Pojednání o měření jasu L20 V následujícím textu se popisují některé aspekty, které bývají při měření jasu L20 zdrojem chyb či nepřesností. Mimo jiné se dokazuje nevhodnost převádění frekvenčního signálu z jasoměru na proudový. Předpokládá se základní znalost problematiky. Příklady uvedené v tomto dodatku jsou toliko ilustrativní, všechny závěry však mají obecnou platnost. Jas L20, jasoměr Jasoměr LUM 01 slouží k měření jasu L20. Tento jas je definován jako aritmetický průměr dílčích jasů, které se objeví v zorném poli vymezeném kuželem s vrcholovým úhlem 20, je-li pozorovatel (řidič) od portálu ve vzdálenosti rovnající se brzdné vzdálenosti sd.
20o 1,5 m
Brzdná vzdálenost sd
Obr. 1
Obr. 2
Jas L20 je základní veličinou pro projektování osvětlení tunelu („Metoda L20“, viz CIE 88/2004). Měří se u každého vjezdového portálu, obvykle jsou tedy dva jasoměry pro celý tunel. Pozn.: Někdy se tunel vybavuje ještě jasoměrem vnitřním, který má měřit hodnotu Lth1, a tuto pak porovnávat s hodnotou L20, z čehož by měl býti určen aktuální poměr k, viz dále . Avšak vnitřní jasoměr je ještě více problematičtější než venkovní, a proto je lépe jej vůbec neosazovat (zkušenosti na mnoha tunelech v zahraničí) !
Artechnic - Schréder a.s. Vinohradská 74 - 130 00 Praha 3 Tel.: +420 222 522 930 - Fax: +420 222 521 722 e-mail:
[email protected] Member of Schréder Group G.I.E.
Údržba jasoměru, čištění Jednou z příčin nesprávného provozu osvětlení bývá znečištěná optika (čočka) jasoměru. Doporučuje se čistit ji nejméně jednou za půl roku, v případě husté dopravy v zastavěných oblastech ještě častěji, jednou za čtvrt roku. Cílení jasoměru, měřené pole Zacílení jasoměru může být dalším zdrojem chyb. Ze samotné definice jasu L20 vidíme, že jasoměr by měl být teoreticky instalován ve vzdálenosti sd a ve výšce 1,5 m; pak měřené pole vypadá podle obr. 2., což je situace, kterou vidí i řidič a pro níž je celé osvětlení tunelu provedeno. Výška 1,5 m však není vzhledem k vandalismu možná, a proto se volí 4-5 m na vozovkou. Ani vzdálenost sd není často možno přesně dodržet, takže jasoměr se nalézá obvykle k portálu mnohem blíže. Jestliže se pak podle obecného návodu namíří jasoměr na střed vjezdu daného tubusu, je situace v měřeném poli zcela rozdílná (obr. 3), takže jasoměr měří jiný jas (v tomto případě je zejména procentní část oblohy mnohem menší než má být).
Obr. 3
Z toho důvodu se doporučuje pořídit fotografii z ideálního místa podle obr. 2, a pak zamíření jasoměru poopravit tak, aby se výsledný obrázek co nejvíce shodoval s touto fotografií. Výsledkem pak je obr. 4.
Obr. 4
1
Artechnic - Schréder a.s. Vinohradská 74 - 130 00 Praha 3 Tel.: +420 222 522 930 - Fax: +420 222 521 722 e-mail:
[email protected] Member of Schréder Group G.I.E.
Řízení osvětlení Důvodem chybného spínání mohou být také špatně nastavené hodnoty jasů L20 v jednotlivých stupních anebo tyto hodnoty sice mohou být nastaveny správně, ale další zpracování informace je natolik nepřesné, že způsobí nesprávné spínání. a) Hodnoty jasů L20 pro jednotlivé stupně spínání Řízení osvětlení se většinou provádí skokově tak, že se svítidla vypínají či zapínají, event. ještě se stmívají na 50 % světelného toku zdrojů (odpovídá cca 65 % příkonu). Režim spínání je určen tzv. spínacími schématy, kde jednotlivým stupňům odpovídají zapnutá či vypnutá svítidla v dané n-tici svítidel. Nejčastější je režim 4+2, viz Příklad 1. Příklad 1: Spínací schéma Stav svítidel v pásmech Stav svítidel Stupeň TH1, TH2, TR1 v pásmu TR2 1 2 3 4 1 2 1. x x x x x x 2. x x x x x 3. x x x 4. x x 5. svítí průjezdní IN-DAY 6. svítí průjezdní NIGHT svítidlo svítí svítidlo vypnuto x
K těmto stupňům musí vždy existovat tabulka jasů L20, z níž je patrno, kdy má k jakému stupni dojít k sepnutí: Příklad 2: Úrovně jasů L20 , k= 0,045 Stupeň
Lth1 /cd.m-2/
L20= Lth1/k /cd.m-2/
1. 2. 3. 4. 5. 6.
221,7 166,3 110,9 55,4 5,72 2,90
4 926 3 696 2 464 1 231 127 64
Hodnota jasu L20 (na základě údaje jasoměru) /cd.m-2/ 3 696 L20 2 464 L20 3 696 1 231 L20 2 464 127 L20 1 231 64 L20 127 0 L20 64
Přitom je důležité, aby poměr k nebyl nikdy menší, než je jeho hodnota určená ve studii či v projektu osvětlení, tj. musí v každém okamžiku platit Lth1 : L20 k . Tuto podmínku musí zajistit řídící program (poměr k a hodnota jasu Lth1 jsou známy z projektu, aktuální jas L20 je změřen jasoměrem, odtud se určí, zda má dojít k přepnutí či nikoli). Hodnoty jasů L20 v jednotlivých stupňů (modře vyznačené hodnoty) tedy nutno brát na zřetel při návrhu algoritmu řídícího programu, jinak je řízení chybné.
Odstraněno: ¶ ¶
2
Artechnic - Schréder a.s. Vinohradská 74 - 130 00 Praha 3 Tel.: +420 222 522 930 - Fax: +420 222 521 722 e-mail:
[email protected] Member of Schréder Group G.I.E.
b) Zpracování signálu z jasoměru Vstupním signálem jasoměru je pochopitelně jas L20 (cd/m2). Výstupní signál je frekvenční, přičemž platí závislost f = L20 + 10 (1). f /Hz/ 10 010
10 0 10 000
L20 /cd.m-2/
Obr. 5: Závislost frekvenčního výstupu z jasoměru na měřeném jasu L20 Takový signál je naprosto přesný, takže dosadíme-li do vztahu f = L20 + 10 jasy L20 z tabulky (z Příkladu 2), dostaneme pro řízení přesné hodnoty, kdy má k jakému sepnutí dojít. Pokud se však frekvenční signál převádí na proudový (4 až 20 mA), dochází ke zbytečnému zanesení obrovské nejistoty v měření proudu. Snadno totiž nahlédneme, že škálu jasů 0 až 10000 cd/m2 je nutno převésti na malý rozsah 16 mA, a třebaže potřebujeme znáti vlastně jen několik mezních hodnot, je i jen malá nepřesnost v měření proudu zdrojem velké chyby. Dokažme to: Převodní vztah mezi frekvencí a proudem je (2). I = 4 + 16.L20 /10000 Dosadíme-li z (1) za L20, dostaneme přímo vztah mezi proudem a výstupním frekvenčním signálem z jasoměru: (3). I = 4 + 16.( f - 10 ) /10000 Derivujme tento vztah podle f :
dI/df = 16/10000 = tg = 0,09
(4) (5)
Vztah (3) tedy vyjadřuje přímku s velmi malou směrnicí dI/df, takže velké změně frekvence f (respektive jasu L20) odpovídá pouze malá změna výstupního proudu I, viz obr. 6. I /mA/
20
dI
4 0 10
df
10 000 f /Hz/
Obr. 6: Závislost proudu na frekvenci I = 4 + 16.( f - 10 ) /10000
3
Artechnic - Schréder a.s. Vinohradská 74 - 130 00 Praha 3 Tel.: +420 222 522 930 - Fax: +420 222 521 722 e-mail:
[email protected] Member of Schréder Group G.I.E.
Tabulka z Příkladu 2 pak budiž doplněna takto: Úrovně jasů L20 , k= 0,045 Stupe ň
Lth1 /cd.m-2/
L20= Lth1/k /cd.m-2/
1. 2. 3. 4. 5. 6.
221,7
4 926
166,3
3 696
110,9
2 464
55,4
1 231
5,72
127
2,90
64
Hodnota jasu L20 (údaj jasoměru) /cd.m-2/ 3 696 L20 2 464 L20 3 696 1 231 L20 2 464 127 L20 1 231 64 L20 127 0 L20 64
Hodnota frekvence f /Hz/ (signálu z jasoměru) 3 706 f 2 474 f 3 706 1 241 f 2 474 137 f 1 241 74 f 137 10 f 74
Hodnota proudu I /mA/ 9,914 I 7,942 I 9,914 5,970 I 7,942 4,203 I 5,970 4,102 I 4,203 4,000 I 4,102
Z tabulky na první pohled jasně plyne to, co bylo odvozeno v rovnicích (4) a (5), totiž, že měření proudu musí býti velmi přesné (s přesností 0,01 mA !), abychom byli s to postihnout změnu jasů – týká se to zejména 6., 5. a 4. stupně osvětlení, které od sebe lze „proudově“ rozlišit velmi obtížně: zcela snadno se může státi, že místo 6. stupně svítí 4. stupeň, tedy téměř 20krát vyšší osvětlení než by mělo! Proto se převádění frekvence na proud nedoporučuje .
Závěr Nesprávné řízení osvětlení v konkrétním tunelu může být způsobeno nějakou měrou všemi výše uvedenými zdroji chyb anebo jen některým z nich. Při pochybnosti tedy nutno nejprve zkontrolovat čistotu optiky jasoměru, jeho správné zacílení podle postupu zde uvedeného; pak budiž zkontrolována správnost algoritmu řízení, zejména zda je dodržen poměr k , zda se sledují správné hodnoty jasů L20 v jednotlivých stupních. Poté nutno zjistit, jakým způsobem se hodnoty jasů zpracovávají – pokud se už převádí frekvenční výstup jasoměru na proud, tak zda řídící program respektuje rovnice (2) a (3), dále pak přesnost měření proudu– v tom lze spatřovat největší zdroj chyby.
Literatura [1] CIE 88:2004 Guide for the lighting of road tunnels and underpasses. [2] Habel J. : Osvětlování. Skriptum ČVUT, Praha 1998. [3] Materiály firmy Schréder
4
