К моему стыду, только на одной из восьми аквариумных ламп (в трех моих аквариумах) есть отражатель трапеция. Решила оценить потери освещенности. Читая, темы «Расчет света для аквариума (немного математики)» и «Программное проектирование рефлектора» пришло на ум воспользоваться программой, с которой я немного знакома. Правда, никогда не приходилось использовать ее для светотехнических расчетов. Для тех, кому интересно как я это делала – краткий отчет. Можно посмотреть только выводы в конце.
Как работает программа
Программа для инженерных расчетов. Позволяет моделировать, анализировать и проектировать оптические системы. При анализе использует трассирование лучей для измерения длины оптического пути для вычисления распределения энергии излучения в пространстве.
Программа трассирует заданное число лучей от источника. Начальная интенсивность каждого луча, трассируемого от данного источника, равна мощности источника, деленной на количество трассируемых от него лучей. Например, для 1-ваттного источника с количеством трассируемых лучей 1 000 000 начальная мощность каждого луча будет равна 1,0E-06 Ватт. После окончания трассировки получаем суммарную мощность всех попавших на детектор (исследуемую поверхность) лучей.
Выбираем единицы измерения мощности источника люмены и единицы освещенности люмен на метр квадратный = люкс.
Программа учитывает преломляющие, отражающие, поглощающие, рассеивающие свойства объектов, расщепление и поляризацию луча.
Я умышленно не вела расчет для реальной мощности ламп, а приняла мощность источника равной 1 люмену. Абсолютные значения мощности лучей достигших дна были бы все равно не верны из-за того, что я не учитывала фактических отражающих и поглощающих свойств материала отражателей, хотя программа позволяет это сделать.
При расчете поверхность отражателей считается зеркальной, то есть отражает 100%. Не учтено то, что поверхность воды не идеально гладкая. Но поскольку все расчеты сделаны при одинаковых условиях, соотношение освещенностей для различных отражателей, надеюсь, не далеко от истины. Возможно, допустила более грубые ошибки, которые необходимо исправить.
Пример использования программы для расчета освещенности в аквариуме для различных отражателей
Расчет сделан применительно к моему аквариуму Juwel RIO 180 с габаритами 101х41х50 см. Высота водяного столба 45 см. Стандартное освещение аквариума - две люминесцентные лампы длинной 895 мм (45 Вт), расположенные над поверхностью воды на высоте 50 мм. Расстояние между центрами ламп 130 мм.
Данные для расчета:
Коэффициент пропускания воды.
Эти графики построены для длины пути света в воде, равного 3 м = 3000мм.
1 — чистая вода; 2— океанская вода средней чистоты; 3 — прибрежная чистая вода;
4— прибрежная вода средней чистоты; 5 — мутная вода.
Графики наглядно иллюстрируют ослабление света в зависимости от длины волны. Все кривые графиков имеют минимальные значения на красной части спектра. Физическую сущность воды как светофильтра можно оценить по первому графику.
По этой кривой видно, что чистая вода пропускает до 95 процентов голубой части спектра, поглощая в то же время до 60 процентов красной его части.
Для расчета пропускания возьмем коэффициенты для чистой воды.
Показатели преломления материалов (вода и стекло) есть в каталоге стекол программы.
Спектральная характеристика излучателя
В качестве источника излучения выбрана люминисцентная лампа Dennerle Trocal T5 Special Plant.
Спектральная характеристика люминисцентной лампы Dennerle Trocal T5 Special Plant
Расчет без отражателей
Расчет выполнен для случая, когда аквариумный светильник накрыт черными пластиковыми заслонками. Свет, попадающий на поверхность крышки, считаем полностью поглощенным. Для рисования схем выбрано небольшое число лучей, что бы не затенять рисунок. Для анализа количества света, достигшего приемника, выбрано 100 000 случайно генерированных источником лучей.
Фронтальный вид и вид аквариума сбоку.
3D изображение аквариума.
На рисунке видно, что на дно аквариума (детектор) попадают лучи отраженные от стенок аквариума. Эти лучи также учитываются при расчете освещенности.
Источник излучения – цилиндрическая поверхность длиной 895 мм и диаметром 16 мм со световым потоком 1 люмен. Расчет ведется для двух источников по 1 люмену каждый. На дне получаем:
-световой поток 0,60 люмен
-освещенность 1,51 люкс
Расчет для случая, когда крышка оклеена отражающим покрытием
На дне получаем:
-световой поток 1,16 люмен
-освещенность 2,91 люкс
Расчет для отражателей формы трапеция
На дне получаем:
-световой поток 1,49 люмен
-освещенность 3,71 люкс
Расчет и оптимизация сферических и асферических отражателей
Оба вида отражателей задаются при помощи тороидальной поверхности. Отличие задания сферического отражателя от гиперболического или параболического, видно по уравнению кривой в YZ плоскости.
Где c - кривизна (обратная величина радиуса) поверхности, k – коническая постоянная. Коническая постоянная меньше -1 для гиперболических поверхностей, равна -1 для параболических поверхностей, 0 – для сферических.
Сферические отражатели с радиусом 50 мм и шириной (если разогнуть) 90 мм.
Для радиуса кривизны равного 50 мм.
На дне получаем:
-световой поток 1,51 люмен
-освещенность 3,78 люкс
Оптимизируя систему, находим радиус кривизны отражателя, при котором получаем более высокую освещенность.
Для радиуса кривизны равного 45 мм (найден в ходе оптимизации).
На дне получаем:
-световой поток 1,57 люмен
-освещенность 3,93 люкс
Параболический отражатель
Параболический отражатель с радиусом кривизны 20 мм.
На дне получаем:
-световой поток 1,58 люмен
-освещенность 3,96 люкс
Выводы
Однако
А я еще сокрушалась по поводу того, что пришлось в одной из осветительных балок из-за отсутствия ЭПРА 2х45 поставит две лампы по 39 Вт. А тут столько света "на ветер".
Деревовидний вигляд