Аппаратурные комплексы «Тка» и их методическое обеспечение для преподавания основ фотометрии в вузах

АППАРАТУРНЫЕ КОМПЛЕКСЫ «ТКА» И ИХ МЕТОДИЧЕСКОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ ДЛЯ ПРЕПОДАВАНИЯ ОСНОВ ФОТОМЕТРИИ

В ВУЗАХ К.А. Томский

Рассмотрен круг вопросов, связанных с ведением учебного процесса в неоптических технических вузах. Дан перечень средств измерения рекомендуемых для оснащения фотометрических лабораторий. Определен примерный план практических занятий.

Для решения проблем повышения уровня знаний современных выпускников вузов на фирме «ТКА» была поставлена задача материального и методического оснащения образовательных центров, чтобы обеспечить нужный уровень восприятия инженерно-техническим персоналом последних достижений фотометрического приборостроения у нас в стране. С другой стороны, аппаратурные и методические разработки, направленные на совершенствование уровня образованности современных инженеров, позволяли надеяться на большую востребованность в перспективе приборов, выпускаемых фирмой «ТКА».

Широкая номенклатура рабочей фотометрической аппаратуры, разработанная специалистами предприятия «ТКА», позволила внедрить в сферу образования ряд аппаратурных комплексов по следующим дисциплинам.

1. Фотометрия. Величины, единицы, световая и энергетическая фотометрия.

2. Колориметрия. Измерения координат цветности и цвета. Различные колориметрические системы.

3. Метрология оптических измерений.

4. Измерительная техника в полиграфических технологиях (контроль цвета, лоска, белизны, оптической плотности).

5. Экология. Аттестация рабочих мест.

6. Обеспечение безопасности жизнедеятельности.

Во всех перечисленных курсах основой являются фотометрические измерительные приборы, разработанные в течение последних 10 лет. Образовательные учреждения много лет не имели возможности обновлять парк измерительной техники, в том числе и фотометров. В связи с этим от нескольких крупных учебных заведений, например, от ГУ кино и телевидения, от ГУ технологии и дизайна, от Московского ГУ печати на фирму «ТКА» поступали заявки на разработку и изготовление той или иной фотометрической аппаратуры. В результате были разработаны комплексные измерительные приборы («ТКА-ПК»), а также комплектовались по заданию институтов несколько измерительных устройств с учетом специфики данного вуза. Для ГУ технологии и дизайна и для Московского ГУ печати изготовлен, например, комплекс технологических фотометров для измерения цвета, белизны, лоска, оптической плотности. Для ГУ кино и телевидения в комплект приборов включены колориметры, яркомеры, в том числе кинопроекционные, пульсметры. Для других вузов перспективен набор фотометров для преподавания курса обеспечения безопасности жизнедеятельности в составе люксметров, УФ радиометров, оптических гигрометров.

Для успешного внедрения разработанной аппаратуры необходимо было снабдить приборы не только руководством по эксплуатации, но и методическими материалами, поясняющими специфику измерений той или иной характеристики, а также способ оценки погрешности измерений. Кроме того, в каждом конкретном случае требовались разъяснения, в какой области деятельности по профилю данного вуза необходимо использовать тот или иной фотометр. Эти материалы были подготовлены либо в виде руководства по конкретной измерительной задачи, либо в виде сборника методических указаний по выполнению нескольких тематически связанных лабораторных работ.

В качестве примера можно подробно рассмотреть методические материалы для ГУ технологии и дизайна и для ГУ кино и телевидения, в подготовке которых автор принимал непосредственное участие. Для Института печати ГУ технологии и дизайна подготовлено и выпущено два сборника методических указаний по проведению лабораторных работ по дисциплинам «Метрология» и «Экология». Технологические фотометры по отдельно написанным методическим указаниям использовались в курсах «Измерения в полиграфии», «Аттестация рабочих мест». Для ГУ кино и телевидения методические указания по лабораторным работам были составлены по курсу «Светотехника. Фотометрические измерения».

Если формальный перечень дисциплин, для преподавания которых использовались фотометры «ТКА», наполнить научным содержанием, то основные моменты, которым следует обучить студентов, можно представить следующим образом.

1. Наиболее часто используемые на практике фотометрические величины, их связь.

2. Специфика фотометрических измерений в ультрафиолетовой области. Сущность разбиения УФ области на зоны А,В,С. Измерения в вакуумной УФ области.

3. Исследование характеристик излучения экранов телевизоров и мониторов компьютеров: измерение однородности яркости экранов, измерения пульсаций излучения, измерения яркости раздельно в красной, зеленой и синей областях спектра, колориметрические характеристики.

4. Применение фотометрических методов в измерении влажности. Экспериментальная проверка закона Ламберта - Бугера - Бера.

5. Метрологическое обеспечение фотометрических измерений. Фотометрические эталоны, стандартные справочные данные в фотометрии и колориметрии. Стандартные справочные данные в фотометрии и в спектрофотометрии.

6. Исследование характеристик источников света. Стандартные источники типа А, В, С, Д. Спектральные и временные зависимости излучения источников света различных типов.

7. Исследования приемников оптического излучения. Спектральная чувствительность фотоприемников. Калибровка фотоприемников.

8. Контроль качества печатной продукции. Цветовые отличия копии от оригинала, равномерность цветовые отличия копии от оригинала, равномерность цвето- и то-нопередачи по площади запечатываемого материала.

9. Аттестация рабочих мест на предприятиях. Измерение уровня освещенности на рабочих местах, контроль соблюдения санитарных и экологических требований при работе с компьютерами.

Список образовательных курсов, в которых полезно использовать фотометры «ТКА», можно расширять и дополнять в зависимости от специфики данного учебного заведения. Можно с уверенностью утверждать, что весьма полезными окажутся фотометры «ТКА» для подготовки специалистов в текстильной промышленности, в кожевенной, в лакокрасочной, в целлюлозно-бумажной промышленности и т. п.

Практически все области внедрения работы в образовательную сферу объединяет тот факт, что большую часть пользователей составляют неоптические вузы. Это означает, что теоретическую подготовку для полноценного восприятия основ фотометрии необходимо начинать с уровня знаний средней школы. Вместе с тем, классические учебники по фотометрии, такие, например, как курсы М.М. Гуревича, нуждаются в изложении, адаптированном к уровню современного студента-практика, студента-технолога. В ряде случаев специалистов по упомянутым специальностям готовят средние учебные заведения - лицеи, колледжи. Для них также необходима учебная литература, знакомство с которой позволило бы выпускникам этих образовательных организаций с пониманием относиться к возможностям практического использования знаний в области фотометрии.

В связи с этим был выполнен еще один, очень важный для перспективного использования фотометрической аппаратуры, этап: в качестве методического пособия написана книга «Светотехнические измерения». Содержание этой книги является введением в фотометрию, подготавливающим читателя к изучению различных ее разделов: фотометрические измерения, температурные источники света, основы теории цвета. Уделено внимание основным физическим явлениям, происходящим в газоразрядных источниках света. Коротко описаны основные характеристики спектральных приборов, использование которых позволяет студентам подготовится к изучению специфики спектрометрии. Рассмотрены основные типы источников света и приемников излучения с целью подготовить студентов с профессиональными подходами к этой сфере деятельности фотометров. Специальная глава посвящена метрологическому обеспечению фотометрии. Рассмотрена Государственная поверочная схема для средств измерений непрерывных и импульсных световых потоков, а также поверочная схема для средств измерения координат цвета и цветности. Обращено внимание на современные рекомендации ISO по оценке погрешности результатов измерений. Основное отличие современного подхода к этому вопросу состоит в том, что вместо традиционных случайных и систематических погрешностей точность измерения характеризуют неопределенностью по типу А и по типу В. В тип А включают все погрешности, определяемые набором статистики, в тип В включаются все остальные оценки разброса значений измеряемых величин. В современных учебниках по метрологии подобного анализа пока не сделано, поэтому мы остановились на этой проблеме более подробно.

Вторая книга - учебное пособие «Основы светотехники» - посвящена особенностям оптических измерений в сравнении с другими видами измерений. Описана связь фотометрии с другими видами измерения - механическими, температурными, электрическими, физико-химическими - с позиций их использования в современных оптико-электронных приборах. Рассмотрены типовые узлы в измерительных оптических приборах. Оптические измерения рассмотрены в более широком ракурсе, чем фотометрия, т.е. включены основы интерферометрии, поляриметрии, рефрактометрии. Дано общее представление о зрительных трубах, микроскопах, телескопах, приборах с интерференционной модуляцией

В книге «Основы светотехники» в несколько расширенном объеме, в сравнении с книгой «Светотехнические измерения», рассмотрены источники и приемники излучения.

Как итог, следует сказать, что на основе разработанных рабочих фотометров создана материальная и методическая база для преподавания курсов, связанных с фотометрией, в институтах, техникумах (колледжах) и в лицеях.

Литература

1. Козлов М.Г., Томский К.А. Светотехнические измерения. СПб: Изд. СПбУТиД, 2004. 307 с.

2. Ишанин Г.Г., Козлов М.Г., Томский К.А. Основы светотехники. Учебное пособие. СПб: Изд. «Береста», 2004. 290 с.