Датчик освещенности
Внешний вид, устройство, принципы действия цифровых датчиков кардинально отличается от аналоговых измерительных приборов. Датчики цифровой лаборатории как измерительные приборы состоят из узлов и деталей, которые воспринимают измеряемую величину, преобразуют ее до значений напряжения, находящихся в диапазоне 0 - 5 В, далее электрический сигнал отправляется на аналого-цифровой преобразователь устройства регистрации и сбора данных.
В статье пойдет речь о датчике освещенности, входящем в цифровой измерительный комплекс «Архимед», который был приобретен в кабинет физики СПб АППО в 2013 г.
Основные характеристики датчика освещенности. Основные характеристики микрофонного датчика
Датчик освещенности позволяет исследовать видимое излучение от экранов компьютера; проверять санитарные нормы освещенности в помещении; косвенно сравнивать излучающую способность осветительных приборов, исследовать явление поглощения света или отражательную способность веществ и др.
Рассмотрим две лабораторные работы, которые не рассматриваются в методических пособиях, прилагаемых к цифровым лабораториям (цифровым измерительным комплексам) разных фирм-производителей.
Работа 1. «Изучение поглощения света»
В курсе физики средней школы достаточно подробно рассматриваются явления распространения, отражения и преломления света, а вот явление поглощения света только упоминается. Поэтому в рамках физического практикума или внеурочной исследовательской деятельности вполне разумно организовать лабораторную работу по изучению явления поглощения света. Экспоненциальная зависимость рассматривается в учебной дисциплине «Математика» (профильный уровень), хотя в содержание программы курса физики средней школы (профильный уровень) закон поглощения света Бугера не входит. Подготовка и проведение модельного исследования, интерпретация его результатов доступны для любого ученика, изучающему физику, если ему предложить выбор познавательной цели:
1. В настоящее время широко применяются стеклопакеты (с двойным и тройным остеклением). Выявить как влияет вид остекления на интенсивность света, попадающего в комнату.
2. Солнцезащитные очки (фильтры) предназначены для выделения безвредных для глаз световых волн определённого диапазона. Влияет ли цвет фильтра на интенсивность света, проходящего через слой вещества.
3. Проверить утверждение: если слой вещества увеличить в N раз, то освещенность поверхности, на которую падает прошедший через вещество свет, уменьшится в N раз.
4. Выявить функциональную зависимость между интенсивностью света, прошедшего через разное число слоев прозрачного вещества и толщиной слоя.
На рисунке 2 показаны результаты эксперимента, которые получены на установке (рис.1), где источником света был фонарик телефона, прозрачным телом служили предметные стекла средней толщины 1,5 мм. Предел измерения датчика 600 лк. Примечание: по оси Х отображается время в с, по оси У – освещённость в лк. По графику видно, что весь опыт с семью стеклами занял не более половины минуты. Важным в данной работе является не краткость и доступность опыта, а формируемые умения: сбор информации по графику, преобразование информации в форму таблицы, ее анализ и использование для формулирования обоснованного вывода. Ниже приведены примеры возможных выводов после проверки 1 и 3 гипотезы из списка.
Планируемым результатом при достижении первой цели может служить следующий вывод: Вид остекления влияет на интенсивность света, попадающего в комнату, т.к. при тройном остеклении средняя интенсивность света уменьшается в 1,3 раза, с двойным – 1,1 раза. Предполагаемый вывод после проверки 3 гипотезы: утверждение неверное, т.к. при увеличении толщины слоя в 4 раза, средняя освещенность поверхности, на которую падает свет, прошедший через шесть слоев стекла, уменьшится только в 1,2 раза. Понятно, что данные исследовательские работы доступны ученикам основной школы, знакомых с простыми законами математики.
Работа 2. «Изучение светового излучения бытовых приборов» (выполняется учеником самостоятельно при заданном комплекте оборудования)
Медицинские исследования показали, что органы зрения и мозг человека реагируют на изменения воспринимаемой зрительной информации вплоть до частоты 300 Гц. Такие изменения в воспринимаемой органами зрения информации оказывают уже не визуальное воздействие. Многие, наверное, уже сталкивались с таким не визуальным воздействием пульсаций искусственного освещения в виде ощущения необъяснимого чувства дискомфорта, усталости или недомогания. Самое опасное в не визуальном воздействии света – это то, что мы не чувствуем напрямую его влияния на наш организм и не можем принять меры для уменьшения опасных последствий такого воздействия на наше здоровье. Для светового потока, пульсация которого превышает частоту 300Гц, какого-либо заметного воздействия на организм человека выявлено не было, ввиду того, что на такие быстрые изменения интенсивности светового потока перестает уже реагировать сетчатка глаза человека.
С помощью датчика освещенности и компонентов ЦЛ изучите световое излучение от различных искусственных источников света, имеющихся в вашем распоряжении. Установите их безопасность для человека. (Настройка регистратора: частота замеров не меньше 1000/время замеров – непрерывно) Для разработки плана исследования опирайтесь на выдержки из
СаНиПин. 23-05-95: «Коэффициент пульсаций освещенности рабочей поверхности рабочего места не должны превышать10% - 20%, при этом нормируются только те пульсации, частота которых меньше 300Гц».
СНиП 2.2.2/2.4.1340-03: «Коэффициент пульсаций освещения при работе с ПЭВМ не должен превышать 5%».
Простой способ расчета коэффициента пульсации освещенности (Е):
 |
|
| Рисунок 1. Установка для изучения явления поглощения света. |
|
Основные характеристики датчика освещенности. Основные характеристики микрофонного датчика
| Назначение | Измерение интенсивности света |
| Принцип действия | Внутренний фотоэффект |
| Пределы измерения | 600 лк; 6·103 лк; 1,5·104 лк |
| Общие габариты | 85×40×25 мм |
Датчик освещенности позволяет исследовать видимое излучение от экранов компьютера; проверять санитарные нормы освещенности в помещении; косвенно сравнивать излучающую способность осветительных приборов, исследовать явление поглощения света или отражательную способность веществ и др.
Рассмотрим две лабораторные работы, которые не рассматриваются в методических пособиях, прилагаемых к цифровым лабораториям (цифровым измерительным комплексам) разных фирм-производителей.
Работа 1. «Изучение поглощения света»
В курсе физики средней школы достаточно подробно рассматриваются явления распространения, отражения и преломления света, а вот явление поглощения света только упоминается. Поэтому в рамках физического практикума или внеурочной исследовательской деятельности вполне разумно организовать лабораторную работу по изучению явления поглощения света. Экспоненциальная зависимость рассматривается в учебной дисциплине «Математика» (профильный уровень), хотя в содержание программы курса физики средней школы (профильный уровень) закон поглощения света Бугера не входит. Подготовка и проведение модельного исследования, интерпретация его результатов доступны для любого ученика, изучающему физику, если ему предложить выбор познавательной цели:
1. В настоящее время широко применяются стеклопакеты (с двойным и тройным остеклением). Выявить как влияет вид остекления на интенсивность света, попадающего в комнату.
2. Солнцезащитные очки (фильтры) предназначены для выделения безвредных для глаз световых волн определённого диапазона. Влияет ли цвет фильтра на интенсивность света, проходящего через слой вещества.
3. Проверить утверждение: если слой вещества увеличить в N раз, то освещенность поверхности, на которую падает прошедший через вещество свет, уменьшится в N раз.
4. Выявить функциональную зависимость между интенсивностью света, прошедшего через разное число слоев прозрачного вещества и толщиной слоя.
 |
| Рисунок 2. Графическое отображение изменения величины освещенности фотоэлемента с течением времени. Таблица данных |
На рисунке 2 показаны результаты эксперимента, которые получены на установке (рис.1), где источником света был фонарик телефона, прозрачным телом служили предметные стекла средней толщины 1,5 мм. Предел измерения датчика 600 лк. Примечание: по оси Х отображается время в с, по оси У – освещённость в лк. По графику видно, что весь опыт с семью стеклами занял не более половины минуты. Важным в данной работе является не краткость и доступность опыта, а формируемые умения: сбор информации по графику, преобразование информации в форму таблицы, ее анализ и использование для формулирования обоснованного вывода. Ниже приведены примеры возможных выводов после проверки 1 и 3 гипотезы из списка.
Планируемым результатом при достижении первой цели может служить следующий вывод: Вид остекления влияет на интенсивность света, попадающего в комнату, т.к. при тройном остеклении средняя интенсивность света уменьшается в 1,3 раза, с двойным – 1,1 раза. Предполагаемый вывод после проверки 3 гипотезы: утверждение неверное, т.к. при увеличении толщины слоя в 4 раза, средняя освещенность поверхности, на которую падает свет, прошедший через шесть слоев стекла, уменьшится только в 1,2 раза. Понятно, что данные исследовательские работы доступны ученикам основной школы, знакомых с простыми законами математики.
Работа 2. «Изучение светового излучения бытовых приборов» (выполняется учеником самостоятельно при заданном комплекте оборудования)
Медицинские исследования показали, что органы зрения и мозг человека реагируют на изменения воспринимаемой зрительной информации вплоть до частоты 300 Гц. Такие изменения в воспринимаемой органами зрения информации оказывают уже не визуальное воздействие. Многие, наверное, уже сталкивались с таким не визуальным воздействием пульсаций искусственного освещения в виде ощущения необъяснимого чувства дискомфорта, усталости или недомогания. Самое опасное в не визуальном воздействии света – это то, что мы не чувствуем напрямую его влияния на наш организм и не можем принять меры для уменьшения опасных последствий такого воздействия на наше здоровье. Для светового потока, пульсация которого превышает частоту 300Гц, какого-либо заметного воздействия на организм человека выявлено не было, ввиду того, что на такие быстрые изменения интенсивности светового потока перестает уже реагировать сетчатка глаза человека.
С помощью датчика освещенности и компонентов ЦЛ изучите световое излучение от различных искусственных источников света, имеющихся в вашем распоряжении. Установите их безопасность для человека. (Настройка регистратора: частота замеров не меньше 1000/время замеров – непрерывно) Для разработки плана исследования опирайтесь на выдержки из
СаНиПин. 23-05-95: «Коэффициент пульсаций освещенности рабочей поверхности рабочего места не должны превышать10% - 20%, при этом нормируются только те пульсации, частота которых меньше 300Гц».
СНиП 2.2.2/2.4.1340-03: «Коэффициент пульсаций освещения при работе с ПЭВМ не должен превышать 5%».
Простой способ расчета коэффициента пульсации освещенности (Е):
|
|
 |