城市道路照明檢測儀器配置的規(guī)劃與實(shí)踐

趙 明，曹 剛，秦大為

(1.無錫市照明工程有限公司，無錫 214000;2.鹽城師范學(xué)院實(shí)驗(yàn)中心，鹽城 224002)

0 引言

隨著我國城建事業(yè)的迅速發(fā)展，道路照明工程的施工、管理工作量也隨之增加，勢必需要依靠管理體系的科學(xué)化和先進(jìn)技術(shù)提供支撐。在城市道路照明技術(shù)領(lǐng)域，無論是施工質(zhì)量檢測，還是照明電器、設(shè)備使用性能和安全性能的驗(yàn)收測試都是保證施工質(zhì)量、提高城市道路照明水平的一個(gè)重要環(huán)節(jié)。針對(duì)此問題，簡要介紹近年來從事城市照明檢測儀器配置的相關(guān)工作。

1 檢測儀器的基本配置方案

城市照明施工和管理常用的測試儀器一般分為四類:(1)光學(xué)測量儀器。照度計(jì)、亮度計(jì)等，主要用于對(duì)新建成或改建后的道路路面的平均照度、照度均勻度、平均亮度、亮度均勻度等光學(xué)指標(biāo)進(jìn)行檢測驗(yàn)收。(2)電參數(shù)測量儀器。萬用表，鉗形電壓、電流、功率、功率因數(shù)多用表，示波器，電感電容表等，主要對(duì)路燈開關(guān)箱、燈泡、鎮(zhèn)流器、觸發(fā)器等設(shè)備和器件的電氣參數(shù)進(jìn)行測量。(3)安全性能檢測儀器。接地電阻測試儀、絕緣電阻測試儀、耐壓測試儀、紅外線測溫儀等，主要用于測量電氣設(shè)備的接地電阻、絕緣電阻、介電強(qiáng)度，以及電器元件溫升。(4)其他測試儀器。超聲波測厚儀、涂層測厚儀、激光測距儀等，主要用于路燈燈桿、鋼管或塑料管道壁厚、燈桿桿距、燈具及架空線距地高度的現(xiàn)場檢測驗(yàn)收。上述四大類儀器構(gòu)成了城市照明檢測儀器的基本配置。

1.1 光學(xué)參數(shù)測量類

1.1.1 照度計(jì)

(1)作用:測量道路路面的平均照度、照度均勻度等。

(2)原理:照度計(jì)，或稱勒克斯計(jì)，照度計(jì)通常由硒光或硅光電池和微安表組成，見圖1。硒光電池是把光能直接轉(zhuǎn)換成電能的光電元件。當(dāng)光線射到硒光電池表面時(shí)，入射光透過金屬薄膜4 到達(dá)半導(dǎo)體硒層2 和金屬薄膜4 的分界面上，在分界面上產(chǎn)生光電效應(yīng)。產(chǎn)生電位差的大小與光電池受光表面上的照度有一定的比例關(guān)系。這時(shí)如果接上外電路，就會(huì)有電流通過，電流值從以勒克斯(lx)為刻度的微安表上指示出來。光電流的大小取決于入射光的強(qiáng)弱和回路中的電阻。照度計(jì)有變檔裝置，因此可以測高照度，也可以測低照度。

圖1 硒光電池照度計(jì)原理

(3)現(xiàn)以TES-1330 型照度計(jì)為例，介紹其主要技術(shù)參數(shù)。

儀器量程:20、200、2 000、20 000 lx ;

準(zhǔn)確度:±3% ;

重復(fù)測試:±2% ;

取樣率:2.0 次/s ;

供電電源:單個(gè)9 V 電池;

尺寸:135(L)×75(W)×33(H)mm 。

1.1.2 亮度計(jì)

(1)作用:測量道路路面的平均亮度、亮度均勻度等。

(2)原理:數(shù)字式亮度計(jì)采用數(shù)字V(λ)傳感器，以全數(shù)字亮度信號(hào)檢測系統(tǒng)替代模擬信號(hào)檢測系統(tǒng)。改變了以模擬信號(hào)檢測方法為基礎(chǔ)的亮度計(jì)，由于應(yīng)用了數(shù)字技術(shù)，該儀器不產(chǎn)生零點(diǎn)漂移。當(dāng)光線照射到數(shù)字V(λ)傳感器上時(shí)，其產(chǎn)生數(shù)字信號(hào)傳輸給CPU 處理，處理完之后通過LCD 液晶顯示，還可通過RS-232 接口通過計(jì)算機(jī)進(jìn)行定標(biāo)，系統(tǒng)穩(wěn)定性高。其結(jié)構(gòu)原理如圖2 所示。

圖2 數(shù)字式亮度計(jì)結(jié)構(gòu)原理

(3)現(xiàn)以XYL-Ⅲ型全數(shù)字亮度計(jì)為例，介紹其主要技術(shù)參數(shù)。

亮度范圍:0.1～100 000 cd/m2;

儀器精度:優(yōu)于±5% ;

分辨率:0.001 cd/m2;

重復(fù)性:0.001 cd/m2;

刷新頻率:3 次/s(≥1 cd/m2)，1 次/2s(＜1 cd/m2);

供電電源:單個(gè)9 V 電池;

尺寸:135(L)×72(W)×33(H)mm 。

1.2 電參數(shù)測量類

1.2.1 鉗形電壓、電流、功率、功率因數(shù)多用表

(1)作用:測量路燈開關(guān)箱路燈干線或單燈的電壓、電流、功率、功率因數(shù)以及諧波分析等。

(2)原理:通過鉗形探頭測出電流信號(hào)，紅黑表棒測出電壓信號(hào)，將兩個(gè)信號(hào)輸送到微處理器中，經(jīng)過A/D 轉(zhuǎn)換、相位分析計(jì)算即可轉(zhuǎn)換成電壓、電流、功率、功率因數(shù)、波形信號(hào)，最后輸送至顯示器件，即完成了測量。

(3)現(xiàn)以Fluke 43B 多用表為例，介紹其主要技術(shù)參數(shù)。

電壓量程(自動(dòng)):5 V、500 V、1 250 V ;

電流量程(自動(dòng)):50 A、500 kA、1 250 kA ;

功率因數(shù)范圍:0.2～1.0 ;

諧波范圍:53th ;

頻率范圍:50 Hz～15 kHz ;

尺寸:271(L)×112(W)×46(H)mm 。

1.2.2 示波器

(1)作用:測量電子觸發(fā)器的觸發(fā)脈沖電壓、波形以及電子鎮(zhèn)流器的輸出頻率、波形等參數(shù)。

(2)原理:被測的電信號(hào)經(jīng)過增益控制和增益頻率補(bǔ)償，無畸變地縮放成儀器輸入端允許的信號(hào)幅度范圍，采樣器的采樣及其A/D 變換實(shí)現(xiàn)信號(hào)的數(shù)字化并存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器中，最后寫入到顯示器的刷新存儲(chǔ)器中，并通過顯示屏顯示，其結(jié)構(gòu)原理如圖3 所示。

圖3 示波器結(jié)構(gòu)原理圖

(3)現(xiàn)以ADS-1022C 數(shù)字式示波器為例，介紹其主要技術(shù)參數(shù)。

實(shí)時(shí)采樣率:500 MSa/S ;

水平掃描范圍:25 nS/DIV～50S/DIV ;

垂直靈敏度:2 mV～5 V/div ;

帶寬:25 MHz ;

具有數(shù)據(jù)存儲(chǔ)功能;

尺寸:305(L)×133(W)×154(H)mm 。

1.2.3 電感電容表

(1)作用:測量電感鎮(zhèn)流器的電感量、單燈補(bǔ)償電容的電容量等。

(2)原理:通過多諧振蕩器把被測元件Lx/Cx 轉(zhuǎn)換成與元件參數(shù)成正比的脈寬。然后把具有特定脈寬的矩形作為門控信號(hào)，在脈寬時(shí)間內(nèi)對(duì)一個(gè)已知周期的標(biāo)準(zhǔn)脈沖計(jì)數(shù)，通過顯示器把脈寬(實(shí)際上是元件參數(shù))顯示出來。

(3)現(xiàn)以VICTOR6243 電感電容表為例，介紹其主要技術(shù)參數(shù)。

電感量程:2 mH、20 mH、200 mH、2 H、20 H ;

電容量程:2 nF，20 nF，200 nF，2 μF，20 μF，200 μF，1 000 μF ;

電阻量程:200 Ω，2 kΩ，20 kΩ，200 kΩ，2 MΩ，20 MΩ ;

尺寸:185(L)×91(W)×49(H)mm 。

1.3 安全性能測量類

1.3.1 耐壓試驗(yàn)儀

(1)作用:檢測路燈開關(guān)箱、燈具、鎮(zhèn)流器等設(shè)備的絕緣材料所能承受的耐壓能力。

(2)原理:耐壓測試儀主要是由交(直)流高壓電源、定時(shí)控制器、檢測電路、指示電路和報(bào)警電路組成，基本工作原理是:將耐壓測試儀產(chǎn)生的按標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的試驗(yàn)電壓(如1.5 kV)施加在電氣設(shè)備的帶電體與外殼之間，比較其所產(chǎn)生的漏電流與規(guī)定漏電流，若檢測出的漏電流小于規(guī)定漏電流，則儀器通過測試。當(dāng)檢測出的漏電流大于規(guī)定漏電流時(shí)，試驗(yàn)電壓瞬時(shí)切斷，儀器發(fā)出聲光報(bào)警，從而確定被測電氣設(shè)備的介電強(qiáng)度。

(3)現(xiàn)以CS2672D 為例，介紹其主要技術(shù)參數(shù):

電壓測試范圍:0～5 kV ;

漏電流測試范圍:0.3～2/1～20 mA ;

報(bào)警值預(yù)設(shè)范圍:0.3～2/1～20 mA ;

時(shí)間測試范圍:1～99 s ;

體積:375(L)×190(W)×280(H)mm 。

1.3.2 數(shù)字接地電阻測試儀

(1)作用:測量電氣設(shè)備的接地電阻。

(2)原理:數(shù)字接地電阻測量儀采用先進(jìn)的中大規(guī)模集成電路，應(yīng)用DC/AC 變換技術(shù)將機(jī)內(nèi)的直流電源轉(zhuǎn)換為交流的低頻恒流。工作原理是采用三點(diǎn)式電壓落差法。其測量手段是在被測地線接地樁(稱為X)一側(cè)地上打入兩根輔助測試樁，要求這兩根測試樁位于被測地樁的同一側(cè)，三者基本在一條直線上，距被測地樁較近的一根輔助測試樁(稱為Y)距離被測地樁20 m 左右，距被測地樁較遠(yuǎn)的一根輔助測試樁(稱為Z)距離被測地樁40 m 左右。按下測試鍵，此時(shí)在被測地樁X 和輔助地樁Y 之間可獲得一電壓，儀表通過測量該電流和電壓值，即可計(jì)算出被測接地樁的地阻(圖4)。

圖4 接地電阻測試儀結(jié)構(gòu)原理圖

現(xiàn)以TES-1605 型數(shù)字接地電阻測試儀為例，介紹其主要技術(shù)參數(shù)。

儀器量程:20 Ω，200 Ω，2 000 Ω ;

準(zhǔn)確度:±3% ;

解析度:0.01 Ω ;

供電電源:5 號(hào)電池(6 節(jié));

尺寸:165(L)×100(W)×57(H)mm 。

1.3.3 紅外測溫儀

(1)作用:非接觸式、安全、方便地測出電氣設(shè)備的溫度和溫升。

(2)原理:通過發(fā)出激光束起指向作用，接收所指被測物表面輻射的紅外線能量，并由其內(nèi)部電路分析處理、運(yùn)算后顯示被測物體的表面溫度數(shù)值。紅外線測溫儀主要是由光電探測器、信號(hào)放大器及信號(hào)處理、顯示輸出等部分組成(圖5)。

圖5 結(jié)構(gòu)原理圖

(3)現(xiàn)以CENTER 352 紅外線測溫儀為例，介紹其主要技術(shù)參數(shù)。

測量范圍:-20～500 ℃，-4～932 ℉;

準(zhǔn)確度:±2 ℃(4 ℉)或±2%讀值;

解析度:0.1 ℃/0.2 ℉;

重復(fù)率:±1%讀值或1% ℃(℉);

反應(yīng)時(shí)間:0.5 s;

供電電源:單個(gè)9 V 電池;

尺寸:157.5(L)×115(W)×36(H)mm 。

由于萬用表、鉗形電流表、兆歐表等測量儀器原理簡單，一般單位均具備，限于文章篇幅就不一一介紹了。

1.4 其他測量類

1.4.1 超聲波測厚儀

(1)作用:測量路燈燈桿、地埋鋼管的厚度。

(2)原理:探頭發(fā)射的超聲波脈沖到達(dá)被測物體并在物體中傳播，到達(dá)二種材料分界面時(shí)被反射回探頭，通過精確測量超聲波在材料中傳播的時(shí)間來確定被測材料的厚度(圖6)。

圖6 超聲波測厚儀結(jié)構(gòu)原理圖

(3)現(xiàn)以TT110 超聲波測厚儀為例，簡要介紹其特性。

顯示最小單位:0.1 mm ;

厚度測量范圍:0～20 cm ;

測量誤差:±(1%H+0.1)mm，H 為被測物實(shí)際厚度;

聲速:5 900 m/s(可調(diào)節(jié));

供電電源:5 電池(2 節(jié));

尺寸:126(L)×68(W)×23(H)mm 。

1.4.2 磁感應(yīng)式涂層測厚儀

(1)作用:測量路燈燈桿、路燈控制箱體的噴塑、油漆、鍍鋅等涂層厚度。

(2)原理:當(dāng)測頭與覆蓋層接觸時(shí)，測頭和磁性金屬基體構(gòu)成一閉合磁路，由于非磁性覆蓋層的存在，使磁路磁阻變化，覆層越厚，則磁阻越大，通過測量其變化可計(jì)算出覆蓋層的厚度。

(3)現(xiàn)以TT220 涂層測厚儀為例，簡要介紹其特性:

測量范圍:0～1 250 μm ;

分辨率:1 μm ;

使用環(huán)境:溫度為0～40 ℃

濕度:20%～75%;

無強(qiáng)磁場環(huán)境;

供電電源:鎳鎘電池3.6 V(2 節(jié));

尺寸:150(L)×55.5(W)×23(H)mm 。

1.4.3 激光測距儀

(1)作用:快速測量燈桿之間的距離，燈具離地面的高度等。

(2)原理:如果光以速度c 在空氣中傳播在A、B兩點(diǎn)間往返一次所需時(shí)間為t，則A、B 兩點(diǎn)間距離D可用下式表示。

式中:D為測站點(diǎn)A、B 兩點(diǎn)間距離。

由上式可知，要測量A、B 距離實(shí)際上是要測量光傳播的時(shí)間t，根據(jù)測量時(shí)間方法的不同，激光測距儀通常可分為脈沖式和相位式兩種。

常用的相位式激光測距儀是用無線電波段的頻率，對(duì)激光束進(jìn)行幅度調(diào)制并測定調(diào)制光往返測線一次所產(chǎn)生的相位延遲，再根據(jù)調(diào)制光的波長，換算此相位延遲所代表的距離。即用間接方法測定光經(jīng)往返測線所需的時(shí)間，如圖7 所示。

圖7

(3)現(xiàn)以A3 激光測距儀為例，簡要介紹其特性。

測量精度:±1.5 mm;

測量范圍:0.05 m～100 m ;

供電電源:7 號(hào)電池(2 節(jié));

尺寸:135(L)×45(W)×31(H)mm 。

2 專業(yè)儀器配置

針對(duì)一些城市規(guī)模大、建設(shè)資金寬裕并確有需要的市政路燈管理部門，可根據(jù)需要在基本檢測儀器的基礎(chǔ)上配置如下專業(yè)檢測儀器。

2.1 光源光譜分析系統(tǒng)(積分球系統(tǒng))

(1)作用:可檢測高壓鈉燈、低壓鈉燈、金鹵燈、高壓汞燈、LED 燈源、無極燈、節(jié)能燈、熒光燈、白熾燈、鹵鎢燈等光源的光通量、發(fā)光效率、光譜輻射功率、顯色指數(shù)、色溫等10 余種技術(shù)參數(shù)。

(2)建議規(guī)格與型號(hào):一般用戶選用PM-S80 型，積分球直徑為1.5 m 的光譜分析系統(tǒng)即可滿足檢測工作需要。

2.2 燈具配光曲線測試系統(tǒng)(臥式分布光度測試系統(tǒng))

(1)作用:檢測普通路燈燈具、LED 燈具、室內(nèi)外各種常規(guī)燈具的空間光強(qiáng)分布曲線、等照度分布曲線、任意截面上的光照分布曲線、區(qū)域光通量、總光通量、有效光通量、效率、眩光等級(jí)等10 余種技術(shù)參數(shù)。

(2)建議規(guī)格與型號(hào):一般用戶選用GO-2000 型臥式配光曲線測試系統(tǒng)即可滿足檢測工作需要。

2.3 電子鎮(zhèn)流器及配套電器電磁兼容檢測系統(tǒng)

(1)作用:檢測各種電子鎮(zhèn)流器及其相關(guān)高頻電源的峰值、準(zhǔn)峰值、平均值等多種電磁干擾技術(shù)參數(shù)。

(2)建議規(guī)格與型號(hào):一般用戶選用EMS61000-2A型電磁兼容檢測系統(tǒng)即可滿足檢測工作需要。

2.4 燈具溫升測試系統(tǒng)

(1)作用:檢測普通路燈燈具、LED 燈具、室內(nèi)外各種常規(guī)燈具的表面工作溫度、表面溫升、燈頭表面工作溫度、燈頭表面溫升、環(huán)境溫度等多種技術(shù)參數(shù)。

(2)建議規(guī)格與型號(hào):一般用戶選用YFF-10 型燈具溫升試驗(yàn)系統(tǒng)即可滿足檢測工作需要。

2.5 燈具淋雨試驗(yàn)系統(tǒng)

(1)作用:檢測各類戶外路燈燈具在不同淋雨水壓情況下的物理性能和在不同淋雨角度情況下的物理性能等多種技術(shù)參數(shù)。

(2)建議規(guī)格與型號(hào):一般用戶選用IPX3 型燈具淋雨試驗(yàn)系統(tǒng)即可滿足檢測工作需要。

2.6 照明電器燈具的高低溫和濕熱試驗(yàn)

(1)作用:檢測各類照明電器路燈燈具，室內(nèi)外燈具在高溫環(huán)境下貯存、運(yùn)輸、使用性能，在低溫環(huán)境下貯存、運(yùn)輸、使用性能和在溫?zé)岘h(huán)境下貯存、運(yùn)輸、使用性能等多種技術(shù)參數(shù)。

(2)建議規(guī)格與型號(hào):一般用戶選用GD3-408 型高低溫濕熱試驗(yàn)箱即可滿足檢測工作需要。

2.7 燈泡燈頭的扭轉(zhuǎn)力矩測試系統(tǒng)

(1)主要檢測對(duì)象:高壓鈉燈、低壓鈉燈、金鹵燈、高壓汞燈、節(jié)能燈、白熾燈等光源的燈頭的正轉(zhuǎn)扭矩和反轉(zhuǎn)扭矩。

(2)建議規(guī)格與型號(hào):一般用戶選用FD-100 型燈頭扭力矩測試系統(tǒng)即可滿足檢測工作需要。

2.8 路燈綜合檢測臺(tái)

(1)作用:檢測高壓鈉燈、低壓鈉燈、金鹵燈、高壓汞燈、LED 燈、無極燈、節(jié)能燈、白熾燈等光源的啟動(dòng)電壓、啟動(dòng)電流、工作電流、燈管電壓、熄弧電壓、功率、功率因數(shù)、諧波分析，配套鎮(zhèn)流器的自身損耗、阻抗以及各類觸發(fā)器的脈沖電壓幅度、脈沖電壓寬度、脈沖電壓電角度。

(2)建議規(guī)格與型號(hào):一般用戶選用KW-Ⅰ型路燈電氣綜合檢測臺(tái)即可滿足檢測工作需要。

2.9 車載式道路照明檢測系統(tǒng)

(1)作用:以小轎車為工作平臺(tái)自動(dòng)檢測各類道路、隧道、高架橋路面的平均照度、照度均勻度、平均亮度和亮度均勻度。

(2)建議規(guī)格與型號(hào):一般用戶選用CZXT-Ⅰ型車載式道路照明檢測系統(tǒng)即可滿足檢測工作需要。

此外，太陽能、風(fēng)能路燈在城市道路照明系統(tǒng)中的使用和推廣因素，配置太陽能組件測試系統(tǒng)、小型風(fēng)力發(fā)電組件測試系統(tǒng)和蓄電池綜合檢測系統(tǒng)等，限于文章篇幅這里不一一介紹了。

3 小 結(jié)

實(shí)踐證明僅依靠傳統(tǒng)的萬用表、兆歐表、鉗形電流表之類的測試儀表已遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能適應(yīng)城市照明事業(yè)的發(fā)展，逐步配置現(xiàn)代化的檢測儀器無論對(duì)照明工程施工驗(yàn)收還是照明電器產(chǎn)品質(zhì)量檢驗(yàn)都十分重要。首先要本著實(shí)事求是的原則，強(qiáng)調(diào)儀器設(shè)備的利用率，尤其是大型、精密儀器的購買一定要事先做好調(diào)研認(rèn)證工作。要重視儀器使用人員技術(shù)培訓(xùn)，建立儀器使用和管理制度，尤其是大型精密儀器要有專人負(fù)責(zé)、專人使用，提供必要的檢測工作環(huán)境，強(qiáng)調(diào)大型儀器設(shè)備資源與社會(huì)共享，只有這樣才能真正地發(fā)揮檢測儀器的社會(huì)和經(jīng)濟(jì)效益。

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［3］金立軍.電氣測試與故障診斷技術(shù)［M］.北京:機(jī)械工業(yè)出版社，2006:128～207

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