人机工程学 第七章 3光和振动环境
人机工程学讲义7
人与作业器具共同完成任务是在一定的作业空间进行的。
人、机所占的空间称为作业空间。
按作业空间包含的范围，可把它分为近身作业空间、个体作业场所和总体作业空间。
能完成作业的空间范围。
近身作业空间包括3种不同的空间范围：个体作业场所指操作者周围与作业有关的、包含设备因素在内的作业区域，如汽车驾驶室。
在作业场所的设计中，除了要保证近身作业空间外，还要考虑到信息显示器、操纵控制器的安排设置，以使操纵者能够适宜地获取信息、进行操作。
作业的相互关系，如一条生产线、一间办公室等。
作业空间设计，从大的范围来讲，就是组织生产、生活现场，把所需要的机器、设备和工具，按照生产任务、工艺流程的特点和人的操作要求进行合理的空间布局。
给人、物等确定最佳的流通路线和占有区域，提高系统总体可靠性和经济性。
从小的范围来讲，就是合理设计工作岗位，以保证作业者安全、舒适、高效工作。
人们所从事的工作内容和性质往往有很大差别。
性质和内容不同的工作，对作业空间的要求也会间大得多。
总之，作业空间的大小尺寸与构成特点，都必须首先服从工作需要，要与工作性质和工作内容相适应。
有时要以使用者总体的第5百分位数的人体尺度为依据，如楼梯踏级宽度；有时要以使用者总体的第50百分位数或平均人体尺度为依据，例如工作面高低；有时要以使用者的第95百分位数的人体尺度为依据，如座位宽度、门框大小等。
有的作业空间则必须参照功能人体尺度来设计。
有些特殊作业空间吗，还需根据特定人体尺寸来设计。
需要注意的是，人体尺度一般是在不着衣或只穿单衣的条件下测量的，而人们在工作中往往要穿上工作服和防护服，设计时须予以考虑。
例如车辆检修、设备维修等，有时采取卧姿、跪姿或俯姿进行工作。
显然，采用不同的姿势需要占用的空间不同。
因而在设计作业空间时，必须对操作者的作业姿势有所考虑。
性，专供女性使用的作业空间可比男性专用或男女通用的作业空间设计得小一点；不同年龄阶段使用的作业空间应有不同要求；黄种人躯干对四肢长度的比值大于白种人，但在身体骨架大小、体重、肢体力量等方面不如白种人，因此为不同人种使用的作业空间设计，上下左右空间应按美国人体尺寸设计，而对坐高的设计应以中国人体尺寸为依据。
人机工程学 第七章 2声环境
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第二节
声环境
• (2) 声强与声强级： • 在单位时间内通过与声波传播方向垂直的单位面积的 平均声能称为声强，以I表示，单位为W/m2。 • 声强级L I等于某一频率的声强与基准声强的比值的常 用对数乘以I 0，其表达式为： • L I =10lg（ I / I 0 ） • 式中： L I—声强级（dB）； I—声强（W/m2）； • I 0—基准声强，为人耳刚刚能听到的声音的强度，即 听阈声强10-12 W/m2。痛阈声强等于1 W/m2。
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声环境
(2) 等响曲线 利用与标准纯音比较，可得出整个可听频率范围的纯 音响度级，绘成曲线即为等响曲线。
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• (3) 计权声级
声环境
• 为使噪声测量结果与人对噪声的主观感觉量一致，通 常在声学测量仪器中，引入一种模拟人耳听觉在不同 频率上的不同感受特性的计权网络，对被测噪声进行 测量。通过计权网络测得的声压级称为计权声级，简 称声级。
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一倍频程的中心频率和频率范围
中心频 率（Hz）
31.5
63
125
250
500
22.4～ 频率范 围（Hz） 44.7 中心频 率（Hz）
1000
44.7～ 89.1
2000 1410～ 2820
69.1～ 178
4000 2820～ 5620
178～ 355
8000
355～ 708
16000
708～ 频率范 围（Hz） 1410
5620～ 11200～ 11200 22400
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人机工程学智慧树知到答案章节测试2023年宁波大学
第一章测试1.人机工程学研究的关系（）。
A:人-机-环境B:机-环境C:人-机D:人-环境答案:A2.人机工程学中的“人”是指（）。
A:销售者B:所有人C:使用者D:购买者答案:C3.人机工程学研究的学科（）。
A:数学B:心理学C:生理学D:解剖学答案:BCD4.人机工程学的研究方法有（）A:实验法B:实测法C:观察法D:拟实法答案:ABCD5.人机工程学为工业设计中考虑“人的因素”提供人体尺度参数。
（）A:对B:错答案:A第二章测试1.人体数据的类型有（）。
A:测量尺寸B:静态尺寸C:动态尺寸D:功能尺寸答案:BC2.产品最小功能尺寸是（）。
A:实际测量尺寸B:功能修正量+人体百分位数C:功能修正量D:人体百分位数答案:B3.尺寸设计可以采用平均人设计原则。
（）A:错B:对答案:A4.动态设计原则可以解决布置复杂界面问题。
（）A:错B:对答案:B5.极限设计原则是指按照最大百分位进行设计。
（）A:错B:对答案:A第三章测试1.人机系统模型中，人与机之间存在一个相互作业的面，称为人机界面。
（）A:错B:对答案:B2.躯体感觉包括（）。
A:感觉B:触觉C:温觉D:痛觉答案:BCD3.色彩视野由大到小的是（）。
A:蓝色-黄色—白色B:白色-黄色—蓝色C:白色-蓝色—黄色D:黄色-白色—蓝色答案:B4.环转运动是指整根骨头绕骨的一个端点，并与骨呈一定角度的轴作旋转运动（）A:对B:错答案:A5.使用比较多的足控制器，能减轻手的工作负荷，适用于需要大力气操作的场合为了利于对踏板施力，踏板应与操作者保持合适的尺寸与角度关系（）A:错B:对答案:B第四章测试1.作业姿势的观察方法有（）。
A:科勒特法B:吉尔法C:OWAS法D:Priel法答案:ABCD2.作业空间设计可以分（）。
A:作业场所设计B:工位设计C:桌子设计D:座椅设计答案:ABD3.较为理想的坐压分布曲线是坐骨处压力最大，向四周逐渐减小，至大腿部位时压力降至最低值。
人机工程学 第七章 2声环境
第二节
声环境
• 响度级的合成不能直接相加，而响度可以相加。 • 例如，两个不同频率而都具有 60方的声音，合 成后的响度级不是 60 ＋ 60 ＝ 120 （方），而是 先将响度级换算成响度进行合成，然后再换算 成响度级。本例中 60 方相当于响度 4 宋，所以 两个声音响度合成为 4＋ 4＝ 8,而宋按数学计算 可知为70方，因此两个响度级为60方的声音合 成后总响度级为70方。
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声环境
• (2) 声强与声强级： • 在单位时间内通过与声波传播方向垂直的单位面积的 平均声能称为声强，以I表示，单位为W/m2。 • 声强级L I等于某一频率的声强与基准声强的比值的常 用对数乘以I 0，其表达式为： • L I =10lg（ I / I 0 ） • 式中： L I—声强级（dB）； I—声强（W/m2）； • I 0—基准声强，为人耳刚刚能听到的声音的强度，即 听阈声强10-12 W/m2。痛阈声强等于1 W/m2。
一倍频程的中心频率和频率范围
中心频率 （Hz） 频率范围 （Hz） 中心频率 （Hz）
频率范围 （Hz）
31.5
63
125
250
500
22.4～ 44.7
1000 708～ 1410
44.7～ 89.1
2000 1410～ 2820
69.1～ 178
4000 2820～ 5620
178～ 355
8000 5620～ 11200
第二节
• • • •
声环境
1、声强度的物理度量 区别噪声的不同强度，可用下列物理指标： (1) 声压与声压级： 声压是声波通过传播媒介时产生的压强，以P表示，单 位为Pa。正常人耳的听阈声压为2×10-5Pa，而痛阈声 压为20Pa，两者相差百万倍，由于此范围太大，故用 声压来表示声音的强弱极不方便，于是引入声压级： • LP=20lg（P/P0） 式中，LP—表示声压级（dB）；P—表示声压（Pa）； • P0—基准声压，国际上规定选用听阈声压2×10-5Pa 。
2024版《人机工程学》PPT课件
《人机工程学》PPT 课件•人机工程学概述•人体生理与心理特征•人机界面设计原理•工作场所人机工程学应用目录•办公环境人机工程学应用•交通运输领域人机工程学应用•总结与展望CHAPTER人机工程学概述定义与发展历程定义发展历程人机工程学起源于20世纪初的工业生产领域，随着计算机技术的发展，逐渐拓展到信息技术、航空航天、医疗等领域。
研究对象与范围研究对象研究范围学科特点及意义CHAPTER人体生理与心理特征人体生理结构简介肌肉系统循环系统通过收缩和舒张产生运动，维持姿势。
输送氧气和营养物质，排除废物。
骨骼系统神经系统呼吸系统构成人体基本框架，支持体重，保护内脏。
传递和处理信息，控制人体各种活动。
吸入氧气，排出二氧化碳，维持生命活动。
感觉知觉感觉与知觉的关系030201感觉与知觉特性分析认知过程及影响因素认知过程01影响因素02认知负荷03CHAPTER人机界面设计原理清晰易读色彩搭配手机屏幕汽车仪表盘符合人体工学控制器的形状、大小和位置应符合人体工学原理，方便用户操作并减少误操作的可能性。
功能明确控制器的功能应明确、直观，避免使用过于复杂或混淆的操作方式。
•反馈及时：控制器应提供及时的操作反馈，如声音、灯光等提示，帮助用户确认操作是否成功。
电脑鼠标游戏手柄界面一致性减少认知负荷个性化定制多通道交互人机界面优化方法探讨CHAPTER工作场所人机工程学应用1 2 3基于工艺流程的布局规划基于人体工效学的布局规划基于环境因素的布局规划工作场所布局规划方法论述设备选型与配置策略探讨设备选型原则根据工作需求、设备性能、经济效益等因素，选择适合的设备类型和型号。
设备配置策略根据工艺流程、设备功能、空间布局等因素，合理规划设备的布局和配置，提高设备使用效率和工作效率。
设备维护与保养建立完善的设备维护和保养制度，确保设备处于良好状态，延长设备使用寿命。
劳动强度评价方法采用主观评价、客观测量等方法，对员工的劳动强度进行全面、准确的评价。
人机工程学各章重点
第一章要点1、人机工程学的定义及发展历程，各个阶段的代表人物。
2、什么是人机环境系统，能熟练地画出人机系统图。
3、人机工程学的学科体系及研究内容4、人机工程学与工业设计的关系及其应用法5、如何在设计中进行人机分析第二章1、人体测量数据的分类: 人体构造尺寸（静态尺寸）和功能尺寸（动态尺寸）的测量数据。
静态尺寸是指被测者静止时坐或站进行测量的尺寸；动态尺寸指被测者在工作姿势下或在某种操作活动状态下测量的尺寸2、测量的姿势和主要测量点的位置: 立姿、坐姿；头部测点16个和测量项目12项；躯干和四肢部位测点22个，测量项目69项。
头顶点：当头部位于眼耳平面时，头顶在正中矢状面上最高的点。
肩峰点：肩胛骨上缘最向外突出之点。
用手指沿着肩胛骨或沿锁骨骨干向外摸，便可找到此点。
桡骨点：桡骨小头上缘最高点。
当上肢下垂，手掌贴附大腿，此点在肘关节侧面一小凹内。
可在前臂做回转时更易确定。
(上臂、前臂连接点)茎突点：桡骨茎突最尖端之点。
拇指外展时，拇指长展肌、拇长伸肌、拇短伸肌腱之间形成一三角形深窝。
在此深窝底寻此点。
(手腕)指尖点：当手臂下垂，掌面朝内靠拢大腿外侧面时，指尖最向下之点。
胫骨上点：胫骨内髁的内侧缘最高之点。
（膝盖处）耳屏点：外耳道前方耳屏软骨上缘的起点。
是决定眼耳平面的重要测点。
3、人体测量中的基准面和基准轴：（１）矢状面（垂直轴和纵轴）（２）正中矢状面（将人体分为左右对称两部分）（３）冠状面（垂直轴和横轴）人体分为前后两部分（４）水平面（纵轴和横轴）（５）眼耳平面（左右耳屏点及右眼下眶下点的平面）三轴：垂直轴、纵轴和横轴4、百分位数、适应域的含义及相互推导法：适应域：设计只能取一定的人体尺寸范围，只能满足整个人体尺寸的一部分。
通常用百分数来表示。
如95%，即可满足95%的人来使用。
百分位数Pk ：是百分位对应的数值。
（如第5百分位数表示有5%的人尺寸小于此值，而有95%的人大于此值。
是小尺寸。
95%表示有95%的人的尺寸小于此值，而有5%的人尺寸大于此值，是个大尺寸）？？？5、产品尺寸的设定方法：①根据设计对象确定选用的原则（选择产品类型）；②确定选用的人体尺寸百分位数；③确定功能修正量（着装修正、姿势修正、操作修正等）④确定心理修正值，一般由实验得出。
人机工程学(第三版)
1.1.2 学科的定义
研究人在某种工作环境中的解剖学、生理学 和心理学等方面的各种因素； 研究人和机器及环境的相互作用； 研究在工作中、家庭生活中和休假时怎样统 一考虑工作效率、人的健康、安全和舒适性等问 题的学科。
1.2 人机工程学的起源与发展
1.2.1 经验人机工程学（20世纪初~二次大战） 特点：机械设计的的主要着眼点在于力学、 电学、热力学等工程技术的原理设计上；在人机 关系上是以选择和培训操作者为主，使人适应于 机器。
第 1 章 结 束 回总目录 第2章
附录 本章所附插图
图1-1
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图1-2
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图1-3
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图1-4
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图1-5
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1.4人机工程学体系及其应用领域
1.4.1 学科的体系 人机工程学是一门综合性边缘学科，主要是 “人体科学”、“技术科学”和“环境科学”之 间的有机融合，由图1-5加以描述。 1.4.2学科的应用 学科的应用领域可参阅表1-1、1-2。重点 在下章介绍。
1.5 人机工程学与工业设计
1.5.1 为工业设计中考虑“人的因素”提供人体尺 度参数 1.5.2 为工业设计中考虑“物”的功能合理性提供 科学依据 1.5.3 为工业设计中考虑“环境因素”提供设计准 则 1.5.4 为进行人－机－环境系统设计提供理论依据 1.5.5 为坚持以“人”为核心的设计思路提供工作 程序。参阅表1-3、1-4。
第1章 人机工程学概论
1.1 人机工程学的命名与定义 人机工程学（Man-Machine Engineering)： 研究人、机械及其工作环境之间相互作用的学科。 1.1.1 学科的命名 1. 人类工程学Human Engineering 2. 人因工程学Human Factors Engineering 3. 工效学 Ergonomics＝ergon（工作、劳动） ＋nomos（规律、规则）
安全人机工程学
第一章概论人机工程学是运用人的生理学、心理学和其他有关学科知识，使机器和人相互适应，创造舒适和安全的工作与环境，从而提高工效的一门科学。
安全人机工程学是从安全的角度和着眼点，运用人机工程学的原理和方法去解决人机结合面的安全问题的一门新兴学科。
人机结合面就是人和机在信息交换和功能上接触或互相影响的领域（或称“界面”）安全人机工程学得研究对象是人、机和人机结合面三个安全因素。
第二章人体的人机学参数耗氧量：人体用过循环、呼吸系统所能摄入的氧气量称为摄氧量。
人体在单位时间内所消耗的氧气量称为耗氧量。
人体在从事高度反正体力劳动时，循环、呼吸（氧运输）系统的功能经1~2min后达到人体极限摄氧能力，这时，人体单位时间内的摄氧量称为最大摄氧量。
最大耗氧量可以作为允许最大体力消耗的标志，其影响因素主要有年龄、性别、海波高度、体能训练、劳动强度、持续时间等。
人体测量数据的运用准则：1.最大最小准则2.可调性准则3.平均准则4.使用最新人体数据准则5.地域性准则6.功能修正与最小心理空间相结合准则7.标准化准则8.姿势与身材相关联准则9.合理选择百分位和适应度准则第三章人的生理和心理及人体生物力学特性感觉是人脑对直接作用于感觉器官（眼、耳、鼻、舌、身）的客观事物的个别属性的反映。
感觉有：视觉、听觉、嗅觉、触觉（包括触觉、温度觉、痛觉）、味觉、运动觉、平衡觉、空间知觉以及时间知觉等。
感觉适应性：对感觉器官持续刺激，假若刺激强度固定，则作用时间的长短将决定该刺激是否能引起反应，时间过短不能引起反应：时间过长，反应逐渐减小，以致消失。
人能够产生视觉是由三个要素决定的：视觉对象、可见光和视觉器官。
视觉运动的规律：1.眼睛沿水平方向运动比沿垂直方向运动快而且不易疲劳2.视线的变化习惯从左到右、从上到下和顺时针反响运动。
3.人眼对水平方向尺寸和比例的估计比对垂直方向尺寸和比例的估计要准确得多4.当眼睛偏离视中心时，在偏移距离相等的情况下，人眼对左上限的观察最优，依次为右上限，左上限，而右下限最差。
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• 对于复合光：
780
380 Pw ()V ()d
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第三节 光环境
• 光通量的法定计量单位为流明（lm, lumen）。在人眼 最敏感的波段（λ=555nm）内，1lm的光通量相当于 0.0015W/m2的发光功率。
• ② 发光强度：也称为光强度,在数值上等于单位立体 角内的光通量,单位为坎德拉(cd)
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第三节 光环境
光谱颜色及波长范围
颜色
红 橙 黄 绿 蓝 紫
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波长（nm）
700 620 580 510 470 420
范围（nm）
640—750 600—640 550—600 480—550 450—480 400—450
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第三节 光环境
二、光的度量与光的质量 • 1、光的度量 • ① 光通量：单位时间内通过某一面积的光辐射能 。 • 对于单色光：
荧光灯（白色） 荧光灯（日光灯） 荧光灯（暖白色） 高压钠灯（400瓦） 镝 灯（1000瓦）
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色 温（K）
4000－5000 4125 1925 1920 2400 2740 4500 6500 3500 2000 4300
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第三节 光环境
一般色温低的光源在照度较低时使人感到舒适；而色温高 的光源在照度较高时使人感到舒适。
>2000
室外入口 交通区 非连续工作房间（贮藏、衣帽间） 有简单视觉要求（粗加工、讲堂） 中等视觉要求（办公室、控制室） 较高视觉要求（缝纫、绘图室） 难度很高视觉作业（精密加工、颜色辨别） 特殊要求的作业（手工雕刻） 极精细视觉作业（微电子装配、外科手术）
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第三节 光环境
• 例题：大学生公寓的公共盥洗室，面积30m2，拟采用 直管荧光灯照明，试根据合理的照度要求，确定荧光 灯的瓦数和盏数。
• 光的质量是指光的稳定性和均匀性、光色效果和是否有 眩光等。
• ① 光的稳定性和均匀性：光的稳定性是指照度在设计
的光强度内应保持恒定的值，不产生波动、不发生频闪。
光的均匀性是指照度和亮度在某一作业范围内相差不大，
分布均匀适度。
室内亮度比最大允许值
条件
办公室、学校
工厂
观察对象与工作面间 观察对象与周围环境间
光源与背景间 一般视野内各表面间
3∶1 10∶1 20∶1 40∶1
5∶1 20∶1 40∶1 80∶1
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第三节 光环境
② 光色效果：光源的光色包括色温和显色性。
a、色温：光源的色温是描述其显示色彩的。当热辐射 光源的光谱与加热到温度为TC的黑体发出的光谱分布 相似时，则将温度TC称为光源的色温，其单位是绝对 温度（K）。
照度（lx）
暖色
中间
冷色
＜500 500—1000 1000—2000 2000—3000
≥3000
舒适
↕ 刺激
↕ 不自然
中等
↕ 舒适
↕ 刺激
冷
↕ 中等
↕ 舒适
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第三节 光环境
b、显色性：物体在人工光源下颜色与在日光下的颜色会有差别， 差别越小说明人工光源的显色性越好，显色性用显色指数表示， 日光（太阳光）的显色指数最高（其指数定为100）。在显色性 好（显色指数高）的光源下，物体能表现出自然的本来色。 Ra 最大值为100，80以上显色性优良；79～50显色性一般；50以下 显色性差。
示
•
E= Ф /S
• 式中：E—照度，勒克司（lx，lux）或流明平方米
(lm/m2)
• ④ 灯的光效系数：光源消耗1瓦功率所能产生
的光通量的流明数。
• 光源的光效系数用lm/W（流明/瓦）表示。
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国际照明委员会对不同的作业工作面的照度
照度范围（lx）
作业类型
20—30—50 50—75—100 100—150—200 200—300—500 300—500—750 500—750—1000 750—1000—1500 1000—1500—2000
• 工作面照度选择：洗脸、洗衣服对视觉的要求大体属 于“一般作业”的类型，故选择：照度=150lx （150lm/m2）。
• 工作面上的总光通量： 总光通量=照度×面积 =150×30=4500lm
• 荧光灯的光效系数：即荧光灯每瓦功率能对工作面提 供的光通量，60lm/W。
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第三节 光环境
色温具有心理效应。色温越高显得发蓝，感觉越冷； 温度较低时则显得发红，感觉越暧。
色温（K） >5000
3300 – 5000 <3300
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感觉 冷
中间 暖
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第三节 光环境
常用的主要光源的色温
主 要光 源
太阳（地表面） 月亮 蜡烛
煤油灯 钨白炽灯（10瓦） 钨丝白炽灯（100瓦）
•
I= Φ /Ω
• 式中：I—发光强度（cd）；Φ—光通量（lm）；Ω— 立体角（sr），整个球面的立体角为4π≈12.6 sr 。
• 点光源的光通量与发光强度的关系为：
•
I＝ Φ /4π
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第三节 光环境
• ③ 照度：光通量和光强主要表征光源或发光体发射 光的强弱,而照度是用来表征被照面上接收光的强弱, 被照面单位面积上接受的光通量称为照度,常用E来表
第三节 光环境
• 本节课我们将学习： • 一、光的度量与光的质量 • 二、光环境设计的一般原则 • 三、照明对作业的影响 • 四、照明标准
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第三节 光环境
• 一、光的特性 • 光是以电磁波形式传播的辐射能。
可见光：380nm—780nm 紫外端：<380nm 红外端： >780nm
• 光利用率：采用高反射率的镀铬灯罩，利用率=75%。 则
• 实际每瓦光通量=光效系数×利用率 =60×75%=45lm/W
• 故： 需要的荧光灯的总瓦数=（总光通量）/（每瓦 光通量）=4500/45=100W
• 所以，可采用25W的荧光灯管共4盏。
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第三节 光环境
• 2、光的质量
光源
显色指数
光源
显色指数
日光 白炽灯 白色萤光灯 日光色荧光灯光灯 高显色荧光灯 水银灯
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100（最好） 97 65 77 95 23
氙灯
94
高压钠灯
29
金属卤化物灯
65
高显色金属卤化物灯 92
荧光水银灯
44
镝灯
90
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第三节 光环境