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

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.

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

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


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


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

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


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


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)

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


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

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


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

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


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


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

Trích đoạn Các bƣớc thiết kế trên phần mêm Dialux Kết quả tính toán

---