城市道路照明检测仪器配置的规划与实践

赵 明，曹 刚，秦大为

(1.无锡市照明工程有限公司，无锡 214000;2.盐城师范学院实验中心，盐城 224002)

0 引言

随着我国城建事业的迅速发展，道路照明工程的施工、管理工作量也随之增加，势必需要依靠管理体系的科学化和先进技术提供支撑。在城市道路照明技术领域，无论是施工质量检测，还是照明电器、设备使用性能和安全性能的验收测试都是保证施工质量、提高城市道路照明水平的一个重要环节。针对此问题，简要介绍近年来从事城市照明检测仪器配置的相关工作。

1 检测仪器的基本配置方案

城市照明施工和管理常用的测试仪器一般分为四类:(1)光学测量仪器。照度计、亮度计等，主要用于对新建成或改建后的道路路面的平均照度、照度均匀度、平均亮度、亮度均匀度等光学指标进行检测验收。(2)电参数测量仪器。万用表，钳形电压、电流、功率、功率因数多用表，示波器，电感电容表等，主要对路灯开关箱、灯泡、镇流器、触发器等设备和器件的电气参数进行测量。(3)安全性能检测仪器。接地电阻测试仪、绝缘电阻测试仪、耐压测试仪、红外线测温仪等，主要用于测量电气设备的接地电阻、绝缘电阻、介电强度，以及电器元件温升。(4)其他测试仪器。超声波测厚仪、涂层测厚仪、激光测距仪等，主要用于路灯灯杆、钢管或塑料管道壁厚、灯杆杆距、灯具及架空线距地高度的现场检测验收。上述四大类仪器构成了城市照明检测仪器的基本配置。

1.1 光学参数测量类

1.1.1 照度计

(1)作用:测量道路路面的平均照度、照度均匀度等。

(2)原理:照度计，或称勒克斯计，照度计通常由硒光或硅光电池和微安表组成，见图1。硒光电池是把光能直接转换成电能的光电元件。当光线射到硒光电池表面时，入射光透过金属薄膜4 到达半导体硒层2 和金属薄膜4 的分界面上，在分界面上产生光电效应。产生电位差的大小与光电池受光表面上的照度有一定的比例关系。这时如果接上外电路，就会有电流通过，电流值从以勒克斯(lx)为刻度的微安表上指示出来。光电流的大小取决于入射光的强弱和回路中的电阻。照度计有变档装置，因此可以测高照度，也可以测低照度。

图1 硒光电池照度计原理

(3)现以TES-1330 型照度计为例，介绍其主要技术参数。

仪器量程:20、200、2 000、20 000 lx ;

准确度:±3% ;

重复测试:±2% ;

取样率:2.0 次/s ;

供电电源:单个9 V 电池;

尺寸:135(L)×75(W)×33(H)mm 。

1.1.2 亮度计

(1)作用:测量道路路面的平均亮度、亮度均匀度等。

(2)原理:数字式亮度计采用数字V(λ)传感器，以全数字亮度信号检测系统替代模拟信号检测系统。改变了以模拟信号检测方法为基础的亮度计，由于应用了数字技术，该仪器不产生零点漂移。当光线照射到数字V(λ)传感器上时，其产生数字信号传输给CPU 处理，处理完之后通过LCD 液晶显示，还可通过RS-232 接口通过计算机进行定标，系统稳定性高。其结构原理如图2 所示。

图2 数字式亮度计结构原理

(3)现以XYL-Ⅲ型全数字亮度计为例，介绍其主要技术参数。

亮度范围:0.1～100 000 cd/m2;

仪器精度:优于±5% ;

分辨率:0.001 cd/m2;

重复性:0.001 cd/m2;

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

供电电源:单个9 V 电池;

尺寸:135(L)×72(W)×33(H)mm 。

1.2 电参数测量类

1.2.1 钳形电压、电流、功率、功率因数多用表

(1)作用:测量路灯开关箱路灯干线或单灯的电压、电流、功率、功率因数以及谐波分析等。

(2)原理:通过钳形探头测出电流信号，红黑表棒测出电压信号，将两个信号输送到微处理器中，经过A/D 转换、相位分析计算即可转换成电压、电流、功率、功率因数、波形信号，最后输送至显示器件，即完成了测量。

(3)现以Fluke 43B 多用表为例，介绍其主要技术参数。

电压量程(自动):5 V、500 V、1 250 V ;

电流量程(自动):50 A、500 kA、1 250 kA ;

功率因数范围:0.2～1.0 ;

谐波范围:53th ;

频率范围:50 Hz～15 kHz ;

尺寸:271(L)×112(W)×46(H)mm 。

1.2.2 示波器

(1)作用:测量电子触发器的触发脉冲电压、波形以及电子镇流器的输出频率、波形等参数。

(2)原理:被测的电信号经过增益控制和增益频率补偿，无畸变地缩放成仪器输入端允许的信号幅度范围，采样器的采样及其A/D 变换实现信号的数字化并存储在存储器中，最后写入到显示器的刷新存储器中，并通过显示屏显示，其结构原理如图3 所示。

图3 示波器结构原理图

(3)现以ADS-1022C 数字式示波器为例，介绍其主要技术参数。

实时采样率:500 MSa/S ;

水平扫描范围:25 nS/DIV～50S/DIV ;

垂直灵敏度:2 mV～5 V/div ;

带宽:25 MHz ;

具有数据存储功能;

尺寸:305(L)×133(W)×154(H)mm 。

1.2.3 电感电容表

(1)作用:测量电感镇流器的电感量、单灯补偿电容的电容量等。

(2)原理:通过多谐振荡器把被测元件Lx/Cx 转换成与元件参数成正比的脉宽。然后把具有特定脉宽的矩形作为门控信号，在脉宽时间内对一个已知周期的标准脉冲计数，通过显示器把脉宽(实际上是元件参数)显示出来。

(3)现以VICTOR6243 电感电容表为例，介绍其主要技术参数。

电感量程:2 mH、20 mH、200 mH、2 H、20 H ;

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

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

尺寸:185(L)×91(W)×49(H)mm 。

1.3 安全性能测量类

1.3.1 耐压试验仪

(1)作用:检测路灯开关箱、灯具、镇流器等设备的绝缘材料所能承受的耐压能力。

(2)原理:耐压测试仪主要是由交(直)流高压电源、定时控制器、检测电路、指示电路和报警电路组成，基本工作原理是:将耐压测试仪产生的按标准规定的试验电压(如1.5 kV)施加在电气设备的带电体与外壳之间，比较其所产生的漏电流与规定漏电流，若检测出的漏电流小于规定漏电流，则仪器通过测试。当检测出的漏电流大于规定漏电流时，试验电压瞬时切断，仪器发出声光报警，从而确定被测电气设备的介电强度。

(3)现以CS2672D 为例，介绍其主要技术参数:

电压测试范围:0～5 kV ;

漏电流测试范围:0.3～2/1～20 mA ;

报警值预设范围:0.3～2/1～20 mA ;

时间测试范围:1～99 s ;

体积:375(L)×190(W)×280(H)mm 。

1.3.2 数字接地电阻测试仪

(1)作用:测量电气设备的接地电阻。

(2)原理:数字接地电阻测量仪采用先进的中大规模集成电路，应用DC/AC 变换技术将机内的直流电源转换为交流的低频恒流。工作原理是采用三点式电压落差法。其测量手段是在被测地线接地桩(称为X)一侧地上打入两根辅助测试桩，要求这两根测试桩位于被测地桩的同一侧，三者基本在一条直线上，距被测地桩较近的一根辅助测试桩(称为Y)距离被测地桩20 m 左右，距被测地桩较远的一根辅助测试桩(称为Z)距离被测地桩40 m 左右。按下测试键，此时在被测地桩X 和辅助地桩Y 之间可获得一电压，仪表通过测量该电流和电压值，即可计算出被测接地桩的地阻(图4)。

图4 接地电阻测试仪结构原理图

现以TES-1605 型数字接地电阻测试仪为例，介绍其主要技术参数。

仪器量程:20 Ω，200 Ω，2 000 Ω ;

准确度:±3% ;

解析度:0.01 Ω ;

供电电源:5 号电池(6 节);

尺寸:165(L)×100(W)×57(H)mm 。

1.3.3 红外测温仪

(1)作用:非接触式、安全、方便地测出电气设备的温度和温升。

(2)原理:通过发出激光束起指向作用，接收所指被测物表面辐射的红外线能量，并由其内部电路分析处理、运算后显示被测物体的表面温度数值。红外线测温仪主要是由光电探测器、信号放大器及信号处理、显示输出等部分组成(图5)。

图5 结构原理图

(3)现以CENTER 352 红外线测温仪为例，介绍其主要技术参数。

测量范围:-20～500 ℃，-4～932 ℉;

准确度:±2 ℃(4 ℉)或±2%读值;

解析度:0.1 ℃/0.2 ℉;

重复率:±1%读值或1% ℃(℉);

反应时间:0.5 s;

供电电源:单个9 V 电池;

尺寸:157.5(L)×115(W)×36(H)mm 。

由于万用表、钳形电流表、兆欧表等测量仪器原理简单，一般单位均具备，限于文章篇幅就不一一介绍了。

1.4 其他测量类

1.4.1 超声波测厚仪

(1)作用:测量路灯灯杆、地埋钢管的厚度。

(2)原理:探头发射的超声波脉冲到达被测物体并在物体中传播，到达二种材料分界面时被反射回探头，通过精确测量超声波在材料中传播的时间来确定被测材料的厚度(图6)。

图6 超声波测厚仪结构原理图

(3)现以TT110 超声波测厚仪为例，简要介绍其特性。

显示最小单位:0.1 mm ;

厚度测量范围:0～20 cm ;

测量误差:±(1%H+0.1)mm，H 为被测物实际厚度;

声速:5 900 m/s(可调节);

供电电源:5 电池(2 节);

尺寸:126(L)×68(W)×23(H)mm 。

1.4.2 磁感应式涂层测厚仪

(1)作用:测量路灯灯杆、路灯控制箱体的喷塑、油漆、镀锌等涂层厚度。

(2)原理:当测头与覆盖层接触时，测头和磁性金属基体构成一闭合磁路，由于非磁性覆盖层的存在，使磁路磁阻变化，覆层越厚，则磁阻越大，通过测量其变化可计算出覆盖层的厚度。

(3)现以TT220 涂层测厚仪为例，简要介绍其特性:

测量范围:0～1 250 μm ;

分辨率:1 μm ;

使用环境:温度为0～40 ℃

湿度:20%～75%;

无强磁场环境;

供电电源:镍镉电池3.6 V(2 节);

尺寸:150(L)×55.5(W)×23(H)mm 。

1.4.3 激光测距仪

(1)作用:快速测量灯杆之间的距离，灯具离地面的高度等。

(2)原理:如果光以速度c 在空气中传播在A、B两点间往返一次所需时间为t，则A、B 两点间距离D可用下式表示。

式中:D为测站点A、B 两点间距离。

由上式可知，要测量A、B 距离实际上是要测量光传播的时间t，根据测量时间方法的不同，激光测距仪通常可分为脉冲式和相位式两种。

常用的相位式激光测距仪是用无线电波段的频率，对激光束进行幅度调制并测定调制光往返测线一次所产生的相位延迟，再根据调制光的波长，换算此相位延迟所代表的距离。即用间接方法测定光经往返测线所需的时间，如图7 所示。

图7

(3)现以A3 激光测距仪为例，简要介绍其特性。

测量精度:±1.5 mm;

测量范围:0.05 m～100 m ;

供电电源:7 号电池(2 节);

尺寸:135(L)×45(W)×31(H)mm 。

2 专业仪器配置

针对一些城市规模大、建设资金宽裕并确有需要的市政路灯管理部门，可根据需要在基本检测仪器的基础上配置如下专业检测仪器。

2.1 光源光谱分析系统(积分球系统)

(1)作用:可检测高压钠灯、低压钠灯、金卤灯、高压汞灯、LED 灯源、无极灯、节能灯、荧光灯、白炽灯、卤钨灯等光源的光通量、发光效率、光谱辐射功率、显色指数、色温等10 余种技术参数。

(2)建议规格与型号:一般用户选用PM-S80 型，积分球直径为1.5 m 的光谱分析系统即可满足检测工作需要。

2.2 灯具配光曲线测试系统(卧式分布光度测试系统)

(1)作用:检测普通路灯灯具、LED 灯具、室内外各种常规灯具的空间光强分布曲线、等照度分布曲线、任意截面上的光照分布曲线、区域光通量、总光通量、有效光通量、效率、眩光等级等10 余种技术参数。

(2)建议规格与型号:一般用户选用GO-2000 型卧式配光曲线测试系统即可满足检测工作需要。

2.3 电子镇流器及配套电器电磁兼容检测系统

(1)作用:检测各种电子镇流器及其相关高频电源的峰值、准峰值、平均值等多种电磁干扰技术参数。

(2)建议规格与型号:一般用户选用EMS61000-2A型电磁兼容检测系统即可满足检测工作需要。

2.4 灯具温升测试系统

(1)作用:检测普通路灯灯具、LED 灯具、室内外各种常规灯具的表面工作温度、表面温升、灯头表面工作温度、灯头表面温升、环境温度等多种技术参数。

(2)建议规格与型号:一般用户选用YFF-10 型灯具温升试验系统即可满足检测工作需要。

2.5 灯具淋雨试验系统

(1)作用:检测各类户外路灯灯具在不同淋雨水压情况下的物理性能和在不同淋雨角度情况下的物理性能等多种技术参数。

(2)建议规格与型号:一般用户选用IPX3 型灯具淋雨试验系统即可满足检测工作需要。

2.6 照明电器灯具的高低温和湿热试验

(1)作用:检测各类照明电器路灯灯具，室内外灯具在高温环境下贮存、运输、使用性能，在低温环境下贮存、运输、使用性能和在温热环境下贮存、运输、使用性能等多种技术参数。

(2)建议规格与型号:一般用户选用GD3-408 型高低温湿热试验箱即可满足检测工作需要。

2.7 灯泡灯头的扭转力矩测试系统

(1)主要检测对象:高压钠灯、低压钠灯、金卤灯、高压汞灯、节能灯、白炽灯等光源的灯头的正转扭矩和反转扭矩。

(2)建议规格与型号:一般用户选用FD-100 型灯头扭力矩测试系统即可满足检测工作需要。

2.8 路灯综合检测台

(1)作用:检测高压钠灯、低压钠灯、金卤灯、高压汞灯、LED 灯、无极灯、节能灯、白炽灯等光源的启动电压、启动电流、工作电流、灯管电压、熄弧电压、功率、功率因数、谐波分析，配套镇流器的自身损耗、阻抗以及各类触发器的脉冲电压幅度、脉冲电压宽度、脉冲电压电角度。

(2)建议规格与型号:一般用户选用KW-Ⅰ型路灯电气综合检测台即可满足检测工作需要。

2.9 车载式道路照明检测系统

(1)作用:以小轿车为工作平台自动检测各类道路、隧道、高架桥路面的平均照度、照度均匀度、平均亮度和亮度均匀度。

(2)建议规格与型号:一般用户选用CZXT-Ⅰ型车载式道路照明检测系统即可满足检测工作需要。

此外，太阳能、风能路灯在城市道路照明系统中的使用和推广因素，配置太阳能组件测试系统、小型风力发电组件测试系统和蓄电池综合检测系统等，限于文章篇幅这里不一一介绍了。

3 小 结

实践证明仅依靠传统的万用表、兆欧表、钳形电流表之类的测试仪表已远远不能适应城市照明事业的发展，逐步配置现代化的检测仪器无论对照明工程施工验收还是照明电器产品质量检验都十分重要。首先要本着实事求是的原则，强调仪器设备的利用率，尤其是大型、精密仪器的购买一定要事先做好调研认证工作。要重视仪器使用人员技术培训，建立仪器使用和管理制度，尤其是大型精密仪器要有专人负责、专人使用，提供必要的检测工作环境，强调大型仪器设备资源与社会共享，只有这样才能真正地发挥检测仪器的社会和经济效益。

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［2］俞丽华.电气照明［M］.上海:同济大学出版社，2008:49～153

［3］金立军.电气测试与故障诊断技术［M］.北京:机械工业出版社，2006:128～207

［4］方昌林，徐刚.电气测量仪器［M］.北京:化学工业出版社，2006:142～190