JT-T 730-2023 航標燈光強測量和燈光射程計算

ⅠJT/T730—2023前言 2規(guī)范性引用文件 3術語和定義 4航標燈光強測量 5航標燈燈光射程計算 附錄A(規(guī)范性)光譜失匹配校正方法 附錄B(規(guī)范性)節(jié)奏光的有效光強計算方法 附錄C(資料性)峰值-有效光強因子估算法 附錄D(資料性)夜間航標燈光強與標稱燈光射程對應關系 附錄E(資料性)夜間不同氣象能見度下的燈光射程圖 參考文獻 ⅢJT/T730—2023本文件按照GB/T1.1—2020《標準化工作導則第1部分:標準化文件的結構和起草規(guī)則》的規(guī)定起草。本文件代替JT/T730—2008,與JT/T730—2008相比,除結構調整和編輯性改動外,主要技術變化如下:—更改了測量設備中的“轉臺”為“分布光度計”,并更改了技術要求(見4.2.2.1,2008年版的—增加了測量設備中分布光度計的測試幾何圖和原理示意圖(見圖1、圖2);—更改了測量設備中的“照度計”為“光度計”,并更改了技術要求(見4.2.2.2,2008年版的—增加了光譜輻射計的技術要求(見4.2.2.3);—更改了航標燈的安裝示意圖(見圖3,2008年版的圖1);—刪除了測量設備中導軌、水平眼、照度計使用操作以及轉臺水平與垂直轉軸的刻度置零的要求—更改了“航標燈光強測量的距離要求”為“測量距離的技術要求”(見4.2.3.3,2008年版的—更改了航標燈光強分布測量方法及要求(見4.3.1,2008年版的4.4.2);—增加了陣列式航標燈的光強及其分布的測量方法(見4.3.1.4,4.3.2.4);—增加了光強測量方向的要求(見4.3.2.1);—更改了航標燈定光光強的測量方法(見4.3.2.2,2008年版的4.4.2.2);—增加了航標燈節(jié)奏光的有效光強的測量方法(見4.3.2.3);—更改了航標燈燈光射程計算公式,并且更改了“照度閾值”為“觀察者眼睛的照度閾值”以及對應的具體數(shù)值[見公式(4),2008年版的公式(5)];—增加了光譜失匹配校正方法(見附錄A);—增加了節(jié)奏光的有效光強計算方法(見附錄B);—增加了峰值-有效光強因子估算法(見附錄C);—更改了光強與射程對應表(見附錄D,2008年版的附錄A);—增加了夜間不同氣象能見度下的燈光射程圖(見附錄E)。請注意本文件的某些內容可能涉及專利。本文件的發(fā)布機構不承擔識別專利的責任。本文件由交通運輸航測標準化技術委員會提出并歸口。本文件起草單位:交通運輸部北海航海保障中心、杭州遠方光電信息股份有限公司。ⅣJT/T730—2023本文件及其所代替文件的歷次版本發(fā)布情況為:—本次為第二次修訂。1JT/T730—2023航標燈光強測量和燈光射程計算本文件規(guī)定了航標燈光強的測量方法和燈光射程的計算方法。本文件適用于筆形光束航標燈和扇形光束航標燈的測量和計算。2規(guī)范性引用文件下列文件中的內容通過文中的規(guī)范性引用而構成本文件必不可少的條款。其中,注日期的引用文件,僅該日期對應的版本適用于本文件;不注日期的引用文件,其最新版本(包括所有的修改單)適用于本文件。JJG246發(fā)光強度標準燈檢定規(guī)程3術語和定義3.1在同樣環(huán)境和探測設備條件下,若定光光源和節(jié)奏光光源兩者的發(fā)光強度相等時的定光光源發(fā)光強度。3.2由燈光的發(fā)光強度、大氣透射率、燈光的背景條件和觀察者眼睛的照度閾值四個因素所決定的燈光最大可見距離。3.3集中在某一直線方向周圍發(fā)射出去呈筆形的光束。3.4集中在一個面內或接近在一個面內發(fā)射的呈扇形的光束。3.5筆形光束所集中的直線。2JT/T730—2023注:基準軸通常參考制造商的使用說明或常用方式來確定。3.6扇形光束所集中的面。注1:這個面一般為水平面,某些情況下為錐面。注2:基準面通常參考制造商的使用說明或常用方式來確定。3.7測量光源、燈具、媒介或表面的方向性光分布特性的光度計。3.8航標燈節(jié)奏光自開始到以同樣的節(jié)奏重復時所經(jīng)歷的時間間隔。3.9航標燈在定光發(fā)光狀態(tài)下,光度信號隨時間周期性變化。同一發(fā)光方向上有2個或以上明顯間隙發(fā)光區(qū)域的航標燈。注:通常各個發(fā)光區(qū)域可以獨立發(fā)光也可組合成陣列式發(fā)光。4航標燈光強測量根據(jù)蘭伯特(Lambert)1760年提出的照度距離平方反比定律,照度與到點光源的距離平方成反比,在光斜射的情況下,照度正比于光束方向與被照面的法線所成角度的余弦。照度計接收面上的照度計算按公式(1):E=I·…………(1)式中:E—照度計接收面上的照度,單位為勒克斯(lx);I—航標燈光強,單位為坎德拉(cd);l—航標燈的光源中心到照度計接收面的距離,單位為米(m);θ—航標燈被測方向上光束中心線與照度計接收面法線之間的夾角。當θ等于零時,I通過E按公式(2)計算得出:I=E·l2…………(2)4.2測量要求除非另有規(guī)定,實驗室環(huán)境應符合以下要求:3JT/T730—2023被測航標燈應在額定電壓或額定電流下工作,對于不同供電方式的航標燈符合以下要求:a)對于交流供電的航標燈,在負載條件下施加在被測航標燈上的交流電源電壓(RMS電壓)應能調節(jié)至額定值的±0.2%以內,若額定值是一個范圍則取中間值。交流電源應為具有規(guī)定頻率(如無特殊說明則為50Hz±3Hz)的正弦電壓波形,總諧波失真或諧波分量的RMS總和不應超過基波頻率的3%。b)對于直流供電的航標燈,在負載條件下施加在被測航標上的直流電源電壓應穩(wěn)定在額定值的±0.2%以內。直流電壓的交流分量(RMS值)或紋波系數(shù)不應超過直流電壓的0.5%。4.2.2.1.1分布光度計應由旋轉工作臺(用于支承、定位被測航標燈的機械機構)、光度計、傳感器和測量信號處理系統(tǒng)組成。4.2.2.1.2光度計也可被光譜輻射計取代,通過測量光譜并積分計算得到光度值。4.2.2.1.3分布光度計應滿足如下要求:—具有良好的消雜散光性能,置于測光暗室中,或測量光路在遮光筒的遮蔽下不被外界雜散光干擾;—采用符合JJG246要求的發(fā)光強度標準燈進行校準;—旋轉工作臺的中心到光度計接收面的距離滿足4.2.3.3的要求,必要時設置光度導軌;—采用的光度計滿足4.2.2.2的要求,若采用光譜輻射計則滿足4.2.2.3的要求;—旋轉工作臺采用圖1所示的A-α測量幾何,典型的分布光度計原理如圖2所示;角度范圍滿足:標引序號說明:1—被測航標燈;2—航標燈的第三根軸;1—被測航標燈;2—航標燈的第三根軸;圖1A-α測量幾何示意圖4JT/T730—2023標引序號說明:1—被測航標燈;2—光度計。圖2A-α分布光度計原理示意圖4.2.2.2度計4.2.2.2.1光度計相對光譜響應度[V(λ)]的失匹配系數(shù)(f)應小于或等于6%,測量靈敏度應高于4.2.2.2.2常規(guī)光度計,在測量調制光時獲得調制光的平均值,應具有較低的調制光依賴性,按GB/T不大于5%。4.2.2.2.4對發(fā)射白光的航標燈進行測量時,宜對光譜失匹配誤差進行校正。對發(fā)射彩色光(如紅色、黃色、綠色、藍色單色光)的航標燈進行測量時,應按附錄A所述的方法針對不同燈光顏色分別進行光譜失匹配誤差校正。4.2.2.3光譜輻射計光譜輻射計波長范圍應至少覆蓋380nm~780nm,帶寬(半峰帶寬)應不大于5nm,波長準確度應高于±0.5nm,在可見光波段內的光度線待測航標燈應固定安裝在旋轉工作臺上,調整航標燈,使航標燈的光度中心與旋轉工作臺的旋轉中心重合。應保證光度計與旋轉工作臺的旋轉中心等高,并對準待測航標燈的光度中心。一個裝置的光度中心應在其發(fā)光面輪廓立體圖形的中心處。典型的航標燈安裝示意見圖3。當使用分布光度計測量陣列式航標燈的光強或者光強分布時,若整體點亮按4.2.3.3的方法無法確定測量距離,則應對每個發(fā)光區(qū)域分別測量,測量時對準每個發(fā)光區(qū)域的光度中心。4.2.3.2航標燈穩(wěn)定在進行測量之前,被測航標燈應在指定燈質下預熱達到光度、電氣穩(wěn)定以及溫度平衡。在穩(wěn)定期間,航標燈應在4.2.1.2規(guī)定的供電條件下操作。采用光度計持續(xù)監(jiān)測被測航標燈的光輸出,當滿足以下條件時可判定為穩(wěn)定:5JT/T730—2023—定光狀態(tài)下,每間隔5min,測量一次光度值,三次測量值中最大值與最小值之差與最后一次測量值的比值小于0.5%;—節(jié)奏光狀態(tài)下,使用快速光度計每間隔5min,提取一組4倍節(jié)奏光周期的光波形,計算有效光強值,三次有效光強測量值中最大值與最小值之差與最后一次測量值的比值小于0.5%。標引序號說明:1—分布光度計旋轉工作臺;3—航標燈;5—光度計。2—航標燈光度中心;4—擋板;圖3典型航標燈安裝示意圖當被測航標燈切換到不同燈質或顏色進行后續(xù)測量時,應根據(jù)上述條件重新判定穩(wěn)定后方可進行測量。4.2.3.3測量距離確定航標燈在定光狀態(tài)下,光度計與航標燈的初始距離為被測航標燈具發(fā)光面最大尺寸的20倍,以1m的距離遞增,改變光度計與航標燈光度中心的相對距離,并測量各距離下的光強值,直至三次測量值中最大值與最小值之差與最后一次測量值的比值小于0.5%為止。航標燈到光譜輻射計的距離不作要求。航標燈的光強分布一般宜在定光狀態(tài)下進行測量。4.3.1.2筆形光束光強分布測量分布光度計旋轉工作臺從基準軸開始以不大于0.1°的角度間隔分別在水平方向和垂直方向上進行旋轉掃描,掃描范圍應不小于被測航標燈相應標稱光束發(fā)散角的2倍。光度計在每個角度下進行光度采集并提取光度信號,測得照度值……E3、E2、E1、E0、E-1、E-2、E-3……按公式(B.1)計算得到每一個角度下的光強值……I3、I2、I1、I0、I-1、I-2、I-3……分別繪制水平光強分布曲線和垂直光強分布曲線。4.3.1.3扇形光束光強分布測量分布光度計旋轉工作臺以不大于1°的角度間隔在水平基準面上進行旋轉掃描,掃描范圍應不小于被測航標燈標稱的光束水平發(fā)散范圍,光度計在每個角度下進行光度采集并提取光度信號,測得照度值E12……En,按公式(B.1)計算得到每一個角度下的光強值I1、I2……In,繪制扇形光束航標燈的水平光強分布曲線。從基準面上開始分布光度計旋轉工作臺以不大于0.1°的角度間隔在垂直方向上進行旋轉掃描,掃描范圍應不小于被測航標燈標稱光束垂直發(fā)散角的2倍,光度計在每個角度下進行光度采集并提取光度信號,測得照度值……E3、E2、E1、E0、E-1、E-2、E-3……按附錄B中的公式(B.1)計算得6JT/T730—2023到每一個角度下的光強值……I3、I2、I1、I0、I-1、I-2、I-3……繪制垂直光強分布曲線。4.3.1.4陣列式航標燈光強分布測量對于陣列式航標燈,應按4.3.1.2或4.3.1.3的方法對各發(fā)光區(qū)域分別測量每一個角度下的光強值,將各發(fā)光區(qū)域的光強值按角度對應相加,得到整個航標燈每一個角度下的光強值,繪制光強分布曲線。對于筆形光束航標燈,光強的測量方向為基準軸方向;對于扇形光束航標燈,在基準面上取4.3.1.3測得的任意一個第十百分位光強所在方向為光強的測量方向;對于筆形光束陣列式航標燈,各發(fā)光區(qū)域光強的測量方向為各自的基準軸方向;對于扇形光束陣列式航標燈,在各發(fā)光區(qū)域基準面上取4.3.1.4測得的任意一個第十百分位光強所在方向為光強的測量方向。一般情況下,將光強的測量方向記為(0,0)方向。注:第十百分位光強指在測得的光強值中,90%的測量值高于該光強。4.3.2.2定光光強測量4.3.2.2.1常規(guī)光度計測量用常規(guī)光度計在4.3.2.1所述(0,0)方向上進行光強測量,取三組讀數(shù)的平均值得到定光光強Id。如果被測航標燈是調制光,應確保三次測量值中最大值與最小值之差與最后一次測量值的比值小于1%,否則應采用快速光度計進行光強的測量。用快速光度計在4.3.2.1所述(0,0)方向上采集1s的光強隨時間變化曲線,找到調制光的調制周期,取整周期光強的平均值作為調制光航標燈的定光光強Id。4.3.2.3節(jié)奏光的有效光強測量4.3.2.3.1直接測量方法,將航標燈設置為節(jié)奏光狀態(tài),按4.2.3.2要求穩(wěn)定后,在4.2.3.3確定的測量距離下,在4.3.2.1所述(0,0)方向上,用快速光度計測量航標燈瞬時光強隨時間變化的曲線I(t)。快速光度計的采樣頻率不小于500Hz,采樣時長不小于節(jié)奏光的閃光周期。若被測航標燈為調制光,快速光度計的采樣頻率應不小于調制光頻率的兩倍。按照附錄B所述的方法計算各閃光有效光強的最小值Ieff。重復測量三次,計算平均值作為航標燈節(jié)奏光的有效光強值I0eff。,將航標燈設置為定光狀態(tài),在4.2.3.3確定的測量距離下,按4.3.2.2的方法測量三次航標燈的定光光強Id,三次測量值中最大值與最小值之差與最后一次測量值的比值小于1%,方可應用本方法。用快速光度計采集任意一個位置處的定光照度值Ed。將航標燈設置為節(jié)奏光狀態(tài),待穩(wěn)定后,用快速光度計測量同一位置處照度隨時間變化的曲線E(t)。快速光度計的采樣頻率不小于500Hz,采樣時長不小于節(jié)奏光的閃光周期。若被測航標燈為調制光,快速光度計的采樣頻率應不小于調制光頻率的兩倍。按公式(3)計算得到被測航標燈(0,0)方向上光強隨時間變化的曲線I(t)。7JT/T730—2023…………(3)式中:I(t)—被測航標燈光強隨時間變化的曲線;E(t)—被測航標燈照度隨時間變化的曲線;Id—被測航標燈定光光強,取三次測量的平均值,單位為坎德拉(cd);Ed—被測航標燈某一位置處的定光狀態(tài)照度值,單位為勒克斯(lx)。,利用光強隨時間變化的曲線I(t)按照附錄B的方法計算航標燈節(jié)奏光的有效光強值I0eff。,對于要求不高的場合,可以通過查表方式估算出節(jié)奏光的有效光強。,將航標燈按4.2.3.1要求安裝在分布光度計中,在定光狀態(tài)下,按照4.3.2.2的方法測量航標燈的定光光強Id。根據(jù)航標燈的光波形以及燈質信息,參照附錄C的方法估算得到航標燈節(jié)奏光的有效光強值I0eff。,4.3.2.4陣列式航標燈的光強測量,對于陣列式航標燈,應按4.3.2.2別進行測量,將相同發(fā)光方向上的所有發(fā)光區(qū)域光強值相加,得到陣列式航標燈的定光光強值Id或節(jié)奏光的有效光強值I0eff。,5航標燈燈光射程計算5.1采用阿拉特定律(Allard’slaw),航標燈的光強與燈光射程之間的關系見公式(4),根據(jù)航標燈的光強計算燈光射程。I=Er·D2·0.05-D/V…………(4)式中:Er—觀察者眼睛的照度閾值,單位為勒克斯(lx);D—燈光射程,單位為米(m);V—氣象能見度,單位為米(m)。5.2夜間航標燈光強與標稱燈光射程的換算見附錄D。5.3夜間不同氣象能見度下的燈光射程與光強的關系見附錄E。8JT/T730—2023附錄A(規(guī)范性)光譜失匹配校正方法光度計測試航標燈的光譜失匹配誤差應按以下方法進行校正。按公式(A.1)計算光譜失匹配校正系數(shù),將光度計的測量值乘以光譜失匹配校正系數(shù)得到校正后的光度值?！?A.1)式中:F?—光譜失匹配校正系數(shù);(λ)—被測航標燈光譜功率分布;SA(λ)—CIE標準光源A的光譜分布,見GB/T3978—2008表1;V(λ)—人眼光視效率函數(shù),見GB/T20151—2006表1;S(λ)—光度計的相對光譜響應度。若無法獲得光譜失匹配校正系數(shù),即可使用嚴格替代方法進行誤差校正:在被測航標燈的同一發(fā)光狀態(tài)、同一位置處采用校準過的光譜輻射計和光度計分別測量航標燈的光度值,按公式(A.2)計算得到校正系數(shù)。光度計的測量值乘以校正系數(shù)得到校正過的光度值?！?A.2)式中:S1—校準過的光譜輻射計測試被測航標燈的光度值;S2—光度計測試被測航標燈的光度值;K—光度計的校正系數(shù)。9JT/T730—2023(規(guī)范性)節(jié)奏光的有效光強計算方法,,按公式(B.1)計算。I0,efft…………-∞式中:q(t)—視覺系統(tǒng)響應函數(shù)。q(t)按公式(B.2)計算。(B.2)式中:a—視覺時間常數(shù),a=0.2s(藍光),a=0.1s(非藍光)。當航標燈一個閃光周期內包含多個閃光時,應對每個閃光逐個進行測量,并按公式(B.1)計算其有效光強,取所有計算結果的最小值作為該航標燈節(jié)奏光的有效光強。JT/T730—2023(資料性)峰值-有效光強因子估算法對于常見的節(jié)奏光波形,可通過峰值-有效光強因子來估算節(jié)奏光的有效光強,按公式(C.1)計算。I0,eff=k·Ipeak…………(C.1)式中:k—峰值-有效光強因子。表C.1和表C.2列出了常見的節(jié)奏光形狀在不同持續(xù)時間下對應的峰值-有效光強因子取值。Ipeak—節(jié)奏光峰值光強。示例:,對于非藍光(a=0.1s),閃光的光波形為矩形,持續(xù)時間0.5s的節(jié)奏光,通過查表C.2,峰值-有效光強因子值為,表C.1和C.