城市道路照明檢測儀器配置的規劃與實踐

趙 明，曹 剛，秦大為

(1.無錫市照明工程有限公司，無錫 214000;2.鹽城師范學院實驗中心，鹽城 224002)

0 引言

隨著我國城建事業的迅速發展，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化和先進技術提供支撐。在城市道路照明技術領域，無論是施工質量檢測，還是照明電器、設備使用性能和安全性能的驗收測試都是保證施工質量、提高城市道路照明水平的一個重要環節。針對此問題，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)光學測量儀器。照度計、亮度計等，主要用于對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、亮度均勻度等光學指標進行檢測驗收。(2)電參數測量儀器。萬用表，鉗形電壓、電流、功率、功率因數多用表，示波器，電感電容表等，主要對路燈開關箱、燈泡、鎮流器、觸發器等設備和器件的電氣參數進行測量。(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備的接地電阻、絕緣電阻、介電強度，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場檢測驗收。上述四大類儀器構成了城市照明檢測儀器的基本配置。

1.1 光學參數測量類

1.1.1 照度計

(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，或稱勒克斯計，照度計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換成電能的光電元件。當光線射到硒光電池表面時，入射光透過金屬薄膜4 到達半導體硒層2 和金屬薄膜4 的分界面上，在分界面上產生光電效應。產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系。這時如果接上外電路，就會有電流通過，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弱和回路中的電阻。照度計有變檔裝置，因此可以測高照度，也可以測低照度。

圖1 硒光電池照度計原理

(3)現以TES-1330 型照度計為例，介紹其主要技術參數。

儀器量程:20、200、2 000、20 000 lx ;

準確度:±3% ;

重復測試:±2% ;

取樣率:2.0 次/s ;

供電電源:單個9 V 電池;

尺寸:135(L)×75(W)×33(H)mm 。

1.1.2 亮度計

(1)作用:測量道路路面的平均亮度、亮度均勻度等。

(2)原理:數字式亮度計采用數字V(λ)傳感器，以全數字亮度信號檢測系統替代模擬信號檢測系統。改變了以模擬信號檢測方法為基礎的亮度計，由于應用了數字技術，該儀器不產生零點漂移。當光線照射到數字V(λ)傳感器上時，其產生數字信號傳輸給CPU 處理，處理完之后通過LCD 液晶顯示，還可通過RS-232 接口通過計算機進行定標，系統穩定性高。其結構原理如圖2 所示。

圖2 數字式亮度計結構原理

(3)現以XYL-Ⅲ型全數字亮度計為例，介紹其主要技術參數。

亮度范圍:0.1～100 000 cd/m2;

儀器精度:優于±5% ;

分辨率:0.001 cd/m2;

重復性: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9 V 電池;

尺寸:135(L)×72(W)×33(H)mm 。

1.2 電參數測量類

1.2.1 鉗形電壓、電流、功率、功率因數多用表

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

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

(3)現以Fluke 43B 多用表為例，介紹其主要技術參數。

電壓量程(自動):5 V、500 V、1 250 V ;

電流量程(自動):50 A、500 kA、1 250 kA ;

功率因數范圍: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:測量電子觸發器的觸發脈沖電壓、波形以及電子鎮流器的輸出頻率、波形等參數。

(2)原理:被測的電信號經過增益控制和增益頻率補償，無畸變地縮放成儀器輸入端允許的信號幅度范圍，采樣器的采樣及其A/D 變換實現信號的數字化并存儲在存儲器中，最后寫入到顯示器的刷新存儲器中，并通過顯示屏顯示，其結構原理如圖3 所示。

圖3 示波器結構原理圖

(3)現以ADS-1022C 數字式示波器為例，介紹其主要技術參數。

實時采樣率: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 ;

具有數據存儲功能;

尺寸:305(L)×133(W)×154(H)mm 。

1.2.3 電感電容表

(1)作用:測量電感鎮流器的電感量、單燈補償電容的電容量等。

(2)原理:通過多諧振蕩器把被測元件Lx/Cx 轉換成與元件參數成正比的脈寬。然后把具有特定脈寬的矩形作為門控信號，在脈寬時間內對一個已知周期的標準脈沖計數，通過顯示器把脈寬(實際上是元件參數)顯示出來。

(3)現以VICTOR6243 電感電容表為例，介紹其主要技術參數。

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 耐壓試驗儀

(1)作用:檢測路燈開關箱、燈具、鎮流器等設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、定時控制器、檢測電路、指示電路和報警電路組成，基本工作原理是:將耐壓測試儀產生的按標準規定的試驗電壓(如1.5 kV)施加在電氣設備的帶電體與外殼之間，比較其所產生的漏電流與規定漏電流，若檢測出的漏電流小于規定漏電流，則儀器通過測試。當檢測出的漏電流大于規定漏電流時，試驗電壓瞬時切斷，儀器發出聲光報警，從而確定被測電氣設備的介電強度。

(3)現以CS2672D 為例，介紹其主要技術參數:

電壓測試范圍:0～5 kV ;

漏電流測試范圍:0.3～2/1～20 mA ;

報警值預設范圍:0.3～2/1～20 mA ;

時間測試范圍:1～99 s ;

體積:375(L)×190(W)×280(H)mm 。

1.3.2 數字接地電阻測試儀

(1)作用:測量電氣設備的接地電阻。

(2)原理:數字接地電阻測量儀采用先進的中大規模集成電路，應用DC/AC 變換技術將機內的直流電源轉換為交流的低頻恒流。工作原理是采用三點式電壓落差法。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，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，即可計算出被測接地樁的地阻(圖4)。

圖4 接地電阻測試儀結構原理圖

現以TES-1605 型數字接地電阻測試儀為例，介紹其主要技術參數。

儀器量程:20 Ω，200 Ω，2 000 Ω ;

準確度:±3% ;

解析度:0.01 Ω ;

供電電源:5 號電池(6 節);

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、方便地測出電氣設備的溫度和溫升。

(2)原理:通過發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，并由其內部電路分析處理、運算后顯示被測物體的表面溫度數值。紅外線測溫儀主要是由光電探測器、信號放大器及信號處理、顯示輸出等部分組成(圖5)。

圖5 結構原理圖

(3)現以CENTER 352 紅外線測溫儀為例，介紹其主要技術參數。

測量范圍:-20～500 ℃，-4～932 ℉;

準確度:±2 ℃(4 ℉)或±2%讀值;

解析度:0.1 ℃/0.2 ℉;

重復率:±1%讀值或1% ℃(℉);

反應時間:0.5 s;

供電電源:單個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:探頭發射的超聲波脈沖到達被測物體并在物體中傳播，到達二種材料分界面時被反射回探頭，通過精確測量超聲波在材料中傳播的時間來確定被測材料的厚度(圖6)。

圖6 超聲波測厚儀結構原理圖

(3)現以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 為被測物實際厚度;

聲速:5 900 m/s(可調節);

供電電源:5 電池(2 節);

尺寸:126(L)×68(W)×23(H)mm 。

1.4.2 磁感應式涂層測厚儀

(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:當測頭與覆蓋層接觸時，測頭和磁性金屬基體構成一閉合磁路，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算出覆蓋層的厚度。

(3)現以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 ;

使用環境:溫度為0～40 ℃

濕度:20%～75%;

無強磁場環境;

供電電源:鎳鎘電池3.6 V(2 節);

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兩點間往返一次所需時間為t，則A、B 兩點間距離D可用下式表示。

式中:D為測站點A、B 兩點間距離。

由上式可知，要測量A、B 距離實際上是要測量光傳播的時間t，根據測量時間方法的不同，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，對激光束進行幅度調制并測定調制光往返測線一次所產生的相位延遲，再根據調制光的波長，換算此相位延遲所代表的距離。即用間接方法測定光經往返測線所需的時間，如圖7 所示。

圖7

(3)現以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 號電池(2 節);

尺寸:135(L)×45(W)×31(H)mm 。

2 專業儀器配置

針對一些城市規模大、建設資金寬裕并確有需要的市政路燈管理部門，可根據需要在基本檢測儀器的基礎上配置如下專業檢測儀器。

2.1 光源光譜分析系統(積分球系統)

(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、節能燈、熒光燈、白熾燈、鹵鎢燈等光源的光通量、發光效率、光譜輻射功率、顯色指數、色溫等10 余種技術參數。

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

2.2 燈具配光曲線測試系統(臥式分布光度測試系統)

(1)作用:檢測普通路燈燈具、LED 燈具、室內外各種常規燈具的空間光強分布曲線、等照度分布曲線、任意截面上的光照分布曲線、區域光通量、總光通量、有效光通量、效率、眩光等級等10 余種技術參數。

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

2.3 電子鎮流器及配套電器電磁兼容檢測系統

(1)作用:檢測各種電子鎮流器及其相關高頻電源的峰值、準峰值、平均值等多種電磁干擾技術參數。

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

2.4 燈具溫升測試系統

(1)作用:檢測普通路燈燈具、LED 燈具、室內外各種常規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、環境溫度等多種技術參數。

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

2.5 燈具淋雨試驗系統

(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參數。

(2)建議規格與型號:一般用戶選用IPX3 型燈具淋雨試驗系統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

(1)作用:檢測各類照明電器路燈燈具，室內外燈具在高溫環境下貯存、運輸、使用性能，在低溫環境下貯存、運輸、使用性能和在溫熱環境下貯存、運輸、使用性能等多種技術參數。

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

2.7 燈泡燈頭的扭轉力矩測試系統

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

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

2.8 路燈綜合檢測臺

(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、節能燈、白熾燈等光源的啟動電壓、啟動電流、工作電流、燈管電壓、熄弧電壓、功率、功率因數、諧波分析，配套鎮流器的自身損耗、阻抗以及各類觸發器的脈沖電壓幅度、脈沖電壓寬度、脈沖電壓電角度。

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

2.9 車載式道路照明檢測系統

(1)作用:以小轎車為工作平臺自動檢測各類道路、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)建議規格與型號:一般用戶選用CZXT-Ⅰ型車載式道路照明檢測系統即可滿足檢測工作需要。

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

3 小 結

實踐證明僅依靠傳統的萬用表、兆歐表、鉗形電流表之類的測試儀表已遠遠不能適應城市照明事業的發展，逐步配置現代化的檢測儀器無論對照明工程施工驗收還是照明電器產品質量檢驗都十分重要。首先要本著實事求是的原則，強調儀器設備的利用率，尤其是大型、精密儀器的購買一定要事先做好調研認證工作。要重視儀器使用人員技術培訓，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責、專人使用，提供必要的檢測工作環境，強調大型儀器設備資源與社會共享，只有這樣才能真正地發揮檢測儀器的社會和經濟效益。

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［3］金立軍.電氣測試與故障診斷技術［M］.北京:機械工業出版社，2006:128～207

［4］方昌林，徐剛.電氣測量儀器［M］.北京:化學工業出版社，2006:142～190