美國棉花分級室模擬晝光照明標準研究綜述（二）

4 1950年—1956年棉花分級室規范要求的發展與改進

1950年至1956年，美國的研究人員開發和改進了更高效的漫反射玻璃。新的設計采用單獨的防紫外燈管，新型燈管的熒光顏色替代了以往必須通過使用“日光”和“藍色”兩種熒光管的設計方式。這樣的改進允許使用相同尺寸的4個燈管，取代了早期照明單元中由兩個不同尺寸燈管進行組合的情況。改進后的燈管也更加耐用（熒光燈的額定壽命為7500小時，而鎢燈只是接近700小時）。同時，放置照明單元的規格也有所改進，一是高度向上移動1英尺，調整為10英尺，隔距減少了1英尺，調整為7英尺。這意味著，滿足60～80英尺燭光要求時不再有困難，因為改進后的照明系統安裝時接近100～110英尺燭光。由于燈的流明輸出在其額定壽命期間將最多降低30%，這意味著即使使用已經燃燒了數千小時的燈，如果鎢燈保持更新，照明水平應當滿足規范。

之后，美國官方制定了棉花分級室安裝照明系統的設計規格。圖11～圖14展示出了用于幾個不同大小或形狀分級室的布局圖片，其具有接收、運輸和辦公空間。照明系統均設置在離地面10英尺，間距為7英尺。由于在天然采光條件下工作時，棉花分級員習慣于試驗臺平行于天窗的方向工作，因此，對于人工照明的實驗室也使用了相同的設計。

圖11 小型臨時性棉花分級室設計圖

圖12 美國東南棉花種植區域棉花分級室設計方案

圖14 美國東南棉花種植區域棉花分級室設計方案（改編版）

研究認為，對于單排試驗臺應該使用不小于3個照明單元，根據實驗室的大小，設置照明單元的行數，照明單元的設置應是偶數行。用于照明小房間的最小規格是兩行，每行4個照明單元（如圖11所示）。試驗臺應平行于照明的方向放置。

5 周圍環境的顏色在照明設備中很重要

美國的研究表明，墻壁、天花板、地板、家具甚至棉花本身的顏色對房間中的照明具有相當大的影響。對反射光的物理量以及照明工程師稱為“亮度對比”的心理、物理效應都有影響。研究認為，分級室應涂上中性色，以便沒有一種彩色顏色，無論是棉花或任何其他環境色，比另一種更加突出或減弱。中性色可以是淺色或深色。分級室中使用的灰度或反射率取決于進入其中并到達分級表面的光量。在由自然光線照亮的房間中，選擇適當的深色，落在墻上的光就會被吸收。相反，如果分級室只有一個適度的光量應該將墻壁漆成淺色，這樣更多的光可以反射回房間。

對于具有人工照明的房間，例如那些墻壁到墻壁檢查照明的房間，周圍環境應該是淺色（近白色）的顏色，以保存照明，并盡可能減少亮度對比度。如下為美國農業部2012年發布的棉花分級室環境設施使用的顏色技術條件：

墻壁，不深于孟賽爾中性色9.0/。

天花板，白色或盡可能接近白色，不能深于孟賽爾中性色9.5/。

分級員站立的墊子應為黑色。

分級臺為淺灰色，臺面為黑色。（最初的設計，臺面為灰色。后來的研究認為，當分級臺覆蓋白色棉花時，黑色能夠保持較高的光反射率。）

包裹樣品的紙張不應覆蓋大面積的感官檢驗區域。紙張額外的區域應被折疊在棉樣下方來防止出現上述情況。因為棉花微黃發紅的自然色調，比起在一個中性色背景中觀察棉花，棉花在藍色紙張上會看起來偏白，在棕色紙張上會看起來偏灰。

注：孟賽爾中性值量表包括從黑色（0/）到白色（10/）的視覺上相等步驟的一系列中性灰度。Munsell Neutral 7.0/表示淺灰色，8.0 /和8.5/表示越來越淺的灰色，9.5/是非常好的白色。

6 照明設備維護

對安裝棉花分級照明裝置的實驗室來說，很重要的工作是燈和設備必須適當地維護以保持照明水平。

如下是美國農業部提供的維護建議：

1.日常檢查。

（a）在進行即時目視檢查時，應立即查看每個照明單元中的所有管和孔是否在正常。也許情況很好，但只要分級員在分級臺工作，就應負責檢查工作區域燈的狀態。

（b）每天一次或兩次，對燈管的工作狀態進行檢查。

2.更換管和燈。

（a）熒光燈管的預期壽命為7000 h～7500 h或大約3個季節的使用。25W白熾燈是700h，如果電流波動很大，這可能會變化。

（b）發現閃爍的燈管或燈管熄滅，應立即更換。

（c）使用適當類型的管或燈進行更換。

（d）將分級燈登記，并在每個燈上標記初始安裝日期，英尺燭光讀數和換管日期。一個檢驗季節應建立一個明確的更換計劃。

（e）英尺燭光讀數應該在檢驗季節開始時制圖或記錄，并且應該在整個季節至少每周讀數以確定光強度。

（f）隨著預期壽命的接近，燈管的流明輸出下降，當管件從原始讀數減少30%時，就應當更換了。應在安裝時，參照讀數記錄，計算下降趨勢。

7 基于棉花顏色分級的光譜能量分布

美國的研究認為，棉花顏色分級工作中使用的照明光譜能量分布是非常重要的。有研究人員在照明上的研究內容主要是彩色相位技術，其細節不容易解釋。事實上，有些燈的顏色大致相同，看起來相似，不能通過目視觀察來區分它們，但在光譜中是相當不同的。圖15中給出了兩組熒光燈的典型相對能量曲線。一組是標準的，具有最大流明效率；另一組是DeLuxe，具有更多的能量在長波長區域紅色端光譜中提供更好的顏色再現。這意味著對于許多產品，在標準燈下的顏色將不同于在相同顏色的DeLuxe燈下的顏色。樣品中的色移量將取決于其自身吸收和反射可能落在其上的光譜能量的不同波長的能力。對于棉花，如圖16所示，棉花樣品的分光光度法曲線，從高到低的等級，灰色到黃色在顏色等級上染色。曲線是平滑和規則的，沒有可能存在于其他產品中的獨特吸收帶的跡象。

圖15 兩組熒光燈的典型相對能量曲線

圖16 棉花樣品的分光光度法曲線

圖17 棉花色彩分級推薦的日光范圍內理論和實際光源的相對能量曲線

簡單地說，為保證在人工照明條件下與日光下的分級效果相同，替代照明應當具有與在陽光下一樣的相對能量分布和波長范圍，令人滿意的替代照明應當具有與來自北部的輕微陰天的天空相同的相對能量分布。顏色研究中真正重要的是照明的光譜分布，但是通常使用關于色溫的簡化描述來描述顏色。

如圖17所示，棉花色彩分級推薦的日光范圍內理論和實際光源的相對能量曲線，接近7500K，采用國際標準的平均日光-C.I.E曲線與以前的I.C.I.光源C曲線用于比較和參考。顯示了7500K日光和幾種日光替代物的相對能量曲線。由Smith博士研究所的Abbot博士報告的“日光的測量曲線”被用作標記為“Gibson理論天空”曲線的基礎。濾波白熾燈的曲線表示已經能夠達到的7500K的最佳人工日光，雖然它沒有像我們所想象的那樣接近日光曲線的再現，但幾乎與光源C一樣好，被用作平均日光的國際比色標準，而對于Examolite的曲線，雖然不太接近7500K的理論天窗曲線，但是比任何單一熒光燈都更接近， 比較它的曲線，例如，下一張幻燈片中的日光熒光燈的曲線（圖18），在棉花分級單元中使用的單獨和組合燈的光譜能量曲線。曲線1：3個日光熒光; 曲線2：兩個20瓦的藍色熒光; 曲線3：4個25瓦銀碗燈絲燈。其包含用于開發棉花檢查單元的單獨的和組合的燈的光譜能量光譜。向標記為1的日光曲線添加藍色的曲線標記為2，使得右側的曲線標記為1+2。該曲線表示制造用于這些單元的特殊Examolite熒光燈管的相對光譜能量。Examolite裝置的25瓦鎢絲燈的能量分布如曲線3所示。通過添加這些燈，紅色的相對量增加，藍色減少，如標記為1+2+3的實線曲線所示。在曲線上方延伸的條表示激活熒光燈中的熒光粉的汞的過量能量，是“汞線”。

圖18 棉花分級單元中使用的單獨和組合燈的光譜能量曲線

8 小結

視覺判斷是棉花顏色等級測定的基礎。因此，棉花分級室中的照明的質量和數量成為重要問題。美國在早期研究的基礎上，在1914年到1956年間，做了大量研究工作。從“政府型天窗”的自然日光天窗被廣泛使用，到1949年，棉花分級員開始適應除日光以外的條件下進行分級的習慣。在1950年至1956年期間照明系統的發展和改進，取得了很多實質性成果，這個研究過程值得我們學習和借鑒。