Люмены, люксы, PAR и PPFD: что на самом деле следует измерять покупателям аквариумов
Спецификации освещения становятся запутанными, когда смешиваются термины из области человеческого зрения, науки о растениях и электротехники. Люмены, люксы, PAR, PPFD, Вт и цветовая температура не являются взаимозаменяемыми. Каждый отвечает на свой вопрос. В достоверной спецификации аквариумного-освещения должно быть указано, какое количество было измерено, где оно было измерено, каким прибором и при каких условиях эксплуатации.
Люмены описывают световой поток, взвешенный по чувствительности человеческого глаза. Люкс описывает люмены на квадратный метр поверхности. Международная комиссия по освещению определяет фотометрию как стандартные функции зрительной-реакции человека. Это делает люмены и люксы полезными для описания воспринимаемой яркости и комфорта просмотра, но они не учитывают все фотосинтетически значимые фотоны одинаково. Синие и темно--красные фотоны могут по-разному влиять на значение люмена, поскольку в фотопических условиях глаз наиболее чувствителен к зеленой области.
ФАР означает фотосинтетически активное излучение, условно охватывающее длины волн от 400 до 700 нанометров. В аквариумной практике измеритель PAR обычно показывает плотность потока фотосинтетических фотонов, или PPFD, в микромоль фотонов на квадратный метр в секунду. Строго говоря, PAR — это спектральная область, а PPFD — измеренная плотность фотонов, хотя в хобби обычно называют показания значением PAR. Это измерение более биологически актуально для фотосинтезирующих организмов, чем люкс, но оно все же не определяет полное спектральное распределение и не гарантирует биологический результат.
Номер PPFD никогда не следует отрывать от местоположения. Свет падает неравномерно из-за линз, рефлекторов, рассеивателей, высоты установки, распорок, жесткого ландшафта, растительных навесов, структуры кораллов и прозрачности воды. Создайте сетку и измерьте поверхность, среднюю-воду и уровень, занятый растениями или кораллами. Запишите центр, переднюю, заднюю часть и углы. Минимум, максимум, среднее значение и однородность — все это ценно. Светильник с умеренным средним значением и хорошим покрытием может быть более полезным, чем тот, который создает впечатляющую центральную точку и слабые края.
Подводные измерения также требуют правильного датчика и процедуры. Квантовый датчик, откалиброванный только на воздухе, может показывать другие показания при погружении в воду, поскольку меняется оптический интерфейс. Производители подводных квантовых измерителей применяют или указывают поправки на эффект погружения-. Датчик должен быть выровнен, удержан в заданной ориентации, вдали от отражений от рук или инструментов и стабилизирован. Измерения от разных датчиков не следует рассматривать как абсолютно взаимозаменяемые, если не известны их спектральные характеристики и калибровка, особенно при использовании узкополосных синих или многоканальных светодиодных приборов.
Ватты остаются полезными, но для оценки энергии и тепла, а не для биологической продукции. Измерьте фактическую входную мощность при типичных настройках. Если в рекламе указано, что светильник имеет мощность 100 Вт, но потребляет значительно меньше, рейтинг может относиться к теоретической мощности светодиода, а не к потреблению системы. И наоборот, высокая электрическая мощность не означает высокого подводного PPFD. Потери драйвера, тепловое дросселирование, неэффективная оптика и спектральный выбор — все это влияет на результат. Сообщайте о мощности вместе с картой освещения, а не вместо нее.
Цветовая температура и CRI сами по себе добавляют информацию о внешнем виде, а не о пригодности растений или кораллов. Два продукта с одинаковой коррелированной цветовой температурой могут иметь разные распределения спектральной мощности. Смешение RGB или RGBW также позволяет создавать похожий-белый свет за счет различных комбинаций каналов. Для профессионального сравнения запросите спектральные данные, подводные карты PPFD на заявленных расстояниях, фактическую мощность и рабочие настройки, использованные во время испытания.
Практическая иерархия проста. Используйте люмены или люксы, чтобы оценить видимую-человеческую яркость. Используйте PPFD для картирования доставки фотонов фотосинтезирующим организмам. Используйте спектрометр, когда спектральный состав имеет значение. Используйте ватты для оценки потребляемой энергии и тепловой нагрузки. Затем свяжите эти измерения с наблюдениями за формой растений, реакцией кораллов, поведением рыб, водорослями, химией воды и уходом за ними. Ни один показатель не может заменить всю аквариумную систему.
Интеграл дневного света, или DLI, может добавить еще один полезный уровень. DLI представляет собой накопленные фотосинтетические фотоны, доставленные за день, поэтому он объединяет PPFD со временем. Аквариум, получающий высокий пик в течение короткого периода времени, может иметь такой же дневной объем, как и аквариум, получающий более низкую освещенность в течение длительного времени. Однако равный DLI не доказывает равную биологическую реакцию, поскольку организмы могут по-разному реагировать на пики, темные периоды, спектр, температуру и доступность углерода. Используйте DLI как инструмент сравнения, а не как обещание одинакового роста.
О неопределенности измерений следует сообщать честно. Калибровка датчика, спектральное несоответствие, косинусоидальная характеристика, коррекция погружения, позиционирование, движение поверхности и повторяемость — все это влияет на результаты. В коммерческом паспорте данных должно быть указано, являются ли значения измеренными, смоделированными или типичными. Если карта создана по одному производственному образцу, маркируйте ее соответствующим образом. Для контроля качества выберите меньший набор повторяемых точек измерения и определите допуски относительно эталонной единицы. Зачастую это более практично, чем воссоздание полной карты лаборатории для каждой лампы.
Потребители могут использовать более простую версию того же метода. Зафиксируйте высоту установки, дайте лампе прогреться, измерьте или запишите настройки и снимите показания в отмеченных местах. Если измеритель PAR недоступен, последовательные фотографии и люксметр могут помочь отслеживать относительные изменения в одном и том же спектре, но их не следует представлять как подводный PPFD. Главное — избегать ложной точности. Скромный набор хорошо-задокументированных измерений вызывает больше доверия, чем большое их количество, скопированное из другой программы резервуара, расстояния, датчика или канала.
На хорошо-странице продукта эти показатели могут быть представлены в виде слоев. В первую очередь укажите предполагаемое использование, размеры, фактическую мощность и проверенное покрытие. Следуйте подводной карте PPFD и условиям измерений. Затем предоставьте спектр и объяснение элементов управления. Сохраняйте люмены или люксы для визуального-сравнения освещенности, если они измеряются, но не размещайте их там, где пользователи могут принять их за растения или кораллы. Четкие этикетки и условия испытаний более убедительны, чем необъяснимые цифры, поскольку профессиональные покупатели могут воспроизвести их, а потребители могут понять их ограничения.
ФАКТИЧЕСКАЯ ОСНОВА
[1] Инструменты Апогея. Аквариумные PAR/квантовые измерители: диапазон PAR, единицы измерения PPFD и измерения в подводных аквариумах. https://www.apogeeinstruments.com/aquarium-par-meters/
[5] Международная комиссия по освещению. Фотометрия-система физической фотометрии CIE. https://www.cie.co.at/publications/photometry-cie-система-физическая-фотометрия-2
[6] Инструменты Апогея. Подводная точность квантовых датчиков. https://www.apogeeinstruments.com/content/Accuracy-of-Apogee-Quantum-Sensors-Underwater.pdf
[7] Инструменты Апогея. Подводный квантовый счетчик MQ-210X: иммерсионный-эффект и спектральный-характеристики. https://www.apogeeinstruments.com/mq-210x-квантовый-метр-with-underwater-sensor/
[8] Министерство энергетики США. Возможности исследований и разработок в области твердотельного-освещения: люмены учитывают визуальную реакцию человека. https://www.energy.gov/sites/prod/files/2020/01/f70/ssl-rd-opportunities2-jan2020.pdf
