E X A M E N S A R B E T E
2005:190 CIV
LISA FORSGREN
Framtagning av fotometriska EULUMDAT-fi ler från
belysningsmätdata för armaturer
CIVILINGENJÖRSPROGRAMMET Teknisk fysik
Luleå tekniska universitet
Institutionen för Tillämpad fysik • Maskin- och materialteknik Avdelningen för Experimentell mekanik
Förord
Förord
Detta examensarbete har utförts vid Nordic Light AB i Skellefteå med handledning från avdelningen för experimentell mekanik vid Luleå tekniska universitet, Institut ionen för Tillämpad Fysik, Maskin och Materialteknik. Arbetet är ett avslutande moment inom civilingenjörsutbildningen Teknisk Fysik och utfördes under perioden 2005-01-27 till 2005- 06-08
Jag skulle vilja tacka min handledare Erik Wikström samt Sven Eriksson, båda produktutvecklare vid Nordic Light AB i Skellefteå som gett mig uppslaget till detta examensarbete.
Vidare skulle jag vilja tacka min examinator Mikael Sjödahl, vid Institutionen för Tillämpad Fysik, Maskin och Materialteknik som alltid varit tillgänglig under arbetets gång och gett mig den hjälp som jag efterfrågat.
Detta examensjobb har utförts inom ”Akademiker i företag” – ett projekt vars syfte är att bidra till utvecklingen av små och medelstora företag i Västerbotten och Norrbotten. Projektet
”Akademiker i Företag” ger företagen i regionen möjlighet att få utvecklingsprojekt utförda av studenter, nyutexaminerade och forskare från universitet och högskolor i hela landet.
Genom en omfattande besöksverksamhet identifieras företagens utvecklingsprojekt som sedan förmedlas via en databas på Internet; examensjobb.nu.
Finansiärer är EU: s Strukturfonder, Länsstyrelsen i Västerbotten, Länsstyrelsen i Norrbotten samt deltagande kommuner och företag.
Skellefteå juni 2005
____________________
Lisa Forsgren
Sammanfattning
Sammanfattning
Nordic Light AB tillverkar armaturer för bland annat butiker och utställningar. För att kunna avgöra vilken armatur som behövs för en viss applikation och för att se hur en viss armatur lyser har kunder efterfrågat fotometriska filer av formatet EULUMDAT. Fotometriska filer innehåller bland annat information om armaturers ljusfördelning. Den utrustning som Nordic Light AB använder i sitt ljuslabb kan mäta belysningsstyrkan i lux på en kvadratisk yta och sedan sparas mätvärden i en textfil med x- och y-koordinater samt belysningsstyrkor.
Detta examensarbete har ut förts för att ta reda på vad en fotometrisk fil av formatet EULUMDAT innehåller och om det med Nordic Light AB: s befintliga utrustning går att ta fram en sådan fil. Om detta är möjligt vill företaget att en sådan metod arbetas fram.
Till en början fick information om fotometriska filer och EULUMDAT formatet sökas i olika källor. Den information som hittades fanns mestadels på Internet. EULUMDAT filen är en textfil med 30 olika parametrar där varje rad specificerar en viss parameter. Varje rad avslutas med ett slutsträngstecken och filnamnets ändelse ska vara .ldt. När alla parametrar i filen specificerats inriktades sökandet på hur vissa av parametrarna skulle kunna beräknas. Dessa beräkningar hittades och med hjälp av beräkningsprogrammet Matlab kunde ett beräkningsprogram skapas. I EULUMDAT filen finns bland annat armaturens ljusintensitet specificerad för olika sfäriska vinklar. Belysningsstyrkan för några av dessa vinklar, de som ligger inom den befintliga mätytans area, går att interpolera fram från mä tdata. En enkel beräkning omvandlar belysningsstyrkan till ljusintensitet då armaturens avstånd till mätväggen specificerats. För att göra denna omvandling ännu säkrare fyrdubblades antalet mätpunkter på väggen och en bikubisk interpoleringsmetod i två dimensioner användes. Då en EULUMDAT fil ska kunna skapas på ett enkelt sätt var tanken att programmet läser in textfilen med mätdata, alla parametrar specifika för armaturen skrivs in och sedan utförs alla beräkningarna så att alla parametrar finns definierade i programmet. Slutligen skapas filen. Då Matlab inte kunde användas till detta ändamål fick ett C-program skapas med samma innehåll. För att kontrollera om filen gick att använda i datorbaserade designprogram testades så att inläsning av de skapade filerna fungerade. För att kontrollera att den framtagna EULUMDAT filen är korrekt har den jämförts med en EULUMDAT fil som en samarbetspartner till Nordic Light AB tagit fram för samma armatur. Även ljusfördelningen för olika vinklar har ritats upp för att se att den framräknade ljusspridningen stämmer.
Den fil som tagits fram är inte helt korrekt, ljusintensiteterna varierar väldigt mycket men det finns många felkällor i ljuslabbet som leder till detta. Svårigheten är att ställa in fotometern så att den mäter med rätt känslighet då både låga och höga belysningsstyrkor måste finnas med samt att positionera armaturens mittpunkt rakt framför mätväggens mittpunkt så att den maximala belysningsstyrkan mäts. Avståndet mellan mätpunkterna nära mittpunkten är för stort för att interpoleringen ska kunna ge tillräckligt bra värden men beräkningarna som gjorts anses korrekta.
För att i framtiden kunna framställa EULUMDAT filer som är helt korrekta bör en annan mätutrustning användas där ljusintensiteten i hela sfären runt armaturen kan mätas eller om detta är omöjligt en fotometer som kan mäta hela ljusområdet på mätytan. Sensorn måste kalibreras regelbundet och blänkande föremål som nu finns i ljuslabbet bör plockas bort, svartmålas eller gömmas bakom svarta draperier då reflektionerna annars ger upphov till felaktiga resultat.
Abstract
Abstract
Nordic Light AB manufactures shop lights and light fixtures for the portable display industry.
When deciding on which luminaries to use for a certain application the light distribution is of interest and therefore customers have asked for photometric EULUMDAT files. Photometric files contain among other things information about the light distribution for luminaries. The equipment Nordic Light AB uses in their light laboratory can measure the illumination in lux on a quadratic wall and the resulting x- and y-coordinates and the illumination is saved in a text file. This master thesis was made to get clarity in what a photometric EULUMDAT file contains and if it is possible to create such a file with Nordic Light AB’s existing equipment.
If this is possible a method for it is to be created.
A search for information about photometric files and the EULUMDAT format was done.
Most of the resources were found on the Internet. The EULUMDAT file is a text file containing 30 items, each line specifying a certain parameter. Every line is ended with an end of string character and the file extension is .ldt. When all the items in the file were found the search continued for methods to calculate some of the parameters in the file. All calculation methods were found and the calculation program Matlab was used for all calculations. The EULUMDAT file contains among other things the light intensity for certain spherical angels.
The illumination for some of these angels that appear in the file can be interpolated from measurement data. A simple calculation transforms illumination into light intensity when the distance between the luminare and the measurement area is known. The transformation was made even better when the number of measurement points was quadrupled and a bicubic interpolation method in two dimensions was used. A EULUMDAT file is to be created in an easy manner; therefore the thought was for the program to import the text file containing measurement data, all luminare specific items to be written into the program, calculations to be made and then all the parameters are written into the created EULUMDAT file. Matlab could not be used for this application; instead a C program with the same content had to be created. Importing of created EULUMDAT files into design programs were tested. To check the validity of the EULUMDAT files they were compared with other EULUMDAT files created by a companion of Nordic Light AB for the same luminaire. The light dis tribution has been plotted for different angles to verify the calculated items.
The created file is not totally correct, the light intensities vary a lot but this is because some sources of errors are present in the light lab. The difficulty is to adjust the photometer to measure with the right sensitivity when both high and low illuminations has to be measured and the midpoint of the luminaire need to be positioned toward the midpoint of the measurement area for the maximal illumination to be measured. The distance between the measurement points near the wall centre is too large for the interpolation to give values good enough but the calculations is assumed correct.
When Nordic Light AB in the future is to create correct EULUMDAT files other measurement equipment has to be used where the light intensities in a sphere around the luminare can be measured or if this is impossible a photometer able to measure the whole light area on the wall. The sensor has to be calibrated regularly and shiny objects now stored in the light lab should be taken away, painted black or hidden behind black fabric otherwise they will create poor results.
Innehållsförteckning
Innehållsförteckning
1 Inledning... 1
1.1 Företaget ... 1
1.2 Problembeskrivning... 1
1.3 Syfte... 1
1.4 Mål... 2
1.5 Avgränsningar ... 2
2 EULUMDAT filen ... 3
2.1 Fotometri ... 3
2.2 Historik ... 5
2.3 Filens innehåll ... 6
2.4 Användningsområde ... 11
3 Tillvägagångssätt... 12
3.1 Analys av ingående parametrar ... 12
3.2 Teori ... 12
3.2.1 Föremål 22 ... 15
3.2.2 Föremål 23 ... 16
3.2.3 Föremål 27 ... 17
3.2.4 Föremål 30 ... 18
3.3 Befintlig ljusmätning ... 18
3.4 Ändring av befintlig ljusmätning... 19
3.5 Bearbetning av mätdata ... 20
3.6 Framtagning av EULUMDAT fil ... 21
3.7 Jämförelser av diagram och ljusfördelningar ... 26
4 Felkällor... 30
4.1 Ljuslabbet ... 30
4.2 Beräkningar ... 30
4.3 Effekter av felkällor... 30
5 Rutin för framtagning av EULUMDAT filer ... 31
5.1 Vid mätning ... 31
5.2 Skapande av EULUMDAT fil ... 31
5.3 Filen med parametrarna som ska skrivas in ... 32
6 Diskussion och Slutsatser... 33
7 Referenser ... 34 Beskrivning av armaturdataformatet EULUMDAT...I EULUMDAT filformat exempel... IV C-kod... VI
Inledning
1 Inledning
Detta kapitel är tänkt att ge läsaren en förståelse för examensarbetet, dess bakgrund, syfte, mål samt avgränsningar.
1.1 Företaget
Nordic Light AB grundades 1980 i Sverige och har idag 60 anställda i Skellefteå. Företagets fokus ligger på belysningsproduktion till bil- och husvagnsmarknaden samt spotlights till utställningar och skyltning.
1993 blev företaget svenskamerikanskt, 51 procent av ägandet ligger i Sverige och 49 procent i USA. Den svenska ägandemajoriteten specificerar företaget som beläget i norra Sverige vilket ger möjlighet att söka EU-bidrag. Under mitten av 90-talet lades mycket av belysningsindustrin inom EU ut på entreprenad. Detta gjorde att Nordic Light AB ökade sitt samarbete med kinesiska företag för att kunna bli mer kostnadseffektiva. I början köptes enbart elektroniska produkter av egen design in från Kina men idag köps även verktyg och gjutformar från kinesiska leverantörer. 1998 anställdes två personer i Kina för att övervaka Nordic Light AB:s intressen i landet då kvantiteten kinatillverkade varor ökade. På grund av kvalitetsproblem och för att inrätta en bredare bas i Kina bildades år 2000 företaget Nuco Sourcing HK Co Ltd som ett registrerat Hongkongföretag med produktionsfaciliteter i den tullfria zonen av Shenzhen och verkar under existerande Hongkong-Kina handelsavtal. Ägare var Nordic Light AB och Mr C M Cheung. I slutet av 2004 köpte Nordic Light AB Mr C M Cheung’s andelar.
Nordic Light AB har en affärsidé, att betjäna den portabla utställningsindustrin och skyltningsbelysningsmarknaden med armaturer som utnyttjar de senaste teknikerna och ljuskällorna. Designen ska vara användarvänlig och av bra kvalitet och priserna ska vara globalt attraktiva.
1.2 Problembeskrivnin g
För att kunna sälja de tillverkade armaturerna vill kunderna veta vilket ljus armaturerna ger, om de är smalstrålande eller bredstrålande och i vilken riktning ljuset går. Utifrån dessa data kan kunden planera belysningen i det tänkta utrymmet och rätt antal och typ av armatur kan köpas in. För att kunna ge kunderna sådan information har Nordic Light AB ett ljuslabb där belysningsstyrkan i lux på en vägg kan mätas för olika armaturer och utifrån dessa mätningar kan en isoluxkurva ritas för varje avstånd från armaturen till väggen som mätningen genomförts för. På så sätt kan armaturens spridningsvinkel fås fram. Många armaturtillverkare anger armaturens ljusstyrka och ljusspridning i candeladiagram eller i diagram där ljusstyrkan anges i candela/kilolumen installerad i armaturen. Armaturens fotometriska data anges oftast i olika typer av fotometriska filer för att underlätta för kunden att planera vilken belysning som behövs.
Nordic Light AB:s kunder har efterfrågat fotometriska filer i formatet EULUMDAT då dessa används i olika datorbaserade designprogram.
1.3 Syfte
Nordic Light AB vill se vad EULUMDAT filen innehåller och om det går att ta fram en fotometrisk fil av det formatet för deras armaturer med hjälp av den mätutrustning som finns tillgänglig.
Inledning
1.4 Mål
Att utifrån de mätningar som går att göra i ljuslabbet dels ta fram de beräkningar som behövs för att räkna fram de olika parametrarna som finns i en fotometrisk fil av formatet EULUMDAT, dels skapa en sådan fil för Nordic Light AB:s olika armaturer och dels göra en mall för detta som är lätt att följa så att dessa filer lätt kan skapas utifrån mätdata.
1.5 Avgränsningar
Mätutrustningen begränsar, det går endast att mäta på en plan vägg rakt framför armaturen.
De dataprogram skrivna i Labview som finns tillgängliga för mätning går inte att ändra då företaget har speciallicenser som inte går att programmera om eftersom bara speciella delar finns installerade. Mätningen måste därför fortskrida som tidigare och de mätvärden som behövs interpoleras fram.
Inga externa program kan köpas in då företaget inte vill avsätta nya resurser till denna tillämpning om de inte helt säkert behövs.
EULUMDAT filen
2 EULUMDAT filen
Detta kapitel syftar till att ge läsaren en kort beskrivning av fotometri, fotometriska filer samt EULUMDAT filen och dess innehåll
2.1 Fotometri
Fotometri liksom radiometri beskriver energipropagering i form av strålning. Radiometri behandlar detta helt fysikaliskt, till exempel energi och kraft, medan fotometri behandlar samma sak men analyseringen utgår ifrån hur en människa uppfattar strålningen. Inom båda områdena behövs en strålkälla, en mottagare och ett avstånd mellan dem. I fotometri är mottagaren det mänskliga ögat eller oftast en mottagare som approximerar det mänskliga ögat. Ögat reagerar bara på vissa våglängder i det elektromagnetiska spektrat, det synliga området. Det är våglängderna som ligger i intervallet 380-830 nm. (DeCusatis, 1997)
Dessa våglängder är inte exakta då alla människor inte kan se samma område i det elektromagnetiska spektrat men det representerar ett genomsnitt. Ögat är känsligast för strålning med våglängden 555 nm eller 5.4* 1014 Hz. Alla radiometriska enheter har en fotometrisk motsvarighet.(McCluney, 1997)
För att kunna förklara de fotometriska och radiometriska enheterna lättare behövs begreppen plan vinkel och solid vinkel. En plan vinkel definieras av båglängden l från den radiella projektionen av ett segment av kurvan C på en enhetscirkel som ligger i samma plan och är centrerad vid vertexpunkten S runt vilken vinkeln är definierad. Mer generellt definieras detta som kvoten av längden l på den radiella projektionen av kurvan C på en cirkel med radie r centrerad i punkten S från definitionen av den plana vinkeln och radien, se Figur 1. Det vill säga, den plana vinkeln är båglängden l dividerad med radien r, enligt ekvation (2.1) nedan:
r
= l
θ . (2. 1)
Här blir vinkeln enhetslös men den plana vinkeln har fått enheten radian, rad, för att underlätta kommunikationsförmågan. En cirkel upptar den plana vinkeln 2p rad.
Figur 1. Den plana vinkeln (DeCusatis, 1997 s 51)
Den solida vinkeln definieras av en sluten kurva och en punkt i rummet. Magnituden är arean av den slutna kurvans projektion på en enhetssfär och projiceringen går från varje punkt på den slutna kurvan till punkten varifrån den solida vinkeln ska mätas ifrån, se Figur 2. På samma sätt som för den plana vinkeln kan även definitionen av den solida vinkeln generaliseras till kvoten av arean A från projektionen av den slutna kurvan på en sfär med radie R och radien i kvadrat, enligt ekvation (2.2).
R2
= A
Ω (2. 2)
EULUMDAT filen
Även denna vinkel blir enhetslös men har fått enheten steradian, (sr). En sfär har ytarean 4p gånger radien i kvadrat och en enhetssfär har radien 1. Detta ger att alla sfärer upptar den solida vinkeln 4p sr. (Ibid, 1994)
Figur 2. Den solida vinkeln (DeCusatis, 1997 s 52)
De fyra radiometriska storheterna med motsvarande fotometriska storheter och dess enheter finns i Tabell 1 nedan.
Tabell 1. Radiometriska och fotometriska storheter och enheter efter Starby (1983) s 80
Radiometrisk Storhet
Enhet Fotometrisk Storhet
Enhet strålningsflöde watt=joule per
sekund
ljusflöde lumen = candela
× steradian strålningsstyrka watt per
steradian
ljusstyrka candela = lumen per steradian strålningstäthet
eller radians
watt per
steradian per m2
luminans eller ljustäthet
candela per m2 strålningseffekt
eller irradians
watt per m2 belysningsstyrka eller belysning
lux = lumen per m2
Strålningsflödet, Fr är den energi per tidsenhet i form av strålning som sänds ut, överförs eller tas emot och enheten är watt. Ljusflöde, Ff är den ljuskvantitet en viss strålningskvantitet ger efter det att strålningen värderats efter ögats känslighet i olika våglängder. Strålningsflödet beror inte av våglängd, 1 watt är alltid 1 watt oavsett våglängd men om det är 1 watt strålningsflöde beror ljus flödet på våglängden. Enheten för ljusflödet är lumen, (lm), och det är en SI-enhet. För att omvandla från den radiometriska enheten watt till den fotometriska enheten lumen måste ljusets våglängd vara känd eftersom hänsyn måste tas till ögats känslighet vid den våglängden. Som exempel ger 1 watt strålningsflöde med våglängden 555 nm ljusflödet 683 lumen. Men vid våglängden 500 nm ger 1 watt strålningsflöde 0,4 * 683 = 273,2 lumen då ögats känslighet bara är 40 % vid den våglängden. Se Figur 3 nedan över ögats känslighet för ljusflöde i olika våglängder, denna kurva kallas V(?). Enheten lumen kan bestämmas av strålningsflödet men det finns även en annan definition av lumen; ljusflödet inom en 1 steradian stor rymdvinkel från en punktformig ljuskälla med ljusstyrkan 1 candela.
EULUMDAT filen
Figur 3. Ögats känslighet för olika ljusvåglängder, V(?) funktionen efter DeCusatis (1997) s 35
Strålningsstyrkan, Ir anger strålningsflödet per rymdvinkelenhet. Ljusstyrkan, If, däremot är ljusstrålningens intensitet i en viss riktning eller ljusflödet per rymdvinkelenhet. Enheten för ljusstyrka är lumen per steradian, även kallat candela, cd.
Enheten för ljusstyrka har bytt namn flera gånger under historie n. Definitionen har bestått av ljusstyrkan för ett vanligt stearinljus, för en typ av oljebrännare och för smält platina. Då smältpunkten för platina var svår att säkerställa exakt fick candela en ny definition 1979.
Definitionen för candela enligt Starby (1983) sidan 83 är;
1 candela är ljusstyrkan i en viss riktning från en ljuskälla som sänder ut monokromatisk strålning av frekvensen 540*1012 hertz och som har en strålningsstyrka på 1/683 watt per steradian.
Strålningseffekten, F, beskriver det strålningsflöde som en yta träffas av. Belysningsstyrkan, E, som är den fotometriska motsvarigheten anger det ljusflöde som träffar en viss yta i enheten lumen per m2, även kallad lux, (lx). Strålningstätheten är strålningsstyrkan per ytenhet i enheten W/sr/m2. Luminansen, L anger ljustätheten i en viss riktning och i en punkt på en belyst yta eller på en ljuskälla. Den beskriver hur ljus en yta är eller hur starkt en ljuskälla lyser och har enheten candela per m2.( Starby, 1983)
2.2 Historik
Vi är ständigt beroende av belysning i vår vardag för att kunna utföra våra vardagssysslo r och arbeten. I husen, bilarna och ute på vägarna har vi behov av lampor och armaturer.
När ett byggprojekt är igång bestäms belysningsnivåerna för byggnaden i ett tidigt skede.
Antal och typ av armaturer och exakt vart de ska sitta är bestämt redan i planeringsstadiet, långt innan byggnationen sätter igång. För att kunna bestämma dessa saker måste mängden ljus olika armaturer ger och hur ljuset är fördelat vara känt. Utifrån detta kan sedan typ och antal armaturer som krävs för en viss tillämpning räknas fram så att ljuset får en jämn spridning och rätt styrka. Genom att mäta ljuset som armaturen ger kan armaturens prestation fås fram och dessa data används i belysningsberäkningar. För att underlätta för belysningsplanerare bör belysningsdata från olika tillverkare vara förenliga, tillförlitliga och möjliga att upprepa. Det ska vara lätt att jämföra data från olika tillverkare och en fördel är då att det skrivs i ett visst dataformat. (DeCusatis, 1997)
En fotometrisk fil innehåller information om armaturen och dess ljusspridning. I teorin representerar en fotometrisk rapport ett medelvärde av fotometriska parametrar hos en
EULUMDAT filen
tillverkares produkter men mätningar görs bara en gång per armatur på grund av ekonomiska skäl. Det finns flera olika typer av de facto industristandardiserade fotometriska filformat som alla ser ut på lite olika sätt. Det alla har gemensamt är att ljusintensiteten i candela finns med på ett eller annat sätt. (Ashdown, 2001)
1986 publicerade IESNA ”IES LM-63-1986:IES Recommended Standard File Format for Electronic Transfer and Photometric Data.” I Nordamerika togs den snabbt upp av belysningstillverkare och utvecklare av ljusberäkningsmjukvara. Omskrivningar har gjorts bland annat 1991 och 1995, och den senaste omskrivningen skulle ske 2001. 1998 publicerade Chartered Institution of Building Services Engineers CIBSE TM14:1988, “CIBSE Standard file format for the Electronic Transfer of Luminaire Photometric data.” I Storbrit annien används detta filformat. Ett förslag på ett fotometriskt datafilformat kallat EULUMDAT arbetades 1990 fram av Axel Stockmar vid Light Consult International i Berlin, Tyskland.
Denna filtyp har sedan dess blivit en de facto industristandard för europeiska belysningstillverkare. 1993 publicerade CIE, (International Commission on Illumination), publikationen CIE 102-1993, Recommended File Format for Electronic Transfer of Luminaire Photometric Data”. Det publicerades som ett försök att standardisera de fotometriska filformaten i Europa men har inte slagit igenom ho s någon belysningstillverkare. (Ibid, 2001) Utöver dessa finns många fler ”industristandard” filformat som är i bruk eller har blivit föreslagna. Belysningstillverkare och mjukvarutillverkare i Nordamerika och Europa har valt IES LM-63 respektive EULUMDAT och Storbritannien har valt TM14 formatet. Inget av dessa filformat är ideala men de har uppfyllt sin tjänst i mer än 10 år. Det finns ingen organisation som underhåller det europeiska ”industristandardfilformatet”, EULUMDAT och därför är det fortfarande oförändrat sedan introduktionen 1990. Den enda dokumentation som finns är den som finns tillgänglig på Internet, originaldokumentet publicerades i Tagungsband Licht ’90 men finns inte allmänt tillgängligt.(Ibid, 2001)
2.3 Filens innehåll
EULUMDAT är en textfil som innehåller 30 olika föremål med information om armaturen där varje punkt får innehålla ett visst maximalt antal skrivtecken. Varje fält i filen är en ASCII sträng som avslutas med ett slutsträngstecken. Textfilen ska ha ändelsen .ldt. Det är både data framtaget från mätning och annan armaturspecifik information såsom armaturens mått och tillverkarens namn som specificeras i filen. Ljusintensiteter tas fram för armaturen där olika C- och G-mätplan korsar varandra, se Figur 4, Figur 5 samt Figur 6 nedan. (Ashdown, 2001) Filen innehåller den spatiala ljusintensitetsfördelningen för armaturer. Det är ett välstrukturerat filformat där ljusintensiteten sparas i candela per kilolumen installerad i armaturen. Armaturer med olika typer av lampor kan installeras bredvid varandra. För praktiska lösningar går det att lägga in olika lampor att välja mellan. (Antal, 2001)
För att göra det lättare att förstå följer en ge nomgång av de 30 olika föremålen som sammanställts utifrån dokumenten enligt Ashdown (2001) och Stockmar. Se även Bilaga 1 för en sammanfattning av de ingående parametrarna i en lite klarare uppställning. I Bilaga 2 finns en EULUMDAT fil.
EULUMDAT filen
Figur 4. Figuren visar olika C-plan och hur G-vinklarna ligger i C -planen. En cirkulär armatur sitter i mitten av C-planen i höjd med G -90 vinkeln och lyser nedåt i pilens riktning .
Föremål 1 är en företagsidentifiering, version och formatidentifiering. O m flera av dessa parame trar skrivs in är de åtskilda med ett snedstreck, men det vanligaste är endast företagets namn. Det får max specificeras med 78 skrivtecken.
Föremål 2 kallas för typindikator, (Ityp) och skrivs in med endast ett tecken. Om armaturen är en punktkälla med symmetri runt den vertikala axeln skrivs 1 in, om det är en linjär armatur siffran 2 och om det är en punktkälla med någon annan symmetri blir det siffran 3.
Föremål 3 kallas för symmetriindikatorn, (Isym), och skrivs in med bara ett tecken. Om det inte finns någon symmetri hos armaturen skrivs en nolla in, det vill säga 0. Då symmetrin är runt den vertikala axeln blir siffran 1, om symmetrin är med planen C0-C180 blir siffran 2.
Symmetri med planen C90-C270 ger siffran 3 och om symmetrin är med både C0-C180 och C90-C270 ska det specificeras med en 4. Se Figur 6 för de olika planen.
Föremål 4 anger antalet, (Mc), C-plan mellan 0º-360º, men inte 360º. Dessa är de vertikala planen där mätningar gjorts, se Figur 4 ovan samt Figur 5 och Figur 6 nedan, och de specificeras med maximalt två tecken. För inomhusarmaturer görs mätningen oftast i 24 eller 36 plan.
Figur 5. Några av mätpunkterna som finns med i EULUMDAT filen. Planen C0 och C90 syns i figuren
EULUMDAT filen
Figur 6. I figuren syns några C-plan och läget på G-planen i förhållande till armaturen
Föremål 5 visar vinkelavståndet mellan dessa C-plan i grader med maximalt fem tecken. Om det inte är samma avstånd mellan alla plan specificeras detta med siffran 0. Det vanligaste för inomhusarmaturer är vinkelavstånden 15º eller 10º för antalet plan i föremål 4 ovan.
Föremål 6, antalet, (Ng), ljusintensiteter i varje C-plan specificeras här med maximalt två tecken. Dessa är G-vinklarna i Figur 6 ovan. Det vanligaste är 19 eller 37 stycken för armaturer gjorda för bruk inomhus.
Föremål 7 deklarerar vinkelavståndet mellan dessa G-vinklar i grader och skrivs in med maximalt 5 tecken. Om det inte är samma avstånd mellan alla plan specificeras detta med siffran 0. Det vanligaste är vinkelavstånden 10º eller 5º för antalet ljusintensiteter i föremål 6 ovan.
Föremål 8 deklarerar mätningsnumret med maximalt 78 tecken.
Föremål 9 specificerar armaturens namn med maximalt 78 tecken.
Föremål 10: Om armaturen har ett speciellt nummer specificeras det med max 78 tecken.
Föremål 11 anger filnamnet/nummer för EULUMDAT filen med max åtta tecken.
EULUMDAT filen
Föremål 12 specificerar med max 78 tecken datum/användare när mätningen gjordes.
Föremål 13 beskriver armaturens längd/diameter i millimeter med max fyra tecken, se Figur 7 nedan.
Figur 7. Här visas en armatur och dess yttre mått; diameter och höjd , (Nordic Light AB)
Föremål 14 är armaturens bredd i millimeter med max fyra tecken, se Figur 7 ovan och är armaturen cirkulär blir bredden 0.
Föremål 15 visar armaturens höjd i millimeter och får max ha fyra tecken, se Figur 7.
Föremål 16, det vill säga längden/diametern på armaturens horisontella lysande yta i millimeter får som mest ha fyra siffror. Den lysande ytan är den del av armaturen som ger ifrån sig ljus, exempelvis en skärm, glaskupa eller ljusöppningen på en spotlight, se Figur 8.
Figur 8. Här visas en armaturs yttre mått samt den lysande ytans diameter. Då det är en ljusöppning utan glaskupa eller liknande blir den lysande ytans höjd 0, (Nordic Light AB)
Föremål 17 är bredden på armaturens lysande yta i millimeter som max får ha fyra tecken och är den lysande ytan cirkulär blir bredden 0, se Figur 8.
Föremål 18 specificerar höjden på armaturens vertikala lysande yta i C0-planet i millimeter och får max ha fyra tecken. Höjden på den lysande ytan är till exempel höjden på glaskupan.
Denna kan ha olika storlek i olika plan beroende på den lysande ytans form. En spotlight har ingen höjd på den lysande ytan, se Figur 8 ovan.
Föremål 19 anger höjden på armaturens vertikala lysande yta i C90-planet i millimeter får som mest ha fyra tecken, se Figur 6 och Figur 8.
Föremål 20, höjden i millimeter på armaturens vertikala lysande yta i C180-planet, får max ha fyra tecken, se Figur 6 och Figur 8.
Föremål 21 är höjden på armaturens vertikala lysande yta i C270-planet i millimeter får max ha fyra tecken, se Figur 6 och Figur 8.
EULUMDAT filen
Föremål 22 kallas fraktion av nedåtflöde och har förkortningen DFF (downward flux fraction) och visar andelen av armaturens ljusflöde som lyser nedåt. DFF specificeras med max fyra skrivtecken och enheten är procent eller som decimaltal. DFF måste beräknas utifrån mätdata.
En mer genomgående beskrivning av hur detta beräknas finns i avsnitt 3.2.1.
Föremål 23 heter light output ratio luminaire, LORL, det vill säga armaturens ljusproduktionsförhållande. Det beskriver förhållandet mellan armaturens ljusflöde och ljusflödet för lampan i armaturen. Det specificeras med som mest fyra tecken och anges i procent eller som decimaltal.Man måste ta med i beräkningarna att ljusenergi försvinner både inuti och vid transmission genom armaturen så ljusflödet från armaturen divideras med ljusflödet från lampan i armaturen. (Chan)
Detta räknas fram med hjälp av mätdata och en beskrivning av detta ges i avsnitt 3.2.2.
Föremål 24 är en omvandlingsfaktor för ljusintensiteter och beror av mätning. De uppmätta värdena kanske måste räknas om för att bli korrekta till exempel om mätutrustningen inte mäter helt rätt. Får max skrivas in med sex tecken och sätts till 1 då mätningen anses helt korrekt.
Föremål 25 visar armaturens lutning under mätning och är främst avsedd för vägbelysningsarmaturer. Skrivs in med max sex tecken. Armaturer avsedda för andra ändamål lutas inte under mätning.
Föremål 26 anger antalet, n, standarduppsättningar lampor i armaturen och specificeras med max fyra tecken. Om n > 0 upprepas föremål 26a- f n gånger.
Föremål 26a visar antalet lampor i armaturen och specificeras med max fyra tecken.
Föremål 26b beskriver typen lampor i armaturen och får som mest ha 24 tecken. Till exempel tillverkarens namn och lampans nummer kan skrivas in.
Föremål 26c specificerar lampornas totala ljusflöde i lumens med maximalt tolv tecken. Detta går att hitta i tillverkarens produktkatalog.
Föremål 26d visar lampans färgtemperatur som specificeras med max sexton tecken.
Föremål 26e deklarerar lampans färgindex och specificeras med max sex tecken.
Föremål 26f är lampans effekt med ballasten inkluderad och specificeras med åtta tecken i enheten watt.
Föremål 27 kallas det direkta förhållandet, DR (direkt ratios), och ska tas fram för 10 stycken olika rumsindex. DR är andelen av det totala ljus flödet nedåt som lyser direkt på arbetsplanet.
Det specificerar armaturens flödesfördelning och beror av rummets proportioner och armaturen. Vid smala rum (litet rumindex) och en armatur som lyser mycket åt sidorna har DR ett litet värde och DR har ett högt värde om rummet är brett och om armaturen lyser me st nedåt. (Chan)
De 10 rumsindexen är k=0.6, 0.8, 1.0, 1.25, 1.5, 2, 2.5, 3, 4, 5 och detta föremål specificeras med max 7 tecken och ger 10 olika värden. En utförlig beskrivning av hur detta fås fram genom beräkning ges i avsnitt 3.2.3.
EULUMDAT filen
Föremål 28 är en uppräkning av alla olika C-planens vinklar med start vid 0º och fram till 360º men inte 360º. Antalet tecken är maximalt 6 stycken per vinkel.
Föremål 29 deklarerar alla olika G-vinklar med start vid 0º, antalet tecken är max 6 stycken per vinkel.
Föremål 30 visar ljusintensitetsfördelning per kilolumen installerad i armaturen i enheten cd/klm. Detta specificeras med som mest 6 tecken per ljusintensitet. Börja med intensiteten i det första C-planet från den första G-vinkeln till den sista G- vinkeln och gå igenom alla C- plan på samma sätt med samma ordning på G-vinklarna. För beräkning av detta, se avsnitt 3.2.4.
2.4 Användningsområde
Idag när datorer ständigt är närvarande i vår vardag finns det dataprogram som hjälper belysningsplaneraren att simulera belysningen i ett tilltänkt föremål, exempelvis ett rum, en park eller en väg. Programmet läser in data från den fotometriska filen och simulerar belysningen som belysningsstyrkor i lux på marken eller golvet. Detta är ett hjälpmedel som gör det relativt enkelt att ta fram vilka armaturer och antalet av dem som behövs. De flesta belysningsprogram kan läsa EULUMDAT filer eller de kan omvandla EULUMDAT filer till det filformat som används, ofta är det då IES LM-63 eller TM14 filformaten som används.
Vissa av dessa program finns tillgängliga att ladda hem gratis medan andra måste köpas. Ofta innehåller belysningsprogrammen armaturdata i form av fotometriska filer från olika företag för att tillverkare lätt ska kunna nå ut till möjliga kunder och för att programmet ska vara lätt att börja använda. Som exempel kan programmet DIALux nämnas, tillverkare kan lägga in sina armaturers fotometriska filer i programmet mot en avgift och programmet går att ladda hem gratis från Internet (DIALux).
Tillvägagångssätt
3 Tillvägagångssätt
Arbetet startade med att de olika parametrarna i EULUMDAT filen togs fram genom litteraturstudier, sedan analyserades hur dessa går att ta fram ur befintlig ljusmätning samt vilka beräkningar som måste göras. Vidare har även en exekverbar datafil skapats som läser in mätdata och skickar ut alla parametrarna till en EULUMDAT fil.
3.1 Analys av ingående parametrar
I avsnitt 2.3 gjordes en kortfattad introduktion till de olika föremålen i EULUMDAT filen. De flesta av dessa är sådant som redan finns specificerat hos armaturen, till exempel alla mått, symmetri- indikatorn och typ indikatorn. Några av föremålen beror av mätningen, exempelvis vilka mätpunkter som använts, det vill säga antalet C- och G-vinklar och deras vinkelintervall.
Detta är föremålen 4, 5, 6, 7, 28 och 29. De parametrar som måste beräknas med hjälp av ljusintensiteten är:
• Föremål 22, DFF
• Föremål 23, LORL
• Föremål 27, DR
• Föremål 30, ljusintensitetsfördelningen per kilolumen installerad i armaturen.
Föremål 24, omvandlingsfaktor för ljusintensiteter sätts till 1 då mätningen anses korrekt.
Idag kan en mätning göras av armaturens belysningsstyrka, E, det vill säga ljusflödet som träffar en viss yta på ett visst avstånd från armaturen. Detta mäts i lumen per kvadratmeter, även kallat lux, (lx). Det som ska specificeras i den fotometriska filen är ljus intensiteten, I, det vill säga strålningsflödet per rymdvinkelenhet. Detta mäts i lumen per steradian även kallat candela, (cd).(Starby 1983)
Beräkningar måste göras för att omvandla från lux till candela och sedan kan de 4 okända parametrarna, 22, 23, 27 och 30 ovan, räknas fram.
3.2 Teori
Ljusflödet inom en given rymdvinkel ges av Φ =IΩ, där I är ljusstyrka och O är rymdvinkeln, se Figur 9, nedan.
Figur 9. Till vänster ses en detektor med den aktiva arean AD som mäter ljusflödet hos ljuskällan S, (DeCusatis,1997 s 40). Ljusflödet ges av F=IO som kan ses till höger (Starby, 1983 s 83).
Belysningsstyrka definieras som ljusflödet per areaenhet hos detektorn, vilket ges av
E = ΦA , (3. 1)
där A ges av A=r2Ω, r är radien och O rymdvinkeln. Detta ger efter hopskrivning
Tillvägagångssätt
2
2 r
I r
I
E A =
Ω
= Ω
= Φ . (3. 2)
Detta kallas kvadratregeln och den gäller för en ideal punktkälla. Ingen hänsyn tas för det faktum att enligt definitionen av rymdvinkeln så är belysningsstyrkan bara konstant över sfäriska ytor. Detta eftersom en sfärisk yta är approximativt lokalt plan på tillräckligt stort avstånd från punktkällan.
Figur 10. Strålningsstyrkan på ett plan som inte ligger vinkelrätt mot källan (DeCusatis, 1997 s 42)
Belysningsstyrkan på en yta där normalen pekar mot källan, area dA i figuren ovan kan tas fram från intensiteten enligt kvadratregeln. Om däremot belysningsstyrkan för en plan vägg ska tas fram så kommer inte ljuskällan att alltid ligga i väggens normalriktning utan man kan tänka sig ett väggelement med arean dA’ som i Figur 10. Förhållandet mellan dessa båda ytareor blir då
θ
'cos dA
dA= (3. 3)
Belysningsstyrkan på väggelementet dA’ ges då av θ cosθ
' cos
' E
A
E = ΦA = Φ = , (3. 4)
det vill säga en funktion av belysningsstyrkan hos ett areaelement med normalen i ljuskällans riktning. Denna lag kallas Lamberts cosinus lag, se Figur 11 nedan.
Figur 11. Lamberts cosinus lag, (McCluney, 1994 s 15)
Om man istället tänker sig en plan vägg med ett areaelement, dA, med normalen i ljuskällans riktning på avstånd r och ett annat areaelement, dA’ med normalen n och med avståndet r’ till ljuskällan, där r’>r, se Figur 12. Förhållandet mellan dA och dA’ är samma som ovan.
Förhållandet mellan r och r’ blir då enligt:
θ cos
' r
r = . (3. 5)
Tillvägagångssätt
Figur 12. Strålningsstyrka på ett plan från en punktkälla (DeCusatis, 1997 s 42)
Detta insatt i ekvationen för kvadratregeln (3.5, 3.4 i 3.2) blir då θ
θ 3
3 2
' cos Ecos
r
E = I = (3. 6)
som även kallas cos3-lagen i fotometri, r i ekvation (3.6) är avståndet från armaturen till väggen rakt fram. Omskrivning av cos3-lagen ger
θ
3 2 '
cos r I = E ,
det vill säga en formel för hur ljusintens iteten beräknas med hjälp av belysningsstyrkor på en vägg och det kortaste avståndet ifrån ljuskällan till väggen rakt fram i ljuskällans riktning. Det är denna storhet som specificeras i EULUMDAT filen. (DeCusatis 1997)
Utbredda ljuskällor som har sin största dimension mindre än 1/5 av avståndet från ljuskällan till arbetsplanet kan approximeras till en punktkälla och formler som gäller för punktkällor kan därför användas med rimlig noggrannhet (Kaufman & Haynes, 1984). Felmarginalen är som störst 2 % för de flesta armaturer vid ett sådant avstånd mellan armatur och mätpunkt och detta antagande kallas ”5 gånger regeln” för fotometriska mätningar och beräkningar (Ashdown, 2001).
Mätningar av ljusspridningen hos armaturer görs oftast med hjälp av goniofotometrar där fotometriska data presenteras som belysningsintensiteten från en punktkälla vid den fotometriska centrumpunkten, oftast rotationspunkten, hos lampan eller armaturen för olika vertikala och horisontella riktningar. Det sfäriska koordinatsystem som används för att beskriva dessa riktningar kallas det fotometriska nätet. Det finns tre olika typer av fotometriska nät och dessa är skapade av olika typer av goniofotometrar.(Ibid, 2001)
I goniofotometrar används en sensor för att mäta belysningsstyrkan vid ett fixt avstånd och i olika riktningar från en lampa eller armatur och kvadratregeln används för att ta fram
belysningsintensiteten för en ekvivalent punktkälla. Belysningsstyrkesensorn består av en fotosensor som omvandlar direkt ljus till en elektrisk ström, en förstärkare och en display. En luminansmeter är en för ändamålet kalibrerad illuminansmeter med en sköld eller ett optiskt system som minskar fotosensorns fält och mäter en väldigt liten vinkel, oftast bara 1 grad.
Tillvägagångssätt
Alla fotosensorer måste kalibreras mot en känd standard och detta görs genom att mäta dess respons mot en ljuskälla med känt ljusflöde. Det är svårt att korrekt mäta ljusflödet från en ljuskälla och mottagningen hos fotosensorer kan ändras med tiden och därför måste
fotometriska laboratorier kalibrera om sina instrument var 6:e till 12:e månad. Detta görs av ett ackrediterat optiskt mätlaboratorium, oftast tillverkaren. De lampor som används i
armaturen under mätning ska ge ett konstant ljusflöde och om flera lampor används får deras ljusflöde inte skilja mer än ±1.5 %. En lampas ljusflöde ändras oftast med tiden och lyser som starkast i början. På grund av detta bör en lampa användas under 0.5% av den förväntade livslängden, oftast 100 timmar, innan mätning genomförs. Lamporna och ballast bör även uppnå termisk jämvikt inuti armaturfixturen innan mätning för att minska variationer i lampans ljusflöde. Tiden det tar för en lampa att stabilisera sig kan variera från 10 min till flera timmar. Ljusflödet är även beroende av rumstemperaturen och det är därför nödvändigt att hålla det fotometriska laboratoriet vid en konstant temperatur på 25ºC. (Ibid, 2001) Eftersom kvadratregeln gäller om 5 ggr regeln uppfylls går det att ta fram ljusintensiteten utifrån belysningsstyrkan med den omskrivna cos3-lagen ovan. När ljusintensiteten är känd går resten av de okända parametrarna i EULUMDAT filen att ta fram vilket är
grundförutsättningen för detta examensarbete.
3.2.1 Föremål 22
För att ta fram föremål 22 i EULUMDAT filen, andelen nedåtflöde, DFF, måste armaturens totala ljusflöde uppåt och nedåt tas fram. Ekvationen för framräkning av detta är
ner upp
DFF ner
Φ + Φ
= Φ (3. 7)
där Fupp är armaturens ljusflöde uppåt, (lm), Fner är armaturens ljusflöde nedåt, (lm). (Chan) Enligt metoden för beräkning av coefficients of utilisation definieras 18 koniska solida vinkelzoner med 10 graders bredd från nadir till zenit runt armaturen, se Figur 13 nedan.
Dessa numreras 1<N<18. Sedan beräknas flödet FN i lumen för de olika zonerna.
Figur 13. De koniska solida vinkel zonerna med 10 graders bredd som används för att beräkna zonal flux (Kaufman & Haynes, 1984 s 9-73)
Tillvägagångssätt
Flödet i en konisk solid vinkel ges av
F =2p I (cos ?1 – cos ?2), (3. 8)
där I är mittzonsintensiteten i candela, se Figur 14 nedan. Om intensiteten inte är rotationssymmetrisk runt den vertikala axeln tar man ett medelvärde av intensiteten runt den vertikala axeln vid varje vertikal vinkel ?. Detta gör att intensiteterna måste samplas vid specifika vinkelintervall runt den vertikala axeln, till exempel
)) 0 ( ) 45 ( 2 ) 90 ( 4(
1 o o o
I I
I
I = + + (3. 9)
Figur 14. Vinklarna som används för att beräkna det totala ljusflödet och zonal flux (Kaufman & Haynes, 1984 s 9-73)
För att räkna ut armaturens ljusflöde nedåt summeras ljusflödet i vinkelzonerna 1 till 9 och för att ta fram ljusflödet uppåt summeras ljusflödet i vinkelzonerna 10 till 18. Armaturens totala ljusflöde fås fram genom att ljusflödet i alla 18 vinkelzonerna adderas. Ekvationerna för ljusflöde nedåt respektive ljusflöde uppåt ges då av:
∑
=Φ
=
Φ 9
1 N
N
ned , (3. 10)
∑
=Φ
= Φ 18
10 N
N
upp , (3. 11)
sedan kan andelen nedåtflöde räknas fram. Vinklarna ? är G-vinklarna i EULUMDAT filen.
(Kaufman & Haynes, 1984) 3.2.2 Föremål 23
För att ta fram föremål 23, LORL, förhållandet mellan armaturens totala ljusflöde och lampans totala ljusflöde, behövs armaturens ljusflöden uppåt och nedåt samt lampans ljusflöde. Lampans ljusflöde finns specificerat i tillverkarens lampkatalog.
lampa ner
LORL upp
Φ Φ +
=Φ (3. 12)
Tillvägagångssätt
där Fupp är armaturens ljusflöde uppåt, (lm), Fner är armaturens ljusflöde nedåt, (lm) och,
Flampa är lampans totala ljusflöde, (lm). Fupp och Fner är samma som i föremål 22 och tas fram
på samma sätt. (Chan) 3.2.3 Föremål 27
För att räkna fram föremål 27, det direkta förhållandet, DR, det vill säga andelen av det totala nedåtflödet som lyser direkt på arbetsplanet kan vi använda delar av metoden för framräkning av utilization factors enligt avsnitt 3.2.1. Först måste definitionen för de 10 rumsindexen som DR ska räknas fram för beskrivas.
Rumsindex, k, är förhållandet mellan rummets plana area med halva väggens area mellan arbetsplanet och armaturplanet. För att räkna fram rumsindex används ekvationen nedan:
) (L B H
B k L
m× ×
= × (3. 13)
där L är rummets längd, B är rummets bredd och Hm är monteringshöjden, det vill säga det vertikala avståndet mellan arbetsplanet och armaturen. (Chan)
För att kunna räkna fram det direkta förhållandet behövs rumkavitetsförhållandet, RCR. Det räknas fram med ekvationen (3.14) nedan
B L
B L RCR Hm
×
= 5 ( + )
, (3. 14)
där L är rummets längd, B är rummets bredd och Hm är monteringshöjden över arbetsplanet (DeCusatis, 1997). Vid en jämförelse av rumsindex k och rumkavitetsförhållandet RCR blir
RCR= k5 (3. 15)
och det som söks är DR för de 10 rumsindexen k=0.6, 0.8, 1.0, 1.25, 1.5, 2, 2.5, 3, 4, 5. Det går alltså att omvandla de givna rumsindexen till rumkavitetsförhållanden så att de rätta direkta förhållandena går att få fram.
För att räkna fram DR behövs även ljusflödet för de 18 koniska solida vinkel zonerna som användes för att räkna fram det totala ljusflödet ur armaturen i föremål 22 ovan. En ny flödesfunktion för nedåtflödet måste bestämmas enligt ekvationen (3.16) nedan
lampa ned N
N lampa
D Φ
= Φ Φ Φ
=
Φ
∑
= 9
1
1 , (3. 16)
där Flampa är lampans totala ljusflöde, (lm), och FN är ljusflödet i den solida vinkel zonen N.
DR, det direkta förhållandet ges av ekvationen )
1 9 (
∑
=1 ΦΦ
= Φ
N
N GN lampa
D
K
DR , (3. 17)
där KGN kallas zonal multipliers och är andelen nedåtflöde som lyser direkt på arbetsplanet för varje zon N och som beräknas enligt
) ) ( ( A RCR B
GN e
K = − ⋅ . (3. 18)
Konstanterna A och B för varje vinkelzon ges i Tabell 2 nedan. (Kaufman & Haynes, 1984)
Tillvägagångssätt
Tabell 2. Konstanterna som används i ekvationen för zonal multipliers efter Kaufman & Haynes (1984) s 9-73
Zon (N) A B
1 0. 0.
2 0.041 0.98
3 0.070 1.05
4 0.100 1.12
5 0.136 1.16
6 0.190 1.25
7 0.315 1.25
8 0.640 1.25
9 2.10 0.80
3.2.4 Föremål 30
Slutligen, för att räkna fram föremål 30, ljusintensitetsfördelningen per kilolumen installerad i armaturen, divideras de framräknade ljusintensiteterna med lampans totala ljusflöde och sedan multipliceras dessa med tusen så att intensiteterna gäller för en lampa med flödet 1000 lm installerad i armaturen (Starby, 1983). Ekvationen för den skalade ljusintensiteten blir då
lampa
I I skalad
Φ
= ×1000
_ (3. 19)
och med detta är alla beräkningar som behövs framtagna.
3.3 Befintlig ljusmätning
Mätningen i ljuslabbet utförs på en plan vägg med ett visst avstånd från armaturen till väggen.
Det är belysningsstyrkan i lux som fås fram med hjälp av en detektor som flyttas runt på väggen. Mätningen görs för x- och y-koordinater där avståndet i millimeter mellan mätpunkterna i x- och y- led specificeras innan mätning. Mätnintervallen är 0 = x = 2490 mm och 0 = y = 2490 mm och detektorn mäter punkterna i en ordning som är så tidseffektiv som möjligt, kolumn efter kolumn, nedifrån och upp eller uppifrån och ned. Koordinaternas nollpunkt ligger längst ned i det vänstra hörnet och i den punkten börjar mätningen, se Figur 15 nedan.
Figur 15. Utseendet på mätväggen i ljuslabbet, där k rysset visar mätningens startpunkt och plustecknet visar väggens mittpunkt
Armaturen kan sättas fast på en hurts som går att flytta framåt och bakåt men armaturen kan inte fästas så att dess centrum sitter rakt mittemot mätväggens mittpunkt. Avståndet till mätväggen kan avläsas manuellt med hjälp av en laserpekare genom att avståndet från armaturens framkant till en punkt på hurtsen där laserpekaren mäter ifrån mäts och denna
Tillvägagångssätt
längd adderas till den längd som laserpekaren lyser på. Ett måttband finns uppsatt på väggen och laserpekaren lyser på detta. När sedan mätningen är slutförd sparas automatiskt x- och y- koordinater samt belysningsstyrkor i tre olika kolumner i en textfil med en rubrik över varje kolumn och textfilens namn specificeras innan mätning.
Fotometern som är i bruk använder batterier som kraftkälla. När batterierna tappar kraft under mätning går det inte att se på något annat sätt än i textfilen, till exempel som negativa mätvärden vilka indikerar en dålig mätning. En ny kalibrering är genomförd så att de mätvärden som tagits fram är korrekta. Sensorn har dock olika känslighetsområden och det är möjligt att det inte går att mäta hela väggens belysningsstyrkor under en mätning om vissa punkter har för högt värde och andra för lågt för detektorns känslighet. Det finns många blänkande föremål på hyllor runt mätväggen och dessa stör ljusbilden då ljuset reflekteras fram och tillbaka. Även delar av mätutrustningen, exempelvis styrsystemet har blänkande delar som stör. Detta går att se på ljusbilden då den inte är helt symmetrisk.
3.4 Ändring av befintlig ljusmätning
För att de i avsnitt 3.1 och 3.2 framtagna ekvationerna ska gälla måste omvandlingen från belysningsstyrka till ljusintensitet vara genomförbar. Om avståndet till väggen är minst 5 gånger ljusöppningens största dimension sedd från mätväggen går detta bra med felmarginalen 0.5 procent. Armaturernas lysande ytor har längder mellan 10 och 30 cm vilket medför att mätavståndet måste vara minst 1.5 meter för den största armaturen.
Figur 16. Mätväggen i ljuslabbet med några av de punkter som måste interpoleras fram
Då det bland annat är ljusintensiteter för olika vinklar som finns i EULUMDAT filen måste x- och y-koordinaterna omvandlas till jämna C- och G- vinklar och då bör en mittpunkt där vinklarnas nollpunkter ligger finnas specificerad på väggen, se Figur 16 ovan. Om väggens maximala belysningsstyrka sätts som mittpunkt kan vinklarna bli förskjutna då denna punkt kanske inte ligger vid mätväggens mittpunkt och det kan därigenom uppstå färre mätpunkter i vissa C-plan och i så fall måste mätningen göras vid tätare intervall så att punkten med största belysningsstyrkan hittas. Då det är armaturer med olika typ av ljusspridning som ska mätas kommer inte alltid ljusflödets starkast lysande punkt att ligga rakt framför armaturen, utan armaturens mittpunkt måste kunna positioneras mot väggens mittpunkt. Denna mittpunkt ska även vara en av de punkter där mätning av belysningsstyrkan sker. Väggens mittkoordinat är x=1250 och y=1250, men eftersom punkten (2500, 2500) ligger utanför mätområdet kan även x=1200 och y=1200 passa bra som mittpunkt. Oavsett vilken punkt som används blir det ingen skillnad på antalet mätplan som går att ta fram vid mätning.
Tillvägagångssätt
Genom att räkna om de vinklar där intensiteterna ska tas fram till X- och Y-koordinater kan dessa koordinaters belysningsstyrkor interpoleras fram från framtaget mätdata. Idag mäts oftast var 10: e cm av väggen, för att det ska bli en bra interpolering kan avståndet mellan koordinaterna med fördel kortas ner men detta ger en längre mättid. För att göra en mätning som ger bra värden att interpolera utifrån och som inte tar för lång tid är ett intervall på 5 cm en bra lösning. Oavsett vilka av mätkoordinaterna ovan som väljs till mittpunkt görs en mätning vid den punkten med det nya mätintervallet.
För att kunna lösa detta praktiskt specificeras en mittpunkt på väggen som armaturen kan styras in mot med hjälp av en laserpekare eller dylikt. Då lyser armaturen rakt fram på mittpunkten som ligger på koordinaterna x = 1250 mm och y = 1250 mm. Om punkten x=1200 och y=1200 används kan även mätning med 100 mm intervall genomföras, men detta ger en ännu sämre interpolering.
För att så många G- vinklar som möjligt ska kunna tas fram i varje plan bör avståndet mellan armatur och vägg vara så kort som möjligt. Den maximala G-vinkeln som kan tas fram beräknas enligt
= − r
G tan 1 d (3. 20)
där d är halva vägglängden och r är avståndet från armatur till vägg. Halva väggen är 1.2m och om r är 1m blir den maximala vinkeln 50º.
3.5 Bearbetning av mätdata
De uppmätta belysningsstyrkorna i lux sparas automatiskt i en textfil med x- och y- koordinater där startpunkten ligger längst ner i vänster hörn på mätskivan. Decimaltal skrivs in med decimalkomma och högst upp står rubriker för vilken kolumn med värden som motsvarar vilken koordinat. Se Figur 17 nedan.
Figur 17. Till vänster är t extfilen som sparas vid mätning och till höger den som kan läsas in i C-programmet
För att bearbeta mätdata används ett dataprogram skrivet i C med hjälp av en Microsoft Visual C++ kompilator version 6. För att ett program skrivet i C ska kunna läsa in textfiler med decimaltal måste alla decimalkomman bytas ut till punkter eftersom C tolkar kommatecken som något annat än decimaltecken. Även den översta raden med beskrivningen
X[mm] Y[mm] Lux
0 0 19,7 0 50 15,6 0 100 23,6 0 150 21,8 0 200 13,8 0 250 21,8 0 300 16,2 0 350 14,7 0 400 14,1 0 450 21,3 0 500 9,2 0 550 17,3 0 600 17,8 0 650 22,5 0 700 20,0 0 750 20,4 0 800 18,6 0 850 22,9 0 900 17,4 0 950 16,5
… … …
0 0 19.7 0 50 15.6 0 100 23.6 0 150 21.8 0 200 13.8 0 250 21.8 0 300 16.2 0 350 14.7 0 400 14.1 0 450 21.3 0 500 9.2 0 550 17.3 0 600 17.8 0 650 22.5 0 700 20.0 0 750 20.4 0 800 18.6 0 850 22.9 0 900 17.4 0 950 1 6.5 … … …
Tillvägagångssätt
för de olika kolumnerna plockas bort så att den nya textfilen som läses in får utseendet enligt Figur 17 ovan. Då dessa x-, y-koordinater samt belysningsstyrkor lästs in i C går det att utföra beräkningar på dem. Avståndet i z- led från armaturen till väggen finns specificerat i textfilens namn och går att skriva in i programmet.
De nya X- och Y-koordinater som ska tas fram för C-vinklar med vinkelavståndet 15 grader och G-vinklar med vinkelavståndet 2.5 grader fås fram med hjälp av z-avståndet, det vill säga avståndet från armatur till mätväggen, enligt formlerna 3.21 för sfäriska koordinater nedan men de utgår ifrån en centrumkoordinat mitt på väggen rakt framför armaturen.
G R z
=cos
G C
R
X = ×cos ×sin (3. 21)
G C
R
Y = ×sin ×sin
För att räkna om så att X- och Y-koordinaterna gäller i det koordinatsystem som mätningen genomfördes i måste x- och y-koordinaterna för mittpunkten på väggen i det ursprungliga koordinatsystemet adderas till de nya koordinaterna X och Y. Mätningens koordinater är i millimeter och det måste de nya koordinaterna också vara, därför adderas 1250 till vektorerna med X-värden och Y-värden.
Belysningsstyrkorna för de nya koordinaterna interpoleras fram med en bikubisk interpoleringsmetod. Sedan kan intensiteterna räknas fram, men för att detta ska bli korrekt måste avstånden nu ändra enhet till meter. Ljusflöden i varje koniskt solid vinkel beräknas och då kan DFF räknas fram. Den installerade lampans lumenvärde måste skrivas in och då kan LORL också beräknas. Då är det bara att räkna ut de två resterande parametrarna också.
C- och G-vinklarna är redan framräknade och det går att skapa en vektor som innehåller den skalade ljusintensiteten för de aktuella vinklarna och nollor där mätning inte genomförts. Alla G-vinklar behöver inte specificeras i denna vektor utan bara de upp till 90º eftersom armaturerna endast lyser framåt.
3.6 Framtagning av EULUMDAT fil
I första skedet användes beräkningsprogrammet Matlab 6.5 från Mathworks för att utifrån textfilen med de uppmätta belysningsstyrkorna för olika x och y koordinater räkna fram alla okända parametrar som finns med i EULUMDAT filen. För interpoleringen användes funktionen interp2 som kan göra en bikubisk interpolering om ”cubic” läggs in sist i funktionsanropet. Sedan omvandlades belysningsstyrkorna till ljusintensiteter. När dessa var bestämda kunde DFF, LORL, DR och ljusintensiteten per kilolumen installerad i armaturen beräknas fram.
Då Nordic Light AB inte har Matlab och inte vill köpa in något nytt dataprogram måste filen och alla beräkningar göras i ett annat program. Då det går att skapa exekverbara filer med hjälp av C-programmering måste problemet lösas på detta sätt. För att kunna göra programmeringen användes en Microsoft Visual C++ kompilator version 6.0. Koden till C- programmet ligger i Bilaga 3.
För att enkelt kunna skapa EULUMDAT filer har en exekverbar fil med namnet XX.exe skapats. När denna körs efterfrågas:
• namnet på textfilen med mätdata
• namnet på EULUMDAT filen där all data ska sparas
• företagets namn
Tillvägagångssätt
• typindikatorn, Ityp
• symmetri indikator, Isym
• mätningsnummer
• armaturens namn
• armaturens nummer
• EULUMDAT filens namn
• datum/användare
• armaturens yttre mått
• armaturens mått på den lysande ytan
• omvandlingsfaktor
• armaturens lutning under mätning
• antal standarduppsättningar lampor
• antal lampor
• typ av lampor
• lampans färgtemperatur
• lampans färgindex
• lampans ljusflöde
• effekten inkluderat ballast.
Programmet räknar först fram alla C- och G-vinklar som två vektorer med storlek 24 respektive 37 rader, 0 = C_vinklar = 245 och 0 = G_vinklar = 90. Sedan skapas två 21×24 matriser med alla de C- och G-vinklar som går att mäta i ljuslabbet, 0 = C = 245 och
0 = G = 50, se Figur 18.
[
0 15 30 ... 245]
_vinklar=
C G_vinklar=
[
0 2.5 5 ... 90]
=
245 ...
30 15 0
245 ...
...
...
...
245 ...
30 15 0
245 ...
30 15 0
245 ...
30 15 0 C
=
50 50 50 50 50
..
...
...
...
...
5 ...
5 5 5
5 . 2 ...
5 . 2 5 . 2 5 . 2
0 ...
0 0 0 G
Figur 18. Utseendet på vektorerna C_vinklar och G_vinklar samt matriserna C och G
Utifrån dessa vinklar och ett specificerat avstånd mellan armatur och vägg räknas de X- och Y-koordinater fram där belysningsstyrkor ska interpoleras fram. Sedan läser programmet in textsträngar från en given indata fil med mätdata som innehåller x-koordinater, y- koordinater och belysningsstyrkor. Eftersom det inte finns någon inbyggd funktion för interpolering i C används ett egendefinierat interpoleringsprogram med delar tagna från Press, Teukolsky, Vetterling, och Flannery (1992) som genomför en bikubisk interpolering.
Interpoleringsalgoritmen är uppbyggd av flera olika delar. För att i tabellerna med alla uppmätta x- och y- värden lätt kunna hitta platsen för ett speciellt x och y där funktionsvärdet söks kan funktionen locate från Press et al användas, se Bilaga 3. Givet en array xx[j], j=1,2,…,n, med elementen antingen monotoniskt ökande eller minskade och givet ett tal x hittas ett heltal j så att x ligger mellan xx[j] och xx[j+1]. Rutinen definierar två fiktiva arrayelement xx[0] och xx[n+1] som representerar minus och plus oändligheten så att j alltid kommer att ligga mellan 0 och n. Om j får värdet 0 eller n vid körning av programmet ligger interpoleringspunkten utanför mätområdet och interpolering kan därför inte genomföras.
Metoden som används är intervallhalvering och det tar ungefär log2n försök att hitta den sökta
