Лабораторная работа n 4 Контроль уровни оптического и ультрафиолетового излучения от экранов персональных компьютеров
Цель работы
Ознакомить студентов со спецификой оптических фотометрических измерений в видимой области спектра и в области ультрафиолетового излучения на примере измерения излучения экрана компьютера с цветным монитором.
Оценить степень экологической безопасности длительного - в течении 8-ми часового рабочего дня - времени пользования компьютером, а также измерить эффективность снижение уровня ультрафиолетового излучения защитным экраном.
Содержание работы.
Ознакомиться с процедурой измерения яркости экрана компьютера при чистых красном, зеленом и синем цветах экрана. Поскольку экологически вредное воздействие оказывает в основном ультрафиолетовое излучение с длиной волны менее 0,35 мкм, в измерениях особое внимание нужно уделять не только оптическим измерениям светимости и освещенности, а энергетическим фотометрическим величинам – энергетической светимости и освещенности в диапазоне длин волн 0,35 - 0,2 мкм.
Дня этой цели создаются специальные люксметры – УФ радиометры, позволяющие измерять традиционные освещенности и яркости в люксах, а также измерять иштральный уровень ультрафиолетового излучения в ваттах на квадратный метр поверхности.
Важное экологическое значение с точки зрения степени утомляемости человеческого глаза имеет равномерность яркости экрана и "мерцание" экрана, т.е. колебания яркости изображения.
Данная работа предполагает проведение измерений оптической светимости экрана и освещенности глаз оператора, а также аналогичных энергетических величин в ультрафиолетовой области спектра. В измерениях используется люксметр • УФ радиометр типа ТКА-01 , позволяющий раздельно измерять освещенность в точке расположения фотоприемника и энергетическую ультрафиолетовую освещенность в той же точке. Отдельный режим работы прибора ТКА-01 предусматривает измерение отношения оптической освещенности к энергетической ультрафиолетовой освещенности.
В процессе работы необходимо также измерить светимость экрана и уровень "мерцании" за определенный промежуток времени.
Все измерения следует проводить и оформить в соответствии с требованиями метрологических а санитарных служб.
Теоретическое обоснование
В оптической фотометрии наиболее часто измеряемая величина - освещенность - определяется как:
(1)
где
– световой поток, падающий на поверхность,
и
- площадь поверхности. Основная величина
в оптических измерениях - сила света в
канделах – определяется как
(2)
где
- сила света в канделах,
- телесный угол в стерадианах. Для
равномерного испускания точечного
источника света по всем направлениям
угол равен
стерадиан и равенство 2 имеет вид:
(3)
Единицей светового потока является люмен (лм) т.е. поток внутри телесного угла в один стерадиан при силе света в одну канделу. Освещенность по формуле 1 при измерении площади в квадратных метрах выражается в люменах на квадратный метр. Эта единица называется люкс, т.е.
Ту же размерность имеет еще одна светотехническая величина - светимость, определяемая как.
(5)
где в отличие от
формулы 1 под
разумеется световой поток, испускаемый
самосветящейся поверхностью.
Светимость выражается в люменах с
квадратного метра (но не в люксах!),
подчеркивая тем самым разницу в
характеристиках самосветящихся и
несамосветящихся объектов.
Для источника света с большой излучающей поверхностью, одним из которых является светящийся экран компьютера, важно не только определить общую излучаемую энергию светового, потока, но и энергию излучения единицы площади излучающей поверхности. Дня этого нужно знать силу света, рассчитанную на единицу видимой поверхности источника. Эта специфическая световая величина называется яркостью источника. Яркость светящейся поверхности определяется как:
(6)
Используя определение силы света (формула 3), имеем:
(7)
Здесь угол
есть угол между
нормалью к излучающей поверхности и
направлением наблюдения.
Для несамосветящихся объектов яркость определяется как освещенность, отнесенная к величине телесного угла, под которым наблюдается отраженное поверхностью излучение:
(8)
Поскольку человеческий глаз ультрафиолетовое излучение не воспринимает, категории освещенности и яркости для этой области спектра неприменимы. В этом случае используют энергетические фотометрические величины и единицы, которые формально выражаются теми же формулами, что и светотехнические, но вводятся как чисто энергетические. Энергетический световой поток выражается в ваттах, энергетические освещенность и яркость выражаются в ваттах та квадратный метр, т.е.:
(9)
Важной характеристикой оптического излучения является видность, т.е. отношение светового потоки к истинной полной мощности лучистой энергии
(10)
Для среднестатистического
человеческого глаза видность имеет
максимум на длине волны 0,55 мкм, спадая
в красную и ультрафиолетовую области
спектра. Максимальная видность при
длине волны 0,55 мкм составляет 683 люмена
на ватт. Эта величина называется
механическим эквивалентом света
,
т.е. при
(11)