Xây dựng tệp dữ liệu trắc quang cho một số loại đèn chiếu sáng đường và ứng dụng trong thiết kế chiếu sáng đường giao thông

Nguyễn Quang Hƣng
Lớp: Thiết bị điện
Khóa: 2014A

MỤC LỤC
LỜI CAM ĐOAN ...................................................................................................................... 3
LỜI CẢM ƠN............................................................................................................................ 4
DANH MỤC HÌNH ẢNH......................................................................................................... 5
DANH MỤC BẢNG BIỂU ....................................................................................................... 8
LỜI NÓI ĐẦU ........................................................................................................................... 9
1.

Lý do chọn đề tài ............................................................................................................ 9

2.

Phƣơng pháp nghiên cứu ............................................................................................ 11

3.

Bố cục của luận án ....................................................................................................... 11

Chƣơng 1. TỔNG QUAN VỀ BỘ DỮ LIỆU TRẮC QUANG ........................................... 12
1.1.

Khái niệm và đại lƣợng cơ bản đƣợc dùng khi xây dựng tệp dữ liệu trắc quang

[2], [6] ................................................................................................................................... 12
1.1.1.

Quang thông  , lumen (lm) ........................................................................... 12

1.1.2. Cƣờng độ sáng I, candela (cd) ............................................................................ 13
1.1.3. Độ rọi (E, lux (lx).................................................................................................. 15
1.1.4. Quan hệ giữa các đại lƣợng................................................................................. 16
1.2.

Các quy định về tọa độ của bộ đèn theo hƣớng dẫn của CIE 43-1979 [2] .......... 17

1.2.1.

Các hệ tọa độ dùng để biểu diễn phân bố cƣờng độ sáng. ........................... 17

1.2.2.

Hƣớng dẫn CIE 43-1979 ................................................................................. 19

1.2.3.

Hệ tọa độ Đề Các (Descates) ........................................................................... 20

1.2.4.

Quan hệ giữa các cách biểu diễn. ................................................................... 21

1.3.

Các loại tệp dữ liệu trắc quang ............................................................................... 22

Chƣơng 2. THU NHẬN KẾT QUẢ THỰC NGHIỆM ĐỂ XÂY DỰNG MỘT TỆP DỮ
LIỆU TRẮC QUANG ............................................................................................................ 28

2.1.

Đo và vẽ các đƣờng cong phân bố cƣờng độ sáng bằng Góc kế quang học

(Goniophotometer).[2] ........................................................................................................ 28
2.1.1.

Góc kế quang học............................................................................................. 28

2.1.2.

Các phƣơng pháp xác định quang thông ...................................................... 32

1


Nguyễn Quang Hƣng
Lớp: Thiết bị điện
Khóa: 2014A
2.1.2.1. Xác định quang thông của nguồn sáng bằng cầu tích phân ........................ 32
2.1.2.1. Phƣơng pháp tính quang thông dựa vào hệ đƣờng cong trắc quang ......... 36
2.1.3.

Vùng và quang thông vùng ............................................................................. 36

2.2.

Mô tả phép đo. .......................................................................................................... 39

2.3.

Các kết quả thực nghiệm thu đƣợc......................................................................... 39

2.4.

Xác định quang thông của nguồn sáng có trục đối xứng bằng phƣơng pháp 1

đƣờng cong trắc quang ....................................................................................................... 63
2.5.

Tạo file IES cho bộ đèn RAINBOW 250W ............................................................ 68

Chƣơng 3: SỬ DỤNG FILE IES ĐÃ XÂY DỰNG ĐỂ THIẾT KẾ CHIẾU SÁNG
ĐƢỜNG GIAO THÔNG ........................................................................................................ 79
3.1. Tính toán chiếu sáng thủ công. ................................................................................... 79
3.2.

Tính toán thiết kế chiếu sáng đƣờng Đèo Cả bằng phần mềm dialux ................ 83

3.2.1. Giới thiệu hƣớng dẫn cách sử dụng phần mềm Dialux .................................... 83
3.2.2. Tính toán chiếu sáng đƣờng Đèo Cả bằng phƣơng pháp thủ công và bằng phần
mềm Dialux ..................................................................................................................... 90
3.2.2.1. Các bƣớc thiết kế trên phần mêm Dialux...................................................... 91
3.2.2.2. Kết quả tính toán ............................................................................................. 93
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ................................................................................................ 99
TÀI LIỆU THAM KHẢO .................................................................................................... 100

2

Nguyễn Quang Hƣng
Lớp: Thiết bị điện
Khóa: 2014A

LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan những nội dung trong luận văn này là công trình nghiên cứu của
riêng tôi. Các kết quả đo đạc, tính toán đã trình bày trong luận văn hoàn toàn trung
thực và chưa được ai công bố trong bất kỳ các công trình nào. Các trích dẫn trong luận
văn là chính xác, trung thực và đã là các thông tin được công bố rộng rãi.

Tác giả
Nguyễn Quang Hƣng

3


Nguyễn Quang Hƣng
Lớp: Thiết bị điện
Khóa: 2014A

LỜI CẢM ƠN
Trước hết, xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới Thày Lê Hải Hưng, Trưởng Phòng
Thí nghiệm Vật lý và kỹ thuật ánh sáng, Viện Vật lý kỹ thuật, Trường Đại học Bách
khoa Hà Nội, người đã truyền cảm hứng, đã tận tình truyền đạt và hướng dẫn cho tôi
những kiến thức mới nhất về kỹ thuật ánh sáng nói chung về kỹ thuật đo lường ánh
sáng, kỹ thuật xây dựng tệp dữ liệu trắc quang (Photometric Data), tệp dữ liệu (.IES)
và ứng dụng trong thiết kế chiếu sáng hiện đại.
Tôi cũng vô cùng biết ơn các thày cô giáo của PTN Vật lý và kỹ thuật ánh sáng,
Viện Vật lý kỹ thuật, trường ĐHBKHN. Chính ở nơi đây tôi đã biết thêm rất nhiều đều
mới mẻ. Đây là những kiến thức vô cùng quan trọng đối với tôi không chỉ trong việc

hoàn thành luận văn mà còn vô cùng hữu ích trong công việc và cuộc sống trong tương
lai.
Xin gửi lời cảm ơn chân thành tới các thầy cô trong bộ môn Thiết bị điện, Viện
Điện và các anh chị em đồng nghiệp đã tận tình giúp cho tôi trong suốt quá trình làm
luận văn.
Xin cảm ơn Viện Đào tạo Sau Đại học, Trường Đại học Bách khoa Hà Nội đã tạo điều
kiện cho tôi trong suốt thời gian làm việc và nghiên cứu
Cuối cùng, vô cùng cảm ơn bố mẹ, anh chị em trong gia đình và những người thân đã
dành những tình cảm, động viên giúp đỡ tôi vượt qua những khó khăn để hoàn thành
luận văn.
Hà nội, ngày 7 tháng 10 năm 2015

Nguyễn Quang Hƣng

4


Nguyễn Quang Hƣng
Lớp: Thiết bị điện
Khóa: 2014A

DANH MỤC HÌNH ẢNH
Hình 1.1. Định nghĩa Góc khối  ................................................................................. 14
Hình 1.2. Định nghĩa cường độ sáng ............................................................................. 14
Hình 1.3. Để định nghĩa độ rọi ....................................................................................... 15
Hình 1.4. Quan hệ độ rọi, cường độ sáng và khoảng cách ............................................ 16
Hình 1.5 Các hệ tọa độ cực ............................................................................................ 18
Hình 1.6. Quy ước các mặt phẳng (C, ) của bộ đèn trong tọa độ cực .......................... 19
Hình 1.7. Đường cong phân bố cường độ sáng của một bộ đèn theo hệ C- (CIE 431979 Guide), (nguồn PTN Vật lý và kỹ thuật ánh sáng – ĐHBK Hà Nội) ................... 20
Hình 1.8. Cường độ sáng của đèn pha FEBUS của công ty Hapulico trong tọa độ Đề

Các (nguồn : PTN Vật lý và Kỹ thuật ánh sáng – ĐHBK Hà Nội) ............................... 21
Hình 1.9. Phân bố cường độ sáng của một bộ đèn ......................................................... 21
Hình 1.10. Tập dữ liệu trắc quang của bộ đèn huỳnh quang trong máng parabol ......... 23
Hình 1.11. . Tệp dữ liệu trắc quang của bộ đèn MACCOT (Hapulico) do PTN Vật lý và
kỹ thuật chiếu sáng xây dựng ......................................................................................... 24
Hình 1.12. Dữ liệu trắc quang của nhà sản xuất Lighting Sciences, Arizona, USA ..... 24
Hình 1.13. Tệp dữ liệu trắc quang của Hubell Ligting (USA)....................................... 25
Hình 1.14. File IES của một bộ đèn chiếu sáng trong hầm Đèo Cả .............................. 27
Hình 2.1. Góc kế quang học: (a) Loại nguồn sáng quay.

5

(b) Loại gương quay ......... 29


Nguyễn Quang Hƣng
Lớp: Thiết bị điện
Khóa: 2014A

Hình 2.2. Cấu trúc hệ đo góc kế quang học loại gương quay ........................................ 29
Hình 2.3. Hình ảnh đo phân bố cường độ sáng của bộ đèn bằng Goniophotomeer tại
PTN Kỹ thuật chiếu sáng, Viện Vật lý kỹ thuật, trường ĐHBKHN .............................. 30
Hình 2.4.Quả cầu tích phân ............................................................................................ 34
Hình 2.5. a) Đèn chuẩn quang thông , b) Giấy chứng nhận giá trị quang thông ........... 35
Hình 2.6. Mô tả một vùng .............................................................................................. 36
Hình 2.7. Mô tả quang thông vùng ................................................................................ 38
Hình 2.8. Bộ đèn Natri RAINBOW High Pressure Sodium (HPS) 250W do công ty
Hapulico Việt Nam sản xuất .......................................................................................... 40
Hình 2.9. Biểu đồ trắc quang bộ đèn RAINBOW – HPS 250W ................................... 43
Hình 2.10. Mẫu trắc quang cho bộ đen Rainbow........................................................... 62

Hình 2.11. Minh họa mặt phẳng C0 và C45 .................................................................. 64
Hình 2.12. Đường cong trắc quang của đèn PAR .......................................................... 66
Hình 2.13. Phần mềm tạo file IES.................................................................................. 68
Hình 2.14. File IES được tạo mặc định .......................................................................... 69
Hình 2.15.a,b. Các thông tin cơ bản của bộ đèn ............................................................ 72
Hình 2.16.a,b,c. Toàn bộ tệp số liệu của bộ đèn Rainbow ............................................. 75
Hình 2.17. File IES của bộ đèn Rainbow ....................................................................... 76
Hình 2.18. Đường cong trắc quang của bộ đèn tại mặt phẳng C60 ............................... 77
Hình 2.19. Trường sáng của bộ đèn tại mặt phẳng C0 ................................................... 77
Hình 2.20. Đường đẳng độ rọi của bộ đèn Rainbow ..................................................... 78
6


Nguyễn Quang Hƣng
Lớp: Thiết bị điện
Khóa: 2014A

Hình 3.1. Tính toán độ rọi dọc theo trục đường............................................................. 79
Hình 3.2. Biểu đồ phân bố độ rọi của đèn Rainbow theo trục đường ............................ 83
Hình 3.3. Cửa sổ Welcome (Dialux) .............................................................................. 84
Hình 3.4. Project Manager/Arrangement ....................................................................... 85
Hình 3.5. Project Manager/General ............................................................................... 86
Hình 3.6. Project Manager/Surfaces .............................................................................. 86
Hình 3.7. Nhập bề rộng và số làn đường ....................................................................... 87
Hình 3.8. Nhập dữ liệu trắc quang của bộ đèn ............................................................... 88
Hình 3.9. Thông tin bộ đèn sau khi nhập ....................................................................... 88
Hình 3.10. Nhập các thông số về phật bố cột đèn trên đường ....................................... 89
Hình 3.11. Thông số lắp đặt bộ đèn ............................................................................... 89
Hình 3.12. Kết quả đo độ rọi theo màu sắc .................................................................... 93
Hình 3.13.a,b,c,d,e,f,g. Các kết quả thu được sau khi tính toán .................................... 97

7


Nguyễn Quang Hƣng
Lớp: Thiết bị điện
Khóa: 2014A

DANH MỤC BẢNG BIỂU
Bảng 1.1. Quang thông của một số nguồn sáng thông dụng.......................................... 13
Bảng 1.2. Cường độ sáng của một số nguồn sáng ......................................................... 15
Bảng 1.3. Độ rọi trên một số bề mặt thường gặp ........................................................... 16
Bảng 1.4. Mô tả quan hệ giữa các hệ tọa độ .................................................................. 18
Bảng 1.5. Một số kiểu đối xứng của đèn........................................................................ 22
Bảng 2.1. Mô tả vùng và hệ số vùng cho các góc 20, 50, 100 ....................................... 37
Bảng 2.2. Cường độ sáng theo từng góc của đèn RAINBOW 250W ............................ 40
Bảng 2.3. Quang thông của các vùng............................................................................. 44
Bảng 2.4. Tính tổng quang thông vùng .......................................................................... 61
Bảng 2.5. Quang thông cho từng vùng của bộ đèn ........................................................ 61
Bảng 2.6. Tệp số liệu đường cong trắc quang theo mặt phẳng C0 và C45 .................... 64
Bảng 2.7. Bảng tính toán quang thông vùng của đèn LED panel .................................. 67
Bảng 2.8. Danh sách các tiêu chuẩn trong việc thử nghiệm các loại đèn [1] ................ 70
Bảng3.1. Giá trị độ rọi theo tọa độ dọc trục đường của đèn Raibow............................. 80

8


Nguyễn Quang Hƣng
Lớp: Thiết bị điện
Khóa: 2014A

LỜI NÓI ĐẦU
Lý do chọn đề tài

1.

Trong quá trình hội nhập quốc tế hầu hết các sản phẩm, thiết bị phục vụ cho sản
xuất đời sống xã hội để có thể xuất khẩu phải đảm bảo đủ các yêu cầu, tiêu chuẩn quốc
tế ngặt nghèo đó là: xuất xứ, đạt chuẩn kỹ thuật quốc tế thông qua hệ thống kiểm duyệt
và các hợp chuẩn do các tổ chức quốc tế quy định.
Tuy nhiên, trong lĩnh vực chiếu sáng hầu hết các doanh nghiệp trong nước muốn
xuất khẩu sản phẩm thiết bị chiếu sang đều phải thuê hoặc ủy thác cho các đối tác nước
ngoài để có đủ tiêu chuẩn, điều kiện xuất khẩu. Điều này đã làm giảm tính cạnh tranh
của doanh nghiệp Việt Nam, mặc dù chất lượng sản phẩm của ta không thua kém các
nước.
Sau một thời gian nghiên cứu và thử nghiệm, cuối năm 2012, Phòng thí nghiệm
Vật lý và kỹ thuật ánh sang thuộc viện Vật lý kỹ thuật, trường Đại học Bách khoa Hà
Nội đã thành công trong việc xây dựng hệ thống dữ liệu trắc quang cho bộ đèn theo
tiêu chuẩn của hiệp hội chiếu sang quốc tế CIE: PHOTOMETRIC DATA. Kết quả này
tạo điều kiện cho doanh nghiệp sản xuất các sản phẩm chiếu sáng trong nước có giấy
thông thành để hội nhập quốc tế.
Hệ thống dữ liệu trắc quang là tập hợp toàn bộ các thông tin chung như nhà sản
xuất, tên gọi, chủng loại, công xuất, cấp bảo vệ (IP), kích thước, các đặc tính chiếu
sáng… của bộ đèn. Trong hệ thống dữ liệu trắc quang nói trên thì quan trọng nhất là số
liệu cường độ sáng theo góc (hay là biểu đồ phân bố cường độ sáng trong không gian
của bộ đèn).
Đo cường độ sáng và phân bố cường độ sáng của bộ đèn được thực hiện qua một
thiết bị gọi là góc kế quang học (Goniophotometer) và phải được tiến hành trong phòng
tối có kích thước đủ lớn. Hiện nay tại nhà máy sản xuất bóng đèn Rạng Đông, công ty
Điện Quang và phòng Thí nghiệm Vật lý và kĩ thuật ánh sáng có sử dụng thiết bị này

9


Nguyễn Quang Hƣng
Lớp: Thiết bị điện
Khóa: 2014A

để tiến hành đo đạc thực nghiệm và đánh giá khả năng chiếu sáng trong không gian của
các bộ đèn.
Tuy nhiên phép đo này là một khối lượng công việc không hề nhỏ để có cái nhìn
chi tiết và tổng quan trong khả năng chiếu sáng của một bộ đèn, cũng như để thực hiện
chính xác những thiết kế tính toán chiếu sáng trong việc lắp đặt các sản phẩm chiếu
sáng trong các công trình xây dựng.
Phép đo góc kế quang học là công đoạn quan trọng nhất để xây dựng lên một tệp
dữ liệu trắc quang. Phép đo này giúp chúng ta có được rất nhiều thông tin của bộ đèn
như là quaqng thông trong từng vùng, tổng quang thông, góc mở, phân bố cường độ
sáng của bộ đèn trong toàn bộ trường sáng của nó…
Tuy nhiên để xây dựng tệp dữ liệu trắc quang cho các loại đèn đối với hầu hết các
nhà sản xuất trong nước là một việc vô cùng khó khăn vì nhiều lý do:
Thứ nhất, để xây dựng tệp dữ liệu trắc quang cho tất cả đèn do một nhà sản xuất
làm ra cần tốn nhiều công sức của những người có chuyên môn về kỹ thuật chiếu sáng
để hoàn thành, trong khi đó những người có hiểu biết và chuyên môn sâu trong lĩnh
vực không nhiều.
Thứ hai, cần có các trang thiết bị chuyên dụng và phòng tối để tiến hành đo đạc.
Tuy nhiên các trang thiết bị này hầu hết phải mua ở nước ngoài khá tốn kém. Góc kế
quang học ở Phòng thí nghiệm vật lý và kỹ thuật chiếu sáng được nhập từ Hoa Kỳ
Tôi thực sự đã bị lôi cuốn khi tiếp cận với vấn đề này. Khi được làm việc trong
một phòng thí nghiệm đầy đủ thiết bị hiện đại và người thày uyên thâm về lĩnh vực trắc
quang, tôi đã lựa chọn đề tài của luận án cao học là: “Xây dựng tệp dữ liệu trắc

quang cho một số loại đèn chiếu sáng đƣờng và ứng dụng trong thiết kế chiếu
sáng đƣờng giao thông”.
Mục đích của luận văn hướng tới việc hoàn chỉnh các bước cụ thể để xây dựng tệp
dữ liệu trắc quang cho một bộ đèn bất kỳ và để bắt kịp xu thế của thời đại cần phải xây
dựng được tệp dữ liệu trắc quang trong ứng dụng thiết kế chiếu sáng trên máy tính.

10


Nguyễn Quang Hƣng
Lớp: Thiết bị điện
Khóa: 2014A

2.

Phƣơng pháp nghiên cứu
Để thực hiện luận văn cần có những lý thuyết cơ bản về chiếu sáng và hình học

không gian, sử dụng các phần mềm thiết kế chiếu sáng và các phần mềm liên quan.
Bên cạnh đó ta cần thực hiện đo đạc lấy số liệu của bộ đèn như là:
- Các thông số về điện áp , hệ số công suất, công suất, dòng điện
- Các thông số về quang học như tổng quang thông và phân bố cường độ sáng
- Các thông số khác như cấp bảo vệ (IP), Hệ số hoàn màu, nhiệt độ màu, kích
thước bộ đèn…
Ngoài ra, chúng ta còn phải nhập số liệu vào file trắc quang IES để sử dụng trong
các phần mềm thiết kế chiếu sáng.
Thực hiện thiết kế chiếu sáng đường qua phầm mềm Dialux
3.

Bố cục của luận án

Luận văn chia làm ba chương chính
Chương 1: Tổng quan về bộ dữ liệu trắc quang
Chương 2: Thu nhận kết quả thực nghiệm để xây dựng một tệp dữ liệu trắc quang
Chương 3: Sử dụng file IES đã xây dựng thể thiết kế chiếu sáng đường giao thông
Kết luận và kiến nghị
Toàn bộ kết quả của luận văn đều được thực hiện tại phòng thí nghiệm vật lý và kỹ

thuật ánh sáng, viện vật lý kỹ thuật, trường đại học bách khoa Hà Nội. Mẫu đèn thực
nghiệm được sản xuất tại Công ty Hapulico.

11


Nguyễn Quang Hƣng
Lớp: Thiết bị điện
Khóa: 2014A

Chƣơng 1. TỔNG QUAN VỀ BỘ DỮ LIỆU TRẮC QUANG
1.1.

Khái niệm và đại lƣợng cơ bản đƣợc dùng khi xây dựng tệp dữ liệu trắc

quang [2], [6]
Ta biết ánh sáng là bức xạ điện từ mang năng lượng và được đặc trưng bằng các đại
lượng đo năng lượng. Tất cả nguồn sáng đều biến đổi năng lượng mà nó tiêu thụ thành
một hoặc nhiều hiệu ứng trong ba hiệu ứng hoá, nhiệt hoặc điện từ. Tia sáng chỉ là phần
nhỏ của bức xạ điện từ do vậy chúng chỉ mang theo một phần công suất của nguồn.
Thông lượng năng lượng bức xạ được tính bằng oát (W) theo công thức (1.1):
Thông lượng năng lượng


   W d

(1.1)

0

Trong đó W là phân bố phổ của năng lượng bức xạ.
1.1.1. Quang thông  , lumen (lm)
Trong kỹ thuật chiếu sáng, cùng một năng lượng bức xạ nhưng lại gây ra hiệu quả
cảm nhận ánh sáng khác nhau đối với mắt tuỳ theo bước sóng của nó. Đường cong hiệu
quả ánh sáng V(ở) đánh giá ảnh hưởng này. Về phương diện sinh lý, các đại lượng
tương quan bức xạ được đánh giá theo tác động của chúng đến thị giác, do đó ta định
nghĩa quang thông  là phần năng lượng của sóng điện từ được đánh giá bằng mắt
người theo tác động của nó
Trong phổ ánh sáng nhìn thấy quang thông bằng:
760

  K  WV d

(1.2)

380

Trong đó:

12


Nguyễn Quang Hƣng

Lớp: Thiết bị điện
Khóa: 2014A

- V  là hàm độ nhạy tương đối của mắt theo bước sóng.
- K = 683 lm/W là hệ số chuyển đổi đơn vị năng lượng sang đơn vị cảm nhận thị
giác.
Đơn vị quang thông là lumen (lm)
Quang thông là đại lượng đặc trưng cho khả năng của nguồn bức xạ ánh sáng trong
không gian. Bảng 1.1 cho quang thông của một số nguồn sáng thông dụng.
Bảng 1.1. Quang thông của một số nguồn sáng thông dụng
Nguồn sáng

Quang thông (lumen)

Đèn sợi đốt 60W

685

Đèn compact 11 W

560

Đèn huỳnh quang 40W

2700

Đèn Na cao áp 400W

47.000

Đèn Halogen kim loại 2 kW

180.000

1.1.2. Cƣờng độ sáng I, candela (cd)
Nói chung, các nguồn sáng thường bức xạ không đều trong không gian. Để đặc
trưng cho khả năng phát xạ của nguồn sáng và luôn gắn liền với một phương cho trước
người ta dùng khái niệm cường độ sáng.
Trước tiên, ta xét góc khối  , là góc không gian thường sử dụng trong kỹ thuật
chiếu sáng. Trên hình 1.1 có một nguồn điểm O đặt tại tâm hình cầu rỗng bán kính R
và chắn diện tích S trên mặt cầu.

13


Nguyễn Quang Hƣng
Lớp: Thiết bị điện
Khóa: 2014A

R
S

O

Hình 1.1. Định nghĩa Góc khối 
Hình khối đỉnh O cắt mặt S trên hình cầu biểu diễn góc khối  .
 được định nghĩa bằng tỷ số diện tích S và bình phương bán kính:



S

R

(1.3)

2

Giá trị cực đại của  , khi từ O chắn cả
không gian, tức là toàn bộ mặt cầu:


S
4. .R 2

 4. steradian (sr) (1.4)
R2
R2

Hình 1.2. Định nghĩa cường độ sáng

Cường độ sáng theo một phương (hình 1.2) bằng giới hạn của tỷ số của quang
thông d  trên một đơn vị góc khối d  .

d
d  0 d

I OA  lim

(1.5)

Đơn vị cường độ sáng là candela, viết tắt là cd, là một trong 7 đơn vị cơ bản của hệ
SI (System International) . Từ tháng 10-1979 CIE đưa ra định nghĩa mới của candela:
Candela là cường độ sáng theo một phương của nguồn sáng đơn sắc có tần số 540.1012
Hz (bước sóng 555 nm) có cường độ năng lượng theo phương này là 1/683 oát trong
góc khối một steradian.
Cường độ sáng của một số nguồn sáng thông dụng được cho trong bảng 1.2.
14


Nguyễn Quang Hƣng
Lớp: Thiết bị điện
Khóa: 2014A

Bảng 1.2. Cường độ sáng của một số nguồn sáng
Cường độ sáng (cd)

Nguồn sáng
Ngọn nến

0,8 theo mọi phương

Đèn sợi đốt 40 W

35 theo mọi phương

Đèn sợi đốt 300 W có bộ phản xạ

1500 ở tâm chùm tia

Đèn Halogen kim loại 2 kW

14.800 theo mọi phương

có bộ phản xạ

250.000 ở tâm chùm tia

1.1.3. Độ rọi (E, lux (lx)
Độ rọi là đại lượng đặc trưng cho bề mặt được chiếu sáng, là mật độ quang thông
 trên bề mặt có diện tích S. Khi quang thông vuông góc với bề mặt chiếu sáng như

hình 1.3, độ rọi được tính bằng công thức:
E


S

(1.6)

Đơn vị độ rọi là lux, là mật độ
quang thông của một nguồn sáng 1
lumen trên diện tích 1 m2. Khi mặt
được chiếu sáng không đều độ rọi
được tính bằng trung bình đại số của
độ rọi các điểm.
Khái niệm về độ rọi, ngoài nguồn
còn liên quan đến vị trí bề mặt được

Hình 1.3. Để định nghĩa độ rọi

chiếu sáng.

15


Nguyễn Quang Hƣng
Lớp: Thiết bị điện
Khóa: 2014A

1.1.4. Quan hệ giữa các đại lƣợng.
Ta xét nguồn sáng điểm S, bức xạ tới một mặt nguyên tố dS ở cách S một khoảng
D, một cường độ sáng I (hình 1.4).

Hình 1.4. Quan hệ độ rọi, cường độ sáng và khoảng cách
Gọi  là góc hợp bởi pháp tuyến n của dS với phương của tia sáng. Góc khối d 
chắn trên hình cầu bán kính D, một diện tích bằng dS.cos  .

d 

dS cos d

D2
I

(1.7)

Từ đó suy ra:

E

d I cos

dS
D2

(1.8)

Biểu thức này đúng với các nguyên tố bề mặt, chứng tỏ độ rọi thay đổi với độ
nghiêng tương đối của bề mặt theo tỷ lệ cosin và tỷ lệ nghịch với bình phương khoảng
cách D. Bảng 1.3 cho trị số độ rọi thường gặp.
Bảng 1.3. Độ rọi trên một số bề mặt thường gặp
Địa điểm được chiếu sáng

Độ rọi (lux)

Ngoài trời giữa trưa nắng

100.000

Ngoài trời giữa trưa đầy mây

10.000

16


Nguyễn Quang Hƣng
Lớp: Thiết bị điện
Khóa: 2014A

Trăng tròn

0,25

Phòng làm việc

300-500

Lớp học

300-400

Đường phố về ban đêm

20-50

Các quy định về tọa độ của bộ đèn theo hƣớng dẫn của CIE 43-1979 [2]

1.2.

1.2.1. Các hệ tọa độ dùng để biểu diễn phân bố cƣờng độ sáng.
Để thuận lợi cho việc biểu diễn các cường độ sáng của bộ đèn trong không gian,
người ta thường chọn các tọa độ sau đây [5]
-

Hệ tọa độ A, α

- Hệ toạ độ B, β

17


Nguyễn Quang Hƣng
Lớp: Thiết bị điện
Khóa: 2014A

- Hệ tọa độ C, γ

Hình 1.5. Các hệ tọa độ cực
Thực chất 3 tọa độ (A, α), (B, β), (C, γ) đều là 3 tọa độ cực, chúng chỉ khác nhau ở
trục quay mặt phẳng biểu diễn cường độ sáng. Người ta có thể chọn một loại tọa độ
nhất định để thuận lợi trong việc biểu diễn trường sáng của bộ đèn.
Trong những trường hợp cụ thể, người ta có thể tùy chọn cách biểu diễn họ các
đường cong cường độ sáng của một bộ đèn trong một hệ toạn độ bất kỳ. Tuy nhiên
người ta dễ dàng chuyển đổi các tọa độ trong từng hệ tọa độ với nhau. Bảng 1.4 mô tả
quan hệ tọa độ giữa các hệ khác nhau.
Bảng 1.4. Mô tả quan hệ giữa các hệ tọa độ.
Hệ tọa độ

Hệ tọa độ

đã cho

cần chuyển

A,

Góc nghiêng mặt phẳng

Góc trong mặt phẳng

B, 

tan B = tan /cos A

sin  = sin A  cos 

A,

C, 

tan C = tan /sin A

cos  = cos A  cos 

B, 

A,

tan A = tan /cos B

sin  = sin B  cos 

B, 

C, 

tan C = sin B/tan 

cos  = cos B  cos 

18


Nguyễn Quang Hƣng
Lớp: Thiết bị điện
Khóa: 2014A

C, 

A,

tan A = cos C/tan 

sin  = sin C  sin 

C, 

B, 

tan B = sin C/tan 

sin  = cos C  sin 

1.2.2. Hƣớng dẫn CIE 43-1979
Trong thực tiễn chiếu sáng và theo quy định của CIE 43-1979 Guide, người ta
thường sử dụng hệ (C, ) để biểu diễn họ đường cong phân bố cường độ sáng của các
bộ đèn. Trong hệ tọa độ (C, ), người ta chọn một trục đặc biệt là trục vuông góc với
mặt chiếu sáng của đèn. Trục đó chính là giao tuyến của tất cả các mặt phẳng (C, ) bất

kỳ. Cách quy định các mặt phẳng (C, ) trong hệ tọa độ cực được mô tả trong hình 1.6.
[2]

Hình 1.6. Quy ước các mặt phẳng (C, ) của bộ đèn trong tọa độ cực.
Sử dụng tất cả các mặt phẳng (C, ) theo hướng dẫn CIE 43-1979 Guide người ta
có thể biểu diễn được cường độ sáng của bộ đèn ở bất kỳ điểm nào ở trong trường sáng
của nó. Tuy nhiên trong thực tiễn kỹ thuật chiếu sáng người ta thường để ý đến hai mặt
phẳng chính là.
- Mặt C0 – C180 mô tả phân bố cường độ sáng của bộ đèn theo phương dọc trục
của đường.

19


Nguyễn Quang Hƣng
Lớp: Thiết bị điện
Khóa: 2014A

- Mặt C90 – C270 mô tả phân bố cường độ sáng của bộ đèn theo phương vuông góc
với trục của đường.
Đặc biệt, trong những trường hợp đơn giản, người ta chỉ quan tâm tới phân bố
cường độ sáng của bộ đèn theo phương C0 – C180 vì nó không những cho phép người ta
tính được phân bố cường độ sáng (hoặc độ rọi) dọc theo trục đường mà còn cho phép
người ta tính được độ đồng đều dọc, một thông tin quan trọng nhất trong chiếu sáng
đường giao thông nói chung và đường phố nói riêng.
Hình 1.7 mô tả phân bố cường độ sáng trong hai mặt phẳng của bộ đèn. Trong đó
đường nét liền là của mặt phẳng C0 – C180, đường nét đứt là của mặt phẳng C90 – C270.
Với cách biểu diễn này, những người thiết kế chiếu sáng chỉ cần căn cứ vào biểu
đồ đã có thể có những lựa chọn về loại đen và phương án bố trí cho từng công trình

Hình 1.7. Đường cong phân bố cường độ sáng của một bộ đèn theo hệ C- (CIE 43-1979
Guide), (nguồn PTN Vật lý và kỹ thuật ánh sáng – ĐHBK Hà Nội)
chiếu sáng cụ thể.
1.2.3. Hệ tọa độ Đề Các (Descates)

20


Nguyễn Quang Hƣng
Lớp: Thiết bị điện
Khóa: 2014A

Bản chất của cách biểu thị Đề Các là biểu diễn cường độ sáng của bộ đèn theo hệ
tọa độ vuông góc mà trung hoành là giá trị góc chiếu sáng, trục tung là các giá trị
cường độ sáng. Chúng ta thấy ngay rằng, mỗi bộ đèn sẽ có vô số mặt phẳng Đề Các.
Tuy nhiên trong thực tiễn người ta thường chọn 2 mặt phẳng chính là mặt phẳng C0 C180 và C90 – C270 để biểu diễn cường độ sáng. Hình 1.8 biểu diễn cường độ sáng
của bộ đèn pha theo mặt phẳng C0 - C180 và C90 – C270 trong tọa độ Đề Các

Hình 1.8. Cường độ sáng của đèn pha FEBUS của công ty Hapulico trong tọa độ
Đề Các (nguồn : PTN Vật lý và Kỹ thuật ánh sáng – ĐHBK Hà Nội)

1.2.4. Quan hệ giữa các cách biểu diễn.
Hình 1.9 mô tả các đường cong phân bố cường độ sáng của một bộ đèn trong hai
hệ tọa độ Đề các và hệ tọa độ cực. Nhìn 2 loại biểu đồ chúng ta dễ dàng nhận thấy sự
bất đối xứng giữa 2 mặt phẳng C0 - C180 và C90 – C270

Hình 1.9. Phân bố cường độ sáng của một bộ đèn
trong hệ tọa độ Đề các (a), hệ toạ độ cực (b)
21

Nguyễn Quang Hƣng
Lớp: Thiết bị điện
Khóa: 2014A

Căn cứ vào các đường biểu diễn cường độ sáng trong các mặt phẳng người ta phân
biệt được một số kiểu đối xứng của các bộ đèn. Các kiểu đối xứng được mô tả trong
bảng 1.5
Bảng 1.5. Một số kiểu đối xứng của đèn
(nguồn PTN Vật lý và kỹ thuật ánh sáng – ĐHBK Hà Nội)

Đèn có trục đối xứng
(a symmetric axis)

Đèn có hai mặt đối
xứng (two symmetric
planes)

Đèn có một mặt đối
xứng (a symmetric
plane)

Các loại tệp dữ liệu trắc quang

1.3.

Những tệp dữ liệu trắc quang đầu tiên thường chỉ là một file văn bản ghi các thông
tin chung về bộ đèn như:
- Nhà sản xuất, kích thước, số đèn có trong chóa, công suất điện, cấp bảo vệ
(IP)…

22


Nguyễn Quang Hƣng
Lớp: Thiết bị điện
Khóa: 2014A

-

Tổng quang thông của các nguồn sáng

-

Họ các đường cong phân bố cường độ sáng,

-

Họ các đường đảng lux (Isolux), đẳng candela (Isocandela) trên mặt được chiếu

sáng…
- Bảng số liệu quang thông vùng, ghi giá trị quang thông do bọ đèn phát ra trong
các góc khối ứng với góc phẳng (0-30o), (0 -40o), (0 -60o), (0 – 75o)….
-

Các biểu đồ độ chói

- Biểu đồ hoặc bảng số liệu hệ số sử dụng…
Các dữ liệu trắc quang thường được đo đạc, xây dụng và công bố tại một phòng thí
nghiệm nào đó nên đôi khi chúng được goi là Báo cáo trắc quang (Photometric

Hình 1.10. Tập dữ liệu trắc quang của bộ đèn huỳnh quang trong máng parabol
(Source: Lithonia Lighting)
Report). Các hình từ 1.10 đến 1.13 trình bày các mẫu trắc quang thường gặp.

23


Nguyễn Quang Hƣng
Lớp: Thiết bị điện
Khóa: 2014A

Hình 1.11. Dữ liệu trắc quang của nhà sản xuất Lighting Sciences, Arizona, USA.

Hình 1.12. Tệp dữ liệu trắc quang của bộ đèn MACCOT (Hapulico)
do PTN Vật lý và kỹ thuật chiếu sáng xây dựng

24


Nguyễn Quang Hƣng
Lớp: Thiết bị điện
Khóa: 2014A

Hình 1.13. Tệp dữ liệu trắc quang của Hubell Ligting (USA)

Tuy nhiên những tệp dữ liệu trắc quang trên chủ yếu chỉ mang tính chất tham khảo
cho sản phẩm, các thông tin quang học của đèn được trình bày ngắn gọn, điều này sẽ
gây khó khăn cho các nhà làm thiết kế chiếu sáng trong việc tính toán chiếu sáng cho
các công trình xây dựng. Mặc dù vẫn tính được các số liệu về độ rọi, độ chói nhưng sai
số là không hề nhỏ, chưa kể tới việc tính toán bằng tay sẽ mất khá nhiều thời gian.

Từ những vấn đề trên, các nhà làm phần mềm đã tạo ra file dữ liệu trắc quang
(.IES), trong đó chứa toàn bộ dữ liệu trắc quang của một bộ đèn mà người sử dụng có
thể áp dụng vào các phần mềm chiếu sáng thông dụng một cách dễ dàng

25