第五章-辐射测量的基本仪器1

第四章积分球分布光度计,4-1理想积分球原理及光通量标准灯4-2积分球实际结构及球内壁的喷涂4-3相对比较法测总光通量4-4影响积分球测量精度的因素及其修正方法4-5分布光度计测量光通量的原理和装置,光度导轨,特点：有精确的轴向距离刻度和标尺主要功能：部件轴向的相对位置对准，移动时亦对准精确确定测量部件之间的轴向距离（辐照度距离平方反比定律）光源+透射-漫射屏得到近似朗伯辐亮度源，改变二者距离，辐亮度值可连续精确变化。,目视光度计的工作原理：1.结构与原理:如图L1L2为二个光源,L1光强已知,L2待测光源,D为白色漫射屏(涂MgOBaSO4)M1M2为反射镜或全反射棱镜，P为光头,使L1L2经D反射来的光线在目镜E的视场内造成两个相邻的像.,2.光度头P的结构及原理:光度头由二个直角棱镜胶合而成称为陆末-布洛洪(LummerBrodhum)棱镜，其中一个棱镜沿斜面刻出一个不太深的凹陷图梯,图中的位置.这样由SM1来的光线直接透过立方体,射到目镜上,在刻有图案的A处则被反射出去;而由SM2来的光线在A处被反射到目镜上,其余部分的光线则透出立方体,因而在目镜内形成二个互不干扰的相邻的像,如图(b)中打斜线的表示来自一个光源，而其余部分则来自另一光源,4-1理想积分球原理及光通量标准灯,理想积分球的条件：积分球的内表面为一完整的几何球面,半径处处相等球内壁是中性均匀漫射面，对各种波长的入射光线具有相同的漫反射比球内没有任何物体,光源也看作只发光而没有实物的抽象光源,理想积分球原理：.积分球（光通球或球形光度计）结构：内部空的完整球壳,内壁涂白色的漫射层球直径按待测灯尺寸和功率大小而定,直径D=1m、2m、3m等球壁上开一小窗口,其直径dr(灯的尺寸）球上开一个小门,或打开个口方便装取灯,有接线架、灯头、挡屏等,2.积分球原理：设光源S直接在球内任一点建立的照度EA，在M处的照度为EM，A处dS发生第一次漫射出度为：故由朗伯定律的特性知dS面的光亮度为：A处dS发生漫射在M处产生的二次照度为:,上式代入得整个球面发生一次漫射在M处建立的二次照度为：类似分析为：二次漫射光线在M处建立的三次照度为：,同理：则M点的总照度EM为:故用小挡屏挡住S直接射向M点的光线时，则E1=0,上式中r、均为常数,球壁上任何位置的E与光源S的总光通量总成正比,因此可以通过测量球壁上开的小窗口的照度来计算光源的总光通量总。原理:标准光源的光通量已知S,ES可测得,在待测光源的EX测得后,即可用相对比较法测得待测光源的总即为球型光度计测量光源总光通量的原理。,实际使用时要考虑以下问题,球内的遮挡屏与物的影响涂层的光谱反射比（高？低？）出射窗口（无选择性透明材料，与积分球直径比不大于0.1）,光通量标准灯1.满足标准灯的条件：有一定的强度和光谱能量分布发光稳定具有很好的重复性制备和使用方便(光通量标准灯的供电监测系统和光强标准灯相同)2.国产标准灯种类：BDT、BDP和BDX型,3.使用注意事项：标准灯在标定量值前,要按规定在超压5%的情况下,老化40-50小时,并进行稳定性实验,再经国家计量部门标定量值后逐级传递到使用部门.低级标灯稳压供电,高级标灯稳流供电标灯使用过程中要严格按照标准、规则执行,根据测试要求选用适当级别的标灯,并按规定定期到计量部门检定。,4-2积分球实际结构及球内壁的喷涂,光通球的实际结构示意图：,球体的要求：1.采用不易变形以及不易受环境影响的材料制成2.球内表面应光滑,力求各处曲率半径相同3.球的密闭性要好4.为减小测量误差,灯应安装在球心5.灯的支架应采用细金属管,里边装电线（应尽量减少球内部件的件数和部件的体积）,挡屏的放置：1.挡屏的中心在球心与窗口的中心连线上，离球心r/3处2.设光源的最大尺寸为2b,窗口的直径为2a,挡屏的半径为d如下图所示:,则有：分析：bdsAB、sCD测量误差因此：要求灯的最大尺寸不超过球体直径的1/6-1/10,球内壁的喷涂：1.球内壁喷涂白色涂料(硫酸钡或氧化镁)使积分球具有良好的光谱漫射特性和较小的光谱选择性,2.内壁喷涂方法：喷涂前用砂纸去锈、磨光,然后用汽油清洗干净,如果表面凹凸不平,则用油灰找平并喷上一层白色无光底漆,最后再喷涂料喷涂时用喷雾器进行喷涂,不用手工喷涂,一般干一层喷一层,每层厚度为0.5-1.5mm之间,喷10次以上,4-3相对比较法测总光通量,测量前准备工作：1.在球内点燃一只白炽灯去潮气,使球内壁漫发射稳定和预照光电池使其稳定2.测量时依次点燃标准灯和待测灯,相对比较法测量光源总光通量原理：装标灯在球心：装待测灯在球心：由/得：,若探测器在线性范围内工作,iE则有：is、ix分别为标灯和待测灯的电流可测出，s标灯的光通量已知,由上式便可得到待测灯的光通量x,若测出P灯或U灯、I灯,也可计算出灯的光效=/P电,测量步骤：把标准灯装在球心点燃5-10分钟,记下光电流is后,把电源关掉,取下标灯装上待测灯点燃5-15分钟待其稳定后,记下光电流ix、P灯（U灯、I灯）据x=(is/ix)s计算出灯的总光通量,并由=/P电算出待测灯的光效（注：应多次测量求平均值）,注意事项：1.光通球质量好2.标灯与待测灯均在额定电压下工作稳定性要好：（频率：500.5Hz电压：2200.2V）3.光通量偏离完好性较远应多测几次求平均值(至少测量3次)思考：根据以上要求实际测量时的测量步骤？,4-4影响积分球测量精度的因素及其修正方法,光通球测光源光通量的假定：1.球内壁是均匀的理想漫射层，服从朗伯定则2.球内壁各点的反射率相等3.球内壁白色涂层的漫射是中性的4.球半径处处相等，球内除灯外无其他物体存在5.窗口材料是中性的，其E符合照度的余弦定则.实际情况与理想条件不符合会带来测量误差,故需修正,自吸收产生的误差和修正：1.待测灯与标灯在光通球里对光通量的吸收不同而产生误差2.修正方法：测修正系数:1=装标灯在球心(不点燃)/装待测灯在球心(不点燃)=is/ix1自吸收系数,光谱功率分布不同产生的误差和修正:1.测光系统的等效光透射比为：2.标灯与待测灯的透射率（）不同而产生测量误差3.修正方法：测修正系数：2选择性修正系数,色温差产生的误差和修正：1.各种光源的色温相差很大.在测量不同色温光源时,加上V()修正滤光片以使测量结果达到一定精度，在高精度测量时，需对测量结果进行修正即为色修正2.修正方法：测修正系数:,总的修正公式：考虑修正因数后总的修正公式为：,德国InstrumentSystem生产的ISP150-100型积分球,杭州远方公司的稳流控温积分球,涂层方面,在涂层方面，低端的主要为氧化镁(MgO)，硫酸钡(BaSO4)，较高端的则有国产聚四氟乙烯悬浮树脂(F4)。F4在0.22.5微米波长范围内，光谱反射比都高于MgO和BaSO4，且反射比中性好，有利于减小它对积分球非中性的影响。另外，涂层粘性好，不易破裂与起皱，灰尘可以用清洁的毛刷清除，不会损伤涂层。F4涂层不怕潮湿，暴露在紫外光下也不会变黄。使用F4涂层的积分球可以大大提高积分球的效率，通常为MgO和BaSO4的23倍，有利于低透射、弱反射光信号测量，不仅可以提高测量的灵敏度，而且也大大改善了测量的信噪比。针对不同情况有各式各样的涂层：如需防水、防潮、耐腐蚀则有Duraflect；工作于近、中红外波段可以使用Infragold；同时工作于紫外、可见光、近红外波段则有Spectralon，并且具有很高的反射率。,积分球直径适用范围,直径80、100、150mm适用于LED、激光、LED（LCD）发光模块、发光屏等的光色测试；直径300mm专用于LED的光色测试，可配合LED专用测试夹具；直径500mm适合于大功率LED，迷你泡，珠泡等光源的光色测试；直径1000mm用于节能灯，环形灯，白炽灯，冷阴极灯，卤钨灯等光源光色测试；直径1500，1750mm用于大功率节能灯，环形灯，白炽灯，卤钨灯，冷阴极灯，直管荧光灯，HID灯等光源光色测试；直径2000mm，2500mm用于大功率节能灯、直管荧光灯、HID灯、无极灯等光源光色测试；直径3000mm用于大功率直管荧光灯，HID灯等光源光色测试,德国InstrumentSystem生产的1900mm的ISP2000-100型积分球,杭州远方公司生产的直径为3000mm的积分球,积分球的典型应用匀光器,图中另外两个黑色与白色的装置为照度计，用来监视积分球内的照度大小，实际使用中可以撤去。,4-5分布光度计测量光通量的原理和装置,分布光度计与积分球的比较：1.积分球:测试方法简单,但条件限制多,测量误差大;高功率的光源测总光通量时会将测试仪器损坏或烤焦球壁。2.分布光度计:不论功率多大,发热量多高均可用分布光度计测量.只是测试装置比较复杂,价格高.(测试时间由于引入了计算机已得到了改善）,工作原理：由光通量定义有:故只要测出在A面积上的光照度E,再乘以A,即可求得点光源在单位立体角内光通量的大小。设想一闭合球面包围光源,将球面分割成若干面积元S1、S2、S3测出各个面积元上所对应的照度为E1、E2、E3求出各个面元上的光通量为E1S1、E2S2、E3S3,再求和即可得到总的光通量为：即为分布光度计的工作原理每个球带的面积为:总光通量为：,计算光通量的几种方法：等角度系数法、等立体角法、作图法,1.等角度系数法(图如下)以等角度的方法分割球面第一个球冠的面积为：第二个球冠的面积为：第i个球带的面积为：则总的光通量为：,Ei计算方法:为球带系数:可每隔或进行分度,先将球带系数计算出来(一般以和进行分度)照度可用照度计在位置测量出照度,称为的平均照度;也可分别测量i-1和i处的照度Ei-1和Ei,再求两者的平均值即作为平均照度,（注：以上求法光源光强分布为轴对称的,不对称则可适当绕垂直轴转动被测光源,分别测定相应的光照度，再计算总光通量）等角度法的缺陷：球面积不同,球带面积大,的球冠面积最小,测量误差大，计算复杂,2.等立体角法：将闭合球面分成N等份,则每个球带的面积为：则通过第i条球带的光通量为EiSi故总的光通量为：,Ei计算方法:将每个球带再分成两等份,在等分线上测量球带的照度,作为每个球带的平均照度.关键在求等分角求测量方向角(平分线角度)：第i个球带的面积为：,分布光度计：1.种类：