工效学(第6章)ppt课件

第六章环境照明 2 SoutheastUniversity 本章内容 光的物理特性光的基本物理量视觉特性环境照明对作业的影响环境照明的设计 3 SoutheastUniversity 第一节光的物理特性 光具有二重性 既有粒子特性 又兼有波动特性 光的波动特性认为 光是一种电磁辐射波 电磁波的波谱范围极其广泛 有无线电波 红外线 可见光谱 紫外线 X射线 射线等等 图5 1 4 SoutheastUniversity 第一节光的物理特性 图5 1 5 SoutheastUniversity 第一节光的物理特性 只含单一波长成分的光称为单色光 包含两种或两种以上波长成分的光称为复合光 复合光给人眼的刺激呈现为混合色 太阳辐射多种波长的电磁波 其中只有波长为380 760nm的电磁波能为人眼所感知 并给人以白光的综合感觉 6 SoutheastUniversity 第一节光的物理特性 光从一种媒质进入另一种媒质时 将产生折射现象 光的波长越短 折射程度就越甚 当把一束白光投射到棱镜上时 光线经过棱镜后再投射到白色屏幕上 形成一个连续分布的彩色光带 依次是 红 橙 黄 绿 青 蓝 紫 白光被分解为各种单色光的现象 称为白光的分解 或称为光的色散 7 SoutheastUniversity 牛顿光的色散实验示意图 8 SoutheastUniversity 第二节光的基本物理量 相对视敏函数 光通量 发光强度与亮度 照度 9 SoutheastUniversity 第二节光的基本物理量 一 相对视敏函数视觉效果由可见光刺激人眼而引起 如果光的辐射功率相同而波长不同 则引起的视觉效果也不同 随着波长的改变 不仅色觉不同 而且亮度感觉也不相同 例如 在等能量分布的光谱中 人眼感到最暗的是红色 其次是蓝色和紫色 最亮的是黄绿色 反之 要获得相同的亮度感觉 红光所需要的辐射功率要比绿光大得多 为了确定人眼对不同波长光的敏感程度 引用相对视敏函数的概念 10 SoutheastUniversity 第二节光的基本物理量 一 相对视敏函数实测表明 当光的辐射功率相同时 波长为555nm黄绿光的主观感觉最亮 以视敏度K 555 Kmax为基础 把任意波长为 的光的主观感觉亮度称为视敏度K 把任意波长光的视敏度K 与Kmax之比称为相对视敏函数 并用V 表示 即V K K 555 K Kmax 11 SoutheastUniversity 第二节光的基本物理量 一 相对视敏函数同理 当主观感觉亮度相同时 波长为555nm的黄绿光的辐射功率Pr 555 最小 任一波长为 的光 其相对视敏函数V 还可用光的辐射功率Pr 表示为V Pr 555 Pr 12 SoutheastUniversity 第二节光的基本物理量 二 光通量 发光强度与亮度光通量 既然人眼对不同波长光的亮度感觉不同 因此从人眼的光感觉来度量某一波长光的辐射功率 不仅与该波长光的辐射功率有关 也与人眼对该波长光的视敏度有关 光通量就是按照人眼光感觉所度量的光的辐射功率 13 SoutheastUniversity 第二节光的基本物理量 二 光通量 发光强度与亮度对于波长为 的单色光 光通量 等于辐射功率Pw 与相对视敏函数V 的乘积 即 Pw V 光瓦 14 SoutheastUniversity 第二节光的基本物理量 二 光通量 发光强度与亮度当 1 555nm时 光感觉最强 V 555 1 此时 1W辐射功率产生的光通量定为1光瓦 于是 二者在数值上相等 在其它波长时 由于人眼视敏度下降 1W辐射功率产生的光通量均小于1光瓦 15 SoutheastUniversity 第二节光的基本物理量 二 光通量 发光强度与亮度如果光源的辐射功率波谱 辐射功率密度分布 为P 则其总的光通量应为各波长成分的光通量之和 即 光瓦 16 SoutheastUniversity 第二节光的基本物理量 二 光通量 发光强度与亮度目前 国际上通用的光通量单位是流明 Lumen 缩写lm 国际照明委员会规定 绝对黑体在铂的凝固温度下 从5 305 10 3cm2面积上辐射出的光通量为1lm 而1W辐射功率为555nm波长的单色光所产生的光通量恰为680lm 于是 光瓦与流明间的关系为 1光瓦 680lm或1lm 1 680光瓦 17 SoutheastUniversity 第二节光的基本物理量 二 光通量 发光强度与亮度发光强度发光强度简称光强 是指光源发出并包含在给定方向上单位立体角内的光通量 常用来描述点光源的发光特性 光强与光通量之间的关系由下式表示 cd 坎德拉 点光源与光通量关系为 cd 坎德拉 18 SoutheastUniversity 第二节光的基本物理量 亮度 亮度是指发光面在指定方向的发光强度与发光面在垂直所取方向的平面上的投影之比 其数学表达式可按图5 2中所用符号表示为 图5 2发光面的亮度 19 SoutheastUniversity 第二节光的基本物理量 二 光通量 发光强度与亮度当亮度用每单位面积的发光强度表示时 国际单位为坎德拉 平方米 cd cm2 公制单位为熙提 Stilb sb 1sb 1cd cm2 104cd m2 20 SoutheastUniversity 第二节光的基本物理量 三 照度光通量与被照射表面面积之比称为照度 illuminance 符号为E 即照度单位为勒克司 Lux 缩写为lx 其定义为 在1m2的面积上均匀照射1lm的光通量 则照度为1lx 照度可用照度计直接测量 21 SoutheastUniversity 第二节光的基本物理量 三 照度以点光源为例 照度为 增加或减少点光源的光强度 改变受照物体与光源的距离 调整光源与受照体之间的夹角 均是改善受照物体表面照度的有效途径 22 SoutheastUniversity 第二节光的基本物理量 第三节视觉特性 明暗视觉与色彩视觉明适应与暗适应视野视觉运动规律 明暗视觉与色彩视觉 眼睛具有明暗视觉和色彩视觉 色彩视觉是明视觉过程 它产生于锥状细胞的红敏细胞 绿敏细胞和蓝敏细胞 大脑根据三种光敏细胞的光通量的比例决定人眼的色彩视觉 明适应与暗适应 适应是视觉适应周围环境光线条件的能力 当外界光线亮度发生变化时 人眼的感受性也随之发生变化 这种感受性对刺激发生顺应性的变化叫做适应 适应分暗适应和明适应 暗适应与明适应过渡曲线 用白色试标在短时间内达到能看清程度所需的最低亮度界限曲线 即引起人眼光感觉的最小亮度随暗适应时间而变化的曲线 暗适应曲线主要表示人眼视网膜上参加工作的视锥细胞与视杆细胞数量的转变过程 即转入工作的视杆细胞逐渐增加的过程 明适应与暗适应 a 水平面内视野 b 垂直面内视野 视野 双眼静视野 双眼静视野 视野 正常人双眼的综合视野在垂直方向约为120 视水平线上方50 下方70 在水平方向约为200 两眼内侧视野重合约60 外侧各100 在垂直方向6 和水平方向8 范围内的物体 映像将落在视网膜的最敏感部分 黄斑上 而在垂直和水平方向均为1 5 范围内的物体 映像将落在黄斑中央 中央凹部分 映像落在黄斑上的物体 看得最为清晰 因此 该区域称为最优视野 色觉视野 a 垂直面内视野 b 水平面内视野 不同颜色对人眼的刺激有所不同 所以视野也不同 图中给出垂直和水平方向的几种色觉视野范围 白色视野最大 其次为黄 蓝色 绿色视野最小 视野 视觉运动规律 1 眼睛的水平运动比垂直运动快 即先看到水平方向的东西 后看到垂直方向的东西 所以 一般机器的外形常设计成横向长方形 2 视线运动的顺序习惯于从左到右 从上至下 顺时针进行 3 对物体尺寸和比例的估计 水平方向比垂直方向准确 迅速 且不易疲劳 4 当眼睛偏离视中心时 在偏离距离相同的情况下 观察优先的顺序是左上 右上 左下 右下 5 在视线突然转移的过程中 约有3 的视觉能看清目标 其余97 的视觉都是不真实的 所以在工作时 不应有突然转移的要求 否则会降低视觉的准确性 如需要人的视线突然转动时 也应要求慢一些才能引起视觉注意 为此 应给出一定标志 如利用箭头或颜色预先引起人的注意 以便把视线转移放慢 或者采用有节奏的结构 视觉运动规律 6 对于运动目标 只有当角速度大于1 2度 s时 且双眼的焦点同时集中在同一个目标上 才能鉴别其运动状态 7 人眼看一个目标要得到视觉印象 最短的注视时间为0 07 0 3s 这里与照明的亮度有关 人眼视觉的暂停时间平均需要0 17s 视觉运动规律 33 SoutheastUniversity 第四节环境照明对作业的影响 照明与疲劳 照明与工作效率 照明与事故 34 SoutheastUniversity 第四节环境照明对作业的影响 一 照明与疲劳照明对作业的影响 表现为能否使视觉系统功能得到充分发挥 实验表明 照度自10lx增加到1klx时 视力可提高70 视力不仅注视物体亮度的影响 还与周围亮度有关 当周围亮度与中心亮度相等 或周围稍暗时 视力最好 若周围比中心亮 则视力会显著下降 35 SoutheastUniversity 第三节环境照明对作业的影响 一 照明与疲劳在照明条件差的情况下 作业者长时间反复辩认对象物 使明视觉持续下降 引起眼睛疲劳 严重时会导致作业者的全身性疲劳 眼睛疲劳的自觉症状有 眼球干涩 怕光眼痛 视力模糊 眼球充血 产生眼屎和流泪等 照明与视觉疲劳 不同照度下 看书后眼睛疲劳程度可以通过眨眼次数的变化来说明 照明与工作效率 良好光环境的作用 生产率 视疲劳与照度的关系 图中为一精密加工车间 随着照度值由370lx逐渐增加 劳动生产率随之增长 视觉疲劳逐渐下降 这种趋势在1200lx以下很明显 被试人员对各种照度的满意程度 图中为不同的被试人员对各种照度的满意程度 图中粗线为平均值 由图示可知 2000lx是较理想的照度 当照度提高到50001x时 因过分明亮导致满意程度下降 照度值增加并非总是与劳动生产率的增长相关 一般认为 随着照度增加到临界水平 作业效率迅速提高 在临界值以上 作业效率平稳 再增加照度则不能提高作业效率 照明与事故 事故数量与室内照度的关系 图中所示为事故次数和季节的关系 由于11月 12月 1月的白天很短 工作场所人工照明时间增加 和天然光相比 人工照明的照度值较低 故在冬季内事故次数最高 在适当的照度下 可以增加眼睛的辨色能力 从而减少识别物体色彩的错误率 可以增强物体的轮廓立体视觉 有利于辩认物体的高低 深浅 前后 远近及相对位置 使工作失误率降低 还可以扩大视野 防止错误和工伤事故的发生 尽管事故产生的原因有多方面 根据事故统计资料表明 照度值不失是一个很重要的因素 41 SoutheastUniversity 第四节环境照明对作业的影响 总之 改善工作环境的照明 可以改善视觉条件 节省工作时间 提高工作质量 减少废品 保护视力 减轻疲劳 提高工作效率 减少差错 避免或减少事故 有助于提高工作兴趣 改进工作环境 42 SoutheastUniversity 第五节环境照明的设计 照明方式光源选择避免眩光照度均匀度亮度分布 43 SoutheastUniversity 第四节环境照明的设计 一 照明方式环境照明设计 在任何时候都应遵循工效学原则 自然光是任何人工光源所不能比拟的 在设计时应最大限度地利用自然光 尽量防止眩光 增加照度的稳定性和分布的均匀性 协调性等 44 SoutheastUniversity 第四节环境照明的设计 一 照明方式工业企业建筑物照明 通常采用三种形式 即自然照明 人工照明和二者同时并用的混合照明 人工照明按灯光照明范围和效果 又分为一般照明 局部照明 综合照明和特殊照明 45 SoutheastUniversity 第四节环境照明的设计 一 照明方式选择何种照明方式与工作性质和工作地布置有关 不但影响照明的数量和质量 而且关系到设计投资及使用费用的经济性 合理性 46 SoutheastUniversity 第四节环境照明的设计 二 光源选择室内采用自然光照明是最理想的 因为自然光明亮柔和 人们习惯 光谱中的紫外线对人体生理机能还有良好的影响 因此在设计中应最大限度地利用自然光 但是 自然光受昼夜 季节和不同条件的限制 因此 在生产环境中常常要用人工光源做补充照明 47 SoutheastUniversity 第四节环境照明的设计 二 光源选择选择人工光源时 应注意其光谱成分 使其尽可能接近自然光 在人工照明中荧光灯的光谱近似日光 而且与普通白炽灯相比 具有发光效率高 比白炽灯高4倍左右 光线柔和 漫射光 亮度分布均匀 系线光源 利用灯具可以起到面光源的效果 热辐射量小等优点 照明不宜选择有色光源 因为有色光源会使视力效能降低 48 SoutheastUniversity 第四节环境照明的设计 二 光源选择按光源与被照物的关系 光源可分为直射光源 反射光源和透射光源 直射光源的光线直射在物体上 由于物体反射效果不同 物体向光部分明亮 背光部分较暗 照度分布不均匀 对比度过大 反射光源的光线经反射物漫射到被照空间的物体上 透射光源的光线经散光的透明材料使光线转为漫射 漫射光线亮度低而且柔和 可减轻阴影和眩光 使照度分布均匀 49 SoutheastUniversity 第四节环境照明的设计 三 避免眩光当视野内出现的亮度过高或对比度过大 感到刺眼并降低观察能力 这种刺眼的光线叫做眩光 眩光按产生的原因可分为 直射眩光 反射眩光和对比眩光 50 SoutheastUniversity 第四节环境照明的设计 三 避免眩光眩光视觉效应的危害 主要是破坏视觉的暗适应 产生视觉后像 使工作区的视效率降低 产生视觉不舒适感和分散注意力 造成视觉疲劳 研究表明 做精细工作时眩光在20min内就会使差错明显 工效显著降低 眩光源对视觉效率的影响程度与视线和眩光源的相对位置有关 图5 11 51 SoutheastUniversity 第四节环境照明的设计 52 SoutheastUniversity 第四节环境照明的设计 四 照度均匀度如果工作台面上的亮度很不均匀 当作业者的眼睛从一个表面转移到另一个表面时 将发生明适应或暗适应过程 这不仅使眼睛感到不舒服 而且视觉能力还要降低 如果经常交替适应 必定导致视觉疲劳 使工作效率降低 53 SoutheastUniversity 第四节环境照明的设计 四 照度均匀度为此 被照空间的照度均匀或比较均匀的标志是 被照场内最大 最小照度与平均照度之差分别等于平均照度的1 3 即照明均匀度Au为 Au 最大照度 平均照度或平均照度 最小照度平均照度平均照度 1 3 54 SoutheastUniversity 第四节环境照明的设计 四 照度均匀度照度均匀度主要从灯具的布置上来解决 合理安排边行灯至场边的距离 该距离应保持在L 2 L 3之间 L为灯具的间距 如果场内 特别是墙壁 的反射系数太低 上述距离可以减小到L 3以下 对于室外照明 照明均匀度可以放宽要求 55 SoutheastUniversity 第四节环境照明的设计 五 亮度分布环境照明不仅要使人能看清对象物 而且应给人以舒适的感觉 这不是为了享受 而是提高视力和保护视力的必要条件 亮度分布比较均匀 使人感到愉快 动作活跃 当工作面明亮 周围空间较暗时 动作变得稳定 缓慢 如果周围空间很昏暗时 作业者在心理上会造成不愉快感觉 56 SoutheastUniversity 第四节环境照明的设计 五 亮度分布但是 工作空间的亮度过于均匀也不好 工作对象和周围环境存在着必要的反差 会产生单调感和漫不经心 因此 要求视野内有适当的柔和的阴影会使心理上产生主体感 如果把所有空间都搞成一样的亮度