建筑饰面材料不同方向反射光亮度测量误差研究

建筑饰面材料不同方向反射光亮度测量误差研究建筑饰面材料不同方向反射光亮度测量误差研究 xx年l2月第l4卷第4期照明工程学报ZHA0MING G0NGCHENG XUEBA0DeC xxVo1 14No 4建筑饰面材料不同方向反射光亮度测量 误差研究杨春宇陈仲林张青文 重庆大学建筑城规学院 400045 摘 要通过对建筑饰面材料不同方向反射光亮度测量数据的系统和偶然 误差研究 得到不确定度和置信度的数值 其置信度在95 45 以 上 证实了 测量值的可靠性 关键词建筑饰面材料 亮度测量 系统及偶然误差 置信度A Researchon Measuring Errorof theBuilding FacingM aterials Ref lectiveLum inanceIllu minated fromDi ferentOrientations YangChunyu ChenZhonglin ZhangQingwen College ofArchitectureand UrbanPl anning Chongqing Univershy 400045 Abstract Bymeans ofsystematic error analysis and aidenta l erroranalysis of the measur ing dataofthebuilding fac ing mater ia ls ref lectiveluminance illumi natedfrom DifferentOr ientations this paperworks outthe indetermina Cv andthe confidence The confidenceis morethan94 45 which provesthe meas uring datais reliable Key wordsbuilding facingmaterials luminance measuring systematic errorandaidentalerror confi denc1前言城市夜景照明中建筑立面的泛光照明是一项重要内容 现 代城市建筑物立面大多采用各种釉面砖 花岗石 铝塑板等现代材 料 这些材料表面光泽度较大 其表面对光的反射既有规则反射又有漫 反射的性质 属于混合反射类材料 对这些饰面材料的建 构 筑物进行夜景照明 其效果与光的照射方 向 人的观看方向 表面光泽度大小和材料表面状况密切相关 CIE推荐的把照度值 E 近似折算成亮度值 L 的均匀漫反射公式L 7f 并不完全适合混合反射材料 需要进行亮度的修正计算 对现代建筑饰面材料进行不同方向反射光亮度的测量和反射系数及 光泽度的测量 是为寻找修正系数的一项重要工作 对建筑立面泛 光照明有很重要的意义 我们在实验室对这些材料进行了近万个数据的测量 对数据和测量 中产生的误差进行分析 是研究工作的重要环节 测量的目的就是为了从测量数据中找出一定的规律 从而在实际运 用中有一个理论依据 数据的准确度和精确度越高就越能反映数据的规律性 但在实际测量中往往会因各种原因使测量过程不可避免存在一定误 差 对误差进行研究 是为了得到准确的实验数据并检验实验的方法 对一些误差进行校正 并得出最终的误差值大小以确定其置信度 2减小可预见误差为了使测量数据更接近真实值 在进行实验前 我 们对实验仪器进行了系统的校正 我们对亮度计 试件及光源的高度进行了测量和校正 以保证它们 在同一水平面 同时 我们还对光源和亮度计的水平及试件的垂直 度进行了校正 从而减小了装置误照明工程学报xx年l2月差 我们 对亮度计和电源进行了调零 保证其精确度 以减小仪器误差 在 测量时 当观察角和入射角重合时 我们采用了左右微偏的办法测 量两个数据 在角度极小差值情况下我们把两个数据进行线性平均 并把各三次测量值的平均值作为该位置测量数据 从而使测量方 法更合理 3系统误差虽然我们在测量前进行了仪器的校正工作 但实验仪器本 身的精度是产生系统误差的原因 以下是各仪器的参数 可在我们分析误差时作为参考 T0PC0M BM一3型亮度计精确度 4 的示值误差和 1的数字位误差 稳定度 不超过 2 重复性低于1 温度特性低于 3 物镜反射损失 小于 1 视场角范围0 2 和2 变换 我们采用的是0 2 视场角进行测量 sYsT一2型直流稳压电源仪器的工作电压交流220v 10 50HZ 额 定输出电压0 30v 电流0 3A 我们使用的是6v的输出 稳定度 0 01 1分钟 额定温度 为20 C 5 纹波 2mv 漂移 0 01 1分钟 额定温度为20 5 目视光度测量导轨平行度和平直度不超过0 2mm m 其工作 台度盘的最小分格为10 平行光管转动装置由重庆光学仪器厂加工生产 用于产生平行光束 并可进行光束的角度变换 转盘刻度0 180 精度为 5光学间距第一组为4 4 0 03 第二组为105 0 1 光 路光轴中心的偏移量5内 光源为6v30w直流灯 装置表面全部采用锻面阳极氧化 为了减小系统误差 首先 在测量之前必须尽一切可能预见产生系 统误差的 并设法消除 这我们在测量前已经做到了 其次 我们 在数据处理时 还要设法检查是否存在未被注意的变值系统误差 由于系统误差出现都是有一定的规律的 它不能以概率的方法进行 处理 我们采用了马利科夫 2 判据 当测量次数 足够大时 t 2 0是应该成立的 如果D一v o显著n一l不为零时是有理由认 为测量存在系统误差 最后 估计出系统误差的数值范围 不确定度 和置信度 马利科夫判据的计算式如下 2N D 一 1 n 亨 l当 为奇数时 计算式则为i I1 2C v o一 v o 2 运用马利科夫判据对以下数据进行分析 在1号试件的测量数据 中 入射角和观察角均为10 时的三个数据如表1由于D 0 一2 一2 一4显著不为0 所以 测 量有一定的系统误差 在公式1和2中以及表1中Ln指的是试件的亮度 指的是剩余误差 而数据的数值范围 不确定度 和置信度 我们将在综合讨论偶然误 差后再进行处理 表1系统误差分析表Ln cd m Vn cd m 65063 2672L 65D 0 2 2 一44偶然误差在实验中 我们虽然已经设法减少了系统误差 但 依然会留下一些不能预知的因素以各种方式影响测量结果 这些不可预知的误差也称随机误差 它的出现从表面来看没有任何 规律 随机出现 所以 任何一次测量 偶然误差都是不可避免的 在处理偶然误差时 我们不可能象系统误差那样用一定的判据进行 判断并修正 但大量的实际证明随机误差的出现是遵循正态分布律 的 在正态分布情况下 分布密度f 为f 式r第l4卷第4期杨春宇建筑 饰面材料不同方向反射光亮度测量误差研究37中为偶然误差 为标 准误差 e为自然指数的底 根据分布密度函数可画出正态分布密度曲线如图1 从图中能较好的体现正态分布理论绝对值是正的误差和绝对值是负 的误差出现的概率是相同的 绝对值小的误差出现的概率大 而绝 对值大的误差出现的概率小 绝对值很大的误差出现概率趋近于零 当测量次数极大时 正负误差将相互抵消 根据以上理论 在实际测量中 我们总是进行多次等精度测量而把 多次测量的数据的算术平均值作为真值的最佳估算 H6 一 i j 图1正态分布密度曲线 2 2 4cd m 在正态分布情况下 误差l l R的概率P I I 2 0 9545 95 45 所以 我们测量的数据置信度可用置信概 率95 45 来表示 在对建筑材料的亮度测量中 有95 45 的置信度是能达到目的且 较为合适的 最后 以算术平均值为标准 对表2的数据进行比较得表3表3相对误 差处理表标准值 cdim 19273442444445454865第测量446464865 次相对误差 5 3O2 9O O O2 22 2O O第测量值l9273443444545454863二次相对误差 O O O2 4O2 3O O O3 1第测量值19283442444445454867三次相对误差 O3 7OOOOO OO3 1 以煮2角 寸数从表3可以看出 测量的最大相对误差为 处 理时我们把平均值进行了取整 表2中5 3 考各 钡为观察角 在建4 实中令人晶 表2测量数据算术平均表80 75 70 60 50 45 40 30o20 1o 次数 l l8273342444446464865 19273443444545454863 319283442444445454867平均值19273442444445454865根据以上理论 我们认定平均值近似为真值 5不确定度和置信度要对不确定度和置信度进行估算和讨论 就必须 求出测量数据的标准偏差 由贝塞尔公式卫可知 N1 一 一 3 以表1的数据进行计算 吉 一2 2 2 由于数据波动较小 可以取不确定度U2o 即U6结语在测量实验中 数据的准确度和精 确度高低对实验结果有重要意义 但由于测量过程中会因各种原因