光学实验报告

光学实验报告
建筑物理
——光学实验报告
实验一：材料的光反射比、透射比测量
实验二：采光系数测量
实验三：室内照明实测
实验小组成员：
指导老师：
日期：2013年12月3日星期二
实验一、材料的光反射比和光透射比测量
一、实验目的与要求
室内表面的反射性能和采光口中窗玻璃的透光性能都会直接或间接的影响室内光环境的好坏，因此，在试验现场采光实测时，有必要对室内各表面材料的光反射比，采光口中透光材料的过透射比进行实测。

通过实验，了解材料的光学性质，对光反射比、透射比有一巨象的数值概念，掌握测量方法和注意事项。

二、实验原理和试验方法
（一）、光反射比的实验原理、测量内容和测量方法
光反射比测量方法分为直接测量方法和间接测量法，直接测量法是指用样板比较和光反射比仪直接得出光反射比；间接法是通过被测表面的照度和亮度得出漫反射面的光反射比。

下面是间接测量法。

1.实验原理
（1）用照度计测量：
根据光反射比的定义：光反射比P是投射到某一材料表面反射出来的光通量与被该光源的光通量的比值，即：
P=φP/φ
因为测量时将使用同一照度计，其受光面积相等，且，所以对于定向反射的表面，我们可以用上述代入式，整理后得：
P=E P/E
对于均匀扩散材料也可以近似的用上述式。

可知只要测出材料表面入射光照度E和材料反射光照度Ep，即可计算出其反射比。

（2）用照度计和亮度计测量
用照度计和亮度计分别测量被测表面的照度E和亮度L后按下式计算
P=πL/E
式中：L---被测表面的亮度，cd/m2；
E—被测表面的照度，lx 。

2.测量内容
要求测量室内桌面、墙面、墙裙、黑板、地面的光反射比。

每种材料面随机取3个点测量3次，然后取其平均值。

3.测量方法
①将照度计电源（POWER）开关拨至“ON”，检查电池，如果仪器显示窗出现“BATT”字样，则需要换电池；
②将光接收器盖取下，将其光敏表面放在待测处，再将量程（RANGE）开关拨至适当位置，例如，拨在×1挡，测量的仪器显示值乘以量程因子即为测量结果。

另有一种自动量程照度计，数字显示中的小数点随照度的大小不同而自动移位，只需将所显示的数字乘以量程因子即为测量结果（单位：lx）。

有的照度计为自动量程，直接读取照度计数字即为测量结果。

③在稳定光源下，将光接收器背面紧贴被测表面，测其入射照度E；然后将光接收器感光面对准被测表面的同一位置，逐渐平移光接收器平行离开测点，照度值逐渐增大并趋于稳定（约300mm左右），读取反射照度值Ep，即可计算出光反射比ρ；
④测量时尽量缩短入射照度和反光照度间的时间间隔，并尽可能的保持周围光环境的一致性。

测量人尽量穿深色衣服。

（二）、光透射比的实验原理、测量内容和测量方法
1.实验原理
根据光透射比的定义：光透射比是透过某一透光材料的光通量与透过该光源的光通量的比值，即：
r = φr /φ
与测量光反射比的道理相同，上述式同样可以变化为：
r =E r /E
用照度计测量透光材料的透射光照度和同一轴线上入射光照度便可计算出盖材料的光透射比r 。

2.实验内容：测量教室内光玻璃透射比，随机的取3点，共测量三次，然后取平均值。

3.试验方法
①将照度计电源（POWER）开关拨至“ON”，检查电池，如果仪器显示窗出现“BATT”字样，则需要换电池。

②将光接收器盖取下，将其光敏表面放在待测处，再将量程（RANGE）开关拨至适当位置。

③选择无直射阳光照射窗口，如北向窗口，将照度计的光接收器的感光面对准窗外。

紧贴透光材料两侧同一轴线上，分别测出Ｅi和Ｅr，则利用公式r =E r /E 便可计算出光透射比。

三、数据记录与整理
实验测量地点：
华中科技大学西十二教学楼S111教室
测量数据如下：
1.光反射比测量记录表
图2 用照度计测定材料表面反射系数图3 用照度计测定材料的透光系数
读数\测点
1 2
Ep E P PˉEp E P Pˉ
地面1 368 1104 0.33
0.32
50.8 153.5 0.33
0.34
2 369 113
3 0.33 53.9 159.1 0.34
3 369 1168 0.31 53.9 157 0.34
读数\测点
3
Ep E P Pˉ
地面1 123 397 0.31
0.29
2 114 420 0.27
3 120 41
4 0.29
读数\测点
1 2
Ep E P PˉEp E P Pˉ
黑板1 104 239 0.43
0.44
140 334 0.42
0.46
2 107 258 0.41 157 318 0.49
3 129 259 0.49 151 326 0.46
读数\测点
3
Ep E P Pˉ
黑板1 161 282 0.57
0.49
2 129 288 0.45
3 127 275 0.46
读数\测点
1 2
Ep E P PˉEp E P Pˉ
墙面1 134.8 160.4 0.84
0.84
150 167.5 0.89
0.89
2 139.2 157.2 0.88 160.6 175.5 0.91
3 132.3 163.2 0.81 162.
4 183.2 0.88
读数\测点
3
Ep E P Pˉ
墙面1 200 307 0.65
0.66
2 184 281 0.65
3 186 272 0.68
读数\测点
1 2
Ep E P PˉEp E P Pˉ
桌面11112790.40
0.37
1140395
0.35 21032810.372136387 3972850.343135382 读数\测点
3
Ep E P Pˉ
桌面12617200.36
0.37 22787340.38 32637390.36
注：表中是同一测点三次测量后计算的值的平均值。

2.光透射比测量记录表
读数\测点
1 2
Ep E P PˉEp E P Pˉ
玻璃1 364 461 0.79
0.86
465 544 0.85
0.86
2 405 45
3 0.89 457 532 0.86
3 413 455 0.91 467 53
4 0.87
读数\测点
3
Ep E P Pˉ
玻璃1 238 289 0.82
0.83
2 237 287 0.83
3 235 28
4 0.83
实验二、采光系数测量
一、实验目的与要求
室内光环境好坏对于人们在生产、工作或学习有直接的影响良好的光环境能提高工作效率或产品质量，有助于保障人生安全和视力。

天然采光效果好坏及采光是否合理，可以通过天然采光实测做出评价，从而发现建筑物采光设计的实际情况和存在的问题。

以便采取有针对性的解决措施改善光环境质量。

通过本次实验，要求学生掌握天然采光的基本原理，采光系数的实测方法和实验数据整理方法，并对该实测房间的光环境做出评价。

二、实验设备和实验原理
1.实验设备
照度计、皮尺、支架。

现场采光测量至少要配置两台相同型号的照度计，分别用于室内和室外的照度测量，用于室内测量的照度计的量程为0~5000lx用于室外测量的照度计的量程为0~50000lx；测量前两台照度计应同时在天然光下进行校正，并绘制校正曲线。

2.实验原理
室内采光测量最主要的工作室同时测量由天空漫射光所产生的室内工作面上的照度值和室外水平面照度值。

室外照度是经常变化的，这必然使室内照度随之而变，不可能是一固定值。

因此对采光系数量的指标，我国和其他国家一样，都用相对值。

这一相对值。

这一相对值称采光系数（C），它是室内某一点的天然光照度（En）和同一时间的室外全云天的天然光照度（Ew）的比值。

C= En/ Ew×100%
三、实验方法
1.测点的布置：
室内采光测点的布置应反映室内各工作面上照度值的变化和光分布情况，因此采光实测时要在待测建筑物内选取若干个有代表性的能反映室内采光质量的典型剖面，然后在典型剖面与工作面的交线布置一组测点。

侧面采光的房间里有两个代表性的横剖面，其中一个通过侧窗的中心线，另一个通过窗间墙的中心线，纵剖面根据房间的大小来确定，对于有顶部采光还要增加两个以上的纵剖面其中一个的应该与纵向天窗水平设投影的纵轴线重合；剖面图上布置测点的间距取2-4米，如果房间不大测点间距取0.5~1米，测点距离或柱的距离为0.-1米，中间的各测点的按等距布置。

2.测量条件
我国设计采光标准采用国际照明委员会推荐的CIE标准天空，即全云天作为天空亮度分布规律的标准，因此采光系数测量的天空条件应选全云天（即云量为8-10级的全云天），天空中看不到太阳的位置。

不应在晴天和多云天测量，也不宜在雨雪天测量。

测量时间应选择一天内照度相对稳定的那一段时间内，一般多选择在上午10点至下午14点之间为宜，而早晨和傍晚前后照度变化不大，不宜在这段时间里测量。

室外照度测量应选择室外的一块空地，或平屋面上作为测点，测点附近没有房屋和树木等障碍物的遮挡，远处的建筑物或其他遮挡物与测点的距离应大于遮挡物高度的6倍以上。

测量操作人员离开测点一定距离（视光电接收器引线长短而定），或将光探头水平放在凳子上，测量人蹲下读数。

3.测量方法
测量人员应将光接收器水平放置在测点处，在测量前应该与室内测量人员约好，什么时间开始读数，每隔5或10秒读一次数，读数前应该将接收器曝光两分钟以上才能读数，室内测量人员每个测点测量三次，然后换一个测量，测点轮换的次序应与室外测量数据一一对应。

另外读数时人体应尽量低于测点高度以免影响
测量精度。

在我小组的实际测量中，测点位置以及剖线关系下图所示
:
四、测量数据记录与整理
测量数据记录如下表：
表１—２.１
次数\测量点
1 2
En（lx）Ew（lx）C（%）Cˉ（%）En（lx）Ew（lx）C（%）Cˉ（%）
1 112.8 114.
2 98.77
97.72 12.5 87.2 14.33
14.09
2 108.7 111.9 97.14 12.5 88.5 14.12
3 106.5 109.5 97.26 12.1 87.5 13.82
次数\测量点
3 4
En（lx）Ew（lx）C（%）Cˉ（%） En（lx）Ew（lx）C（%）Cˉ
1 5.28 71.
2 7.41
7.55 14.04 105.2 13.34
13.27
2 4.88 69.9 6.98 13.8
3 10
4 13.29
3 5.69 68.7 8.28 13.56 102.8 13.19
次数\测量点
5 6
En（lx）Ew（lx）C（%）Cˉ（%）En（lx）Ew（lx）C（%）Cˉ（%）
1 6.44 87.1 7.39
7.32 5.69 67.4 8.44
8.91
2 6.44 88.4 7.28 5.89 66.1 8.91
3 6.28 86.2 7.28 6.1 64.9 9.39
次数\测量点
7 8
En（lx）Ew（lx）C（%）CˉEn（lx）Ew（lx）C（%）Cˉ（%）
1 59.3 101.5 58.42
57.96511
041 6.19 81.8 7.56
7.96
2 55.9 96.5 57.92 6.28 75.9 8.27
3 55.3 96.1 57.5
4 6.08 75.6 8.04
次数\测量点
9
En（lx）Ew（lx）C（%）Cˉ（%）
1 6.3 63.7 9.89
10.44 2 6.51 62.3 10.44
3 6.72 61.1 10.99
五、附加测量项目
采光系数最低值Ｃmin
1.
采光系数最低值应取典型剖面和假定工作面交线上各测点中采光系数值中最低的一个，作为该房间的评价值。

2.采光系数平均值
采光系数平均值应取典型剖面与假定工作面交线上各测点的采光系数算术平均值，即：
Cˉ=1/n((C1+C2+C3……+Cn)
式中：n—典型剖面上的测点数；
Ｃi—典型剖面上各测点的采光系数。

当室内有两条或两条以上典型剖面时，各条典型剖面上的采光系数应分别计算，取其中的一个最低的一个平均值作房间的采光系数平均值。

ｃ
建筑物室内天然光照度的分布是不均匀的，从人眼的视觉特性来看，如果视觉视觉对象的照度频繁的改变，也会引起视觉疲劳，所以规范对于侧窗采光和顶部采光时采光等级为1-5级的房间，规定了照度均匀度的要求，以采光均匀度的要求，采光系数最低值与平均值之比，即：
Ｕｃ＝采光系数最低值Ｃmin/采光系数平均值Ｃ
规范规定对于侧窗采光和顶部采光要求分Ｉ～ＩＶ级采光的房间，其工作面上的采光均匀度不应低于0.7.采光均匀度的计算应按各个不同剖面计算，取其其中均匀度最低的一个值作为该房间的评价指标。

4.采光系数曲线图
采光系数曲线图是建筑物的典型剖面（横剖面或纵剖面）图上表示的工作面各测点的采光系数变化曲线。

以剖面图上的工作面高度为横坐标轴，并在上面标出测点的相应位置，以测点的纵坐标大小表示该测点的采光系数值，取0.5%、1%、2%、3%......等作为标尺的刻度。

各点的采光系数值标出后将纵标的顶点连成光滑的曲线，即为采光曲线图，它形象的反映了该典型剖面上各测点采光系数的变化趋势。

要
求每一个剖面做一个采光曲线图。

各剖线数据关系：
1．Cˉ（%）2．Cˉ（%）3．Cˉ（%）
97.72 14.09 7.55
4Cˉ5Cˉ（%）6Cˉ（%）13.27 7. 8.91
7Cˉ8Cˉ（%）9Cˉ（%）57.96 7.96 10.44
1Cˉ（%）4Cˉ7Cˉ97.72 13.27 57.96
2Cˉ（%）5Cˉ（%）8Cˉ（%）14.09 7.32 7.96
3Cˉ（%）6Cˉ（%）9Cˉ（%）
7.55 8.91 10.44
由表格以及曲线图分析可得:
剖1：通过侧窗的中心线，离窗口距离越远，采光系数越低。

靠南窗户的测量点采光系数最高
剖2：通过窗间墙的中心线，采光系数还是受两边窗户的影响，基本上采光系数随着与窗户距离的增大而逐渐降低。

剖3：通过侧窗的中心线，离窗口距离越远，采光系数越低。

剖4：为靠南测量点连线，因测点4为窗间墙，采光系数小
剖5：为教室纵向中线，受西方两入口采光口影响，故测点2采光系数较高
剖6：为靠北测点连线，因测点9处受后门采光口影响，故测点9采光系数高于测点6采光系数
实验三、照明实测
一、实验目的与要求
对已建成的建筑物，如商店、教室、图书馆、车站、广场、道路、隧道等进行大面积室内照明，为了检验效果，照明设计方案合理与否，
要求我们进行照明实测工作，主要是检验照度和亮度，限于设备条件，这里只做照度实测。

二、实验设备
照度计、支架、皮卡、测高杆等。

三、实测内容及方法
对于不同的建筑物就有不同的照度功能要求，要根据这一性质来决定实测内容。

例如对于阅览室主要测量水平照度、平均照度、照度均匀度；对于书库还要增加书库的垂直照度；对商店由于其入口、橱窗、店内正面、侧面、货架的照度要求不同，应分别测量水平或垂直照度；对教室要增加测量黑板的垂直照度；对绘图室、展览室要增加测量倾斜工作面（图版、展出陈列品）的照度；对隧道，由于入口、出口敏感不同的视觉条件要分段进行测量；对道路照明，由于它富有交通安全的特殊要求，要对1.5高度垂直照度和环境照明情况进行测量。

总之要根据被测对象照明的特点，决定测量内容。

除此之外还应对各反光表面的光反射比、房间、建筑物尺寸、灯具型号、挂高、布置、功率、污染情况、使用时间、光通量等进行测量或了解。

我们小组则以教室实测为实验内容。

室照明实测
1.实测内容
室内照度分布，平均照度，照度均匀度，壁面光反射比。

2.测量方法
（1）照度计在使用前应进行检验或校正，并预照３～５分钟；
（2）在测量时应待一起数显稳定后再进行测量，并注意在测量中不要在照度计光电感受器上造成阴影；
（3）为测量结果精确，在测量前先将被测灯点燃２０～３０分钟，以使光输出稳定；
（4）测量工作面上照度，同时用两台照度计进行测量，一台放在房间中部作为检测光源因电压波动所产生的误差，一台在测点上巡回检测；
（5）当测量新安装的气体放电光源时，必须将光点燃（老化）１
００小时候才可以进行正式测量工作；
（6）测量教室黑板面上的照度分布，平均照度和均匀度（有条件时应测量黑板的光反射比，粉笔板书亮度及座位的眩光区域；
（7）测量教室各反射面的光反射比。

3.实测方法
绘制教室平、剖面图，灯具布置图，记录灯具型号、功率、污染情况、使用期限、挂高，课桌高度及其布置，黑板尺寸及其放置高度、倾角等。

西十二教学楼511教室平面图及灯具布置图（图中圆圈为灯具布置，实心点为测点）
`
1-1窗轴线剖面图（图中点为测点）
3 2 1
3 2 1
2-2窗间墙剖面图（图中点位测点）
3-3窗轴线剖面图(图中点位测点）
灯具型号及功率：飞利浦36W的日光灯
灯具悬挂高度：3米
工作面（课桌）高度：75厘米
黑板尺寸：2米×4米
每个测点的位置处于四个灯具投影矩形的中心。

工作面（讲台课桌布置图）
下面是具体的数据测量
（1）测量平面的布置
表1—4.1室形指数与测点关系
表注（1—4.1）：式中：Ｌ------房间长度（m）；w-------房间宽度（m）；h yc------灯具高度（m），即灯具开口与工作面的高度。

采用此法时，如果测量点数与灯的数量一致，则必须增加测量数以免测量结果误差太大
依据上表的最小测点的计算表格，计算得到西十二教学楼S511教室的最少测点数为16个，因与灯具数目部分，所以调整测点数为25个。

见上图教室平面图。

①测室内照度分布，测点可选在每个方格的中心位置上，然后测量其照度值。

②测室内平均照度，应在每一个工作面逐个测量照度后。

然后将所有测点照度读数相加后取其平均值。

ＥＷ＝1/25*（68+220+173+…+166+179+125）=200.48 LX
③测工作面最低照度，选择具有代表性的剖面，每隔１～３米均匀布点并找出照度最低值Ｅmin，按下公式计算照度均匀度Ｕ。

U=E min / E av
根据以上表格数据可得出：
U1-1=137 / 228.8 = 59.9%
U2-2=142 / 229.8 = 61.8%
U3-3=149 / 200.6 = 74.3% 4.数据整理
等照曲线图
1-1窗轴线照度曲线
2-2窗间墙轴线照度曲线图
3-3窗轴线照度曲线图
5.教室光环境分析
经过数据的对比和分析，我们可以发现，教室内的整体光照情况是比较明亮的，基本符合照明要求。

但是，在墙边及窗口区域，由于灯具光线反射较少，所以较教室其它区域亮度要低。

因此在设计灯具照明时，可适当提高这些区域的亮度，以达到整体光照的更优水平。

从创造舒适的光环境来看，室内表面亮度应尽可能接近，特别是临近的表面亮度相差不
能太悬殊。

表面装修宜采用扩散性无光泽材料，它可以在室内反射没有眩光的柔和光线。

备注：
1.测量时间为当天晚上七点。

2.室内测量时教室为日光灯全开的状态。

3.当天的天气状况为全阴天。

4.测量时一些不可避免的客观因素会对测量结果产生影响，如
无关人员对光线的遮挡等。

5.测量时室内外不能做到精准的同步，存在微小误差。

四、实验总结：
通过“教室照明实测”实验，我们更加深刻的理解了光环境这一重要的光学
物理量，学会了照度计的使用方法，并通过小组合作的方式完成了实验测量。

运用老师讲解过的光环境的计算公式计算各类数据，并绘制出光环境曲线
来表达我们测量的实验结果。

通过对实验结果的分析，初步了解了教室的光照情
况并提出合理地改进措施。

下面是我们小组在整个实验过程中的照片展示：。