освещением, рассчитывают по формуле:
L= Lизл
+Lотр
Яркость изображения определяют непосредственным измерением яркости экрана с помощью яркомера, либо определяют раздельно яркость излучения и отраженную яркость. Измерение яркости излучения проводят в затемненном помещении при освещенности экрана, не превышающей 5 лк. Отраженную яркость измеряют при выключенном дисплее и диафрагме яркомера, перекрывающей более 1,0 % площади экрана. Допускается отраженную яркость Lотр
рассчитывать по формуле:
Lотр
=Е·Рд
,
где Е — освещенность экрана, лк;
Рд
— коэффициент диффузного отражения экрана.
Значение Е задают исходя из нормативных данных на фотометрируемые участки и методов испытания конкретных параметров, но не менее 250 лк. Значение Рд
определяют по приложению стандарта. Допускается применять значение Рд
, указанное в нормативных данных на фотометрируемые участки. При измерении яркости оптическую ось яркомера ориентируют параллельно нормали к плоскости, касательной поверхности экрана в его центре. Используемую диафрагму яркомера и расстояние фотометрирования устанавливают в методах измерения конкретных параметров. Измерение визуальных эргономических параметров проводят на специальных тест-изображениях, установленных в методах измерения конкретных параметров. Тест-изображения должны соответствовать наивысшему стандарту разложения из поддерживаемых фотометрируемых участков конкретного типа в соответствии с нормативными документами на них. Для измерения параметров изображения проводят начальную установку яркости фотометрируемых участков. Для этого воспроизводят тест-объект в виде светлого участка в центре экрана с размерами, превышающими размер одного знакоместа, и однородной яркостью, соответствующей нижнему уровню кодирования яркостью. Задают фиксированное значение освещенности в вертикальной плоскости экрана, но не менее 250 лк. При измерениях в затемненном помещении используют заданное значение освещенности для вычисления отраженной яркости L по формуле. При работе в условиях освещенного помещения заданную освещенность в вертикальной плоскости экрана создают от внешнего источника света. С помощью органов управления, расположенных в фотометрируемых участках, устанавливают яркость изображения тест-объекта L2
в центре экрана, равной или более 35 кд/м2
. При этом растр на экране должен быть едва различим, а контрастность тест-объекта и фона с учетом отраженной яркости должна быть не менее 3:1. Для многоцветных фотометрируемых участков начальную установку яркости проводят в белом цвете, если другое не указано в нормативных документах на фотометрируемые участки. После начального установления яркости регулирование яркости органами управления, расположенными в фотометрируемом участке, не допускается. Изменение яркости при испытаниях проводят путем системного задания уровня кодирования яркостью.
Примеры измерения яркости при производстве, испытании, диагностировании, техническом обслуживании и ремонте автомобилей или их элементов
В современной автомобильной промышленности яркость измеряют не только для определения соответствия яркости фар нормативному значению и определения правильности фокусировки ближнего и дальнего света фар. На сегодняшний день уже прошли государственную аккредитацию и лицензирование и не так давно были запущены в серийное производство приборы регистрации скорости (радары) нового поколения, которые позволяют не только более точно определить действительную скорость движения автомобиля практически при любых условий окружающей среды, а и определить многие другие параметры транспортного средства при помощи установленного в нём специального компьютерного чипа.
Также яркость измеряют при проверке правильности постановки углов рулевых колёс.
Список литературы
1.
Яворский Б.М., Детлаф А.А. Курс общей физики. Т. III Изд 2-е. Учебник. М.: Высшая школа,1972.
2.
Енохович А.С. Справочник по физике и технике: учебное пособие для студентов технических вузов и инженрных работников. – 3-е изд., перераб. и доп. – М.: Просвещение, 1989.
3.
Харт Х. Введение в измерительную технику: Пер. с нем. М.М. Гельмана. –М.: Мир, 1999.
4.
Измерения в промышленности: Справ. изд. в 3-х кн.: Пер. с нем./Под ред. П. Профоса.-2-е изд., перраб. И доп.-М.: Металлургия, 1990.
5.
http://erudite.nm.ru/
6.
http://phys.spb.ru/
7.
http://physics.hut.ru/
8.
http://www.rphtt.ru/
|
