(高清版)GB∕T 39388-2020 照度计和亮度计的性能表征方法

国家市场监督管理总局国家标准化管理委员会GB/T39388—2020/CIES023/E:2013 I 1 3术语和定义 6 9 27附录A(资料性附录)测量红外和紫外响应时使用的光源和滤色片 29附录B(资料性附录)通用注释 35I——GB/T27418—2017测量不确定度评定和表示(ISO/I 1GB/T39388—2020/CIES GB/T20151—2006光度学CIE物理光度系统(CIES010/E:2004,IDT)ISO/IECGuide98-3:2008)测量不确定度第3部分：测量不确定度的标示指导[(Uncertaintyofmeasurement—Part3:Guidetotheexpressionofuncertaintyinmeasurement(GUM:1995)]ISO/IECGuide99:2007”国际计量学词汇基本和通用概念及相关术语[Internationalvocabu-laryofmetrology—Basicandgeneralconceptsandassociatedterms(VIM)]IEC60051-1:1997直动式指示模拟电气测量仪器及其附件第1部分：所有零件通用的一般要求(DirectactingindicatinganalogueelectriDefinitionsandgeneralrequirementISO11664-2:2007/CIES014-2/E:2006色度学第2部分：CIE标准照明体(Colorimetry—Part2:CIE114/4:1994CIE光度测定与比色法汇编分布温度和比例温度(CIEcollectioninphotometryandcolorimetry—DistributCIE198:2011光度测量不确定度(Determinationofmeasurementuncertaintiesinphotometry)2GB/T39388—2020/CIES023/E测量准确度measurementaccuracy被测量的测得值和真值之间一致程度。[ISO/IECGuide99:2007,定义2.13]测量误差measurementerror测得的量值减去参考值。[ISO/IECGuide99:2007,定义2.16]在规定条件下的一组操作：第一步是确定由测量标准提供的量值与相应示值之间的关系，第二步则是用此信息确定由示值获得测量结果的关系。[ISO/IECGuide99:2007,定义2.39]测量系统的调整adjustmentofameasuringsystem为使测量系统提供相应于给定被测量值的指定示值，在测量系统上进行的一组操作。[ISO/IECGuide99:2007,定义3.11]通过文件规定的不间断的校准链，将测量结果与参照对象联系起来的测量结果的特性。3GB/T39388—2020/CIES023/E[ISO/IECGuide99:2007,定义2.41]光度计photometer测量光度量的设备。与光度计或光源相关联的用来测量二者间的距离的平面。垂直于光度计探头光轴，且满足从该平面测得的点光源的照度和其与点光源的距离之间符合距离平方反比定律的平面。限定光度距离limitingphotometricdistance考虑到光度距离平方反比定律，对于给定的可接受误差，光源的参考平面到光度计的有效参考平面间的最短距离。接收孔径acceptanceaperture照度计的光度探头或者亮度计的测量场上的接受区域。3.2质量指标术语初始调节指数initialadjustmentindexf描述光度计的读数与对应参考值的相对偏差的绝对值的指数。V(λ)失匹配指数generalV(λ)mismatchindex描述光度计的相对光谱响应度与V(λ)函数的偏差的指数。4fuvff₂f₂.c³方向对称性指数(仅限亮度计)directiof₂,.f₂..5GB/T39388—2020/CIEf₃f₄f₅f,f₈f₉fi₂6yo={1-cos[arcsin(1/√2)]}/2=7GB/T39388—2020/CIE径d处(见图1)。y.=(1-cos(arcsin(1/2)))/2=0半柱面照度Esc的照度计算见公式(4):径d处(见图1)。y.=(1-cos(arcsin(1/2)))/2=0图1一个柱面(半柱面)照度计的有效参考平面8径d处(见图1)。Y.=(1-cos(arcsin(1/2)))/2=参考标准的量值不确定度应来自该标准的校准证书。其他在测量过程中产生的不确定度贡献-—标准的老化； 与测量光源相关的V(A)函数失匹配(如采用4.1所述的相关色温为2856K的白炽灯校准光 fo=|Y'a/Ya-1|…………(6)应定期核查光度计与V(λ)函数的光谱匹配。一种简单的验证方法是，首先使用CIEA光源校准9GB/T39388—2020/CIE光度计的相对光谱响应度sm(λ)应与明视觉下的光谱光视效率函数V(a)”匹配。有多个不同的的读数应使用光谱失配校正因子F[Sz(λ)]来校正。如果光源的相对光谱分布未知，则可使用通用V(λ)失匹配指数f₁'(参见附录B)的概念来表征该光度计。 K。——K.≌6831m·w-¹(在标准空气中);s(λ)——光度计的光谱响应度；Sz(λ)——被测光源的相对光谱功率分布。光度响应度包含照度响应度和亮度响应度，通常单位为安培每勒克斯(A·1x-¹)、伏特每勒克斯(V·1x-¹)、安培每坎德拉负二次方米)[A·(cd·m-²)-¹]等。例如，如果s(λ)是单位为安培平方米每瓦(A·w-¹·m²)的光谱照度响应度，则sv是单位为安培每勒克斯(A·1x-¹)照度响应度。积分的上下限(λmin,λmu)宜涵盖所有Sz(λ)·s(λ)非0的范围。光度计通常由CIEA光源校准。此时，对CIE标准A光源的响应度表示为公式(8):标准A光源的相对光谱功率分布。5.2.4相对光度响应度和光谱失配校正因子若光度计在给定光谱范围内的光谱响应度与预设加权函数不同，则会得到不正确的测量结果。使用光谱积分的响应函数，在对比两种光谱分布，如Z光源和CIEA光源时，上述不同会在一定程度上相互补偿。为量化计算，需要知道光度计的相对光谱响应度sm(a)和Z光源的相对光谱分布Sz(λ)。相对光度响应度a*(Sz(a))为探测器在Z光源下的光度响应度sz与探测器在CIEA光源下的光度响应度sA的比值，见公式(9):Sz——使用Z光源时光度计的光度响应度；SA——使用CIEA光源时光度计的光度响应度。积分的上下限(λmm,mx)宜对应所有sm(λ)的非零波长区域。a·[S₂(λ)]的倒数被称为光谱失配校正因子F*[Sz(λ)]={a·[Sz(λ)]}-¹(有时也简写为SMCF)。如果光度计的相对光谱响应度和光源的相对光谱分布已知，应根据公式(9)对测量进行校正。对于光谱较窄的光源(如LED),应用光谱失配校正因子是最重要的。5.2.5颜色校正因子和失配指数根据CIE114/4:1994的规定，白炽灯或卤素灯的相对光谱功率分布与普朗克分布P(Ta,λ)类似，可用分布温度T。表征。此时，光谱失配校正因子可近似为温度比值和失配指数m,见公式(10):Ta——光源的分布温度；m——光度计实验决定的失配指数。公式(10)可用于光度计校准过程中的不确定度评估。5.2.6特定失配指数针对一个特定光源，光度计与V(λ)函数的光谱匹配质量可以表达为公式(11):f₁[Sz(λ)]=a[Sz(λ)]-1…………(11)然而，如果光源的相对光谱分布和光度计的光谱响应度已知，则可对光度计的测量结果进行校正。特定失匹配指数f₁[Sz(λ)]并不适合于描述光度计的通用性能，因为如果光度计的相对光谱响应度与V(A)函数相差很大，针对一个特定光谱分布理论上可以将f₁[Sz(λ)]最小化，但对于其他光源，f₁[S₂(a)]的值可能会很大。对于普通照明条件，特别是白光光源，通用V(a)失匹配指数f₁'可以最好地表征光谱失配的质量。为此，相对光谱响应度sm(λ)应使用归一化的光谱响应度函数表示，见公式(12):指数f₁'定义为公式(13):5.3紫外响应5.3.1概述光度计应对紫外辐射没有响应。紫外响应可能是由于紫外阻挡不充分或者荧光效应引起的。5.3.2测量方法使用主要在UV-A范围辐射的紫外灯和具有给定光谱透射比tuv(λ)UV带通滤色片来照射光度计来确定其紫外响应。紫外灯应具有如图2所示的相对光谱分布函数，可见辐射(照度)与UV-A辐照度之比应为351x·(W·m-²)-¹,相对光谱功率分布的标称值数据列于表A.2中。紫外带通滤色片的光谱透射比应与图3所示相接近，光谱数据列于表A.1中。若使用不同的光谱分布或透射比，则应评估这种不同带来的影响，最终的结果应校正至标称值并进行报告。紫外灯不加滤色片照射光度计产生的信号应至少为最小可解析信号的1000倍。3图2用于测量紫外响应fuv的辐照度Suv的相对光谱分布图3用于测量紫外响应fuv的紫外滤光片的光谱透射比tuv(λ)光度计的紫外响应指数fuv为信号Yuv与信号Y之比，其中Yuv为光度计在5.3.2所规定的紫外光源加紫外滤色片照射下的信号；Y为光度计在相同光源但不加滤色片照射下的信号。具体见公式(14)和公式(15):5.4红外响应5.4.1概述光度计应对红外辐射不响应。应通过CIEA光源和IR滤色片照射光度计来测量红外响应，CIEA光源灯为钨丝灯，IR滤色片的光谱透射比见图4和参见表A.3。如果使用不同的光谱分布或透射比，则应评估这种不同带来的影响，最终的结果应校正至标称值并进行报告。图4为确定红外响应指数fm给出红外滤光片的透射光谱tm(λ)所使用的灯应不包含反射器，并使用未处理的灯罩以确保红外辐射不衰减。不加滤色片的红外灯照射光度计产生的信号应至少为可解析最小信号10000倍。光度计的红外响应指数fn为信号Yr与信号Y之比，Yr为光度计在相关色温为2856K的白炽灯(CIEA光源)和指定滤色片照射下所得的信号；Y为光度计在相同光源但不加滤光片照射下所得的信号。具体见公式(16)和公式(17):光线入射到光度计接收区域产生的效应依赖于其入射角。方向响应函数 接收面中心为原点绕水平轴或垂直轴转动来改变入射角。旋转中心应与制造商指定的接收面中心一注：对于输入量值和输出信号为非线性关系的光度计，测量宜保持在恒定的信号水平或者根据所测的光度计输入Y(e,φ)——输出信号关于入射角的函数；e——入射光与光度探头测量面法线所成的夹角(见图5);8)使用符号为Ez.图5定义函数f₂(e,φ)的坐标系E—入射光与光度探头测量面法线所成的夹角(见图6);φ——方位角(见图6)。E——入射光与光度探头测量面法线所成的夹角(见图7);φ——方位角(见图7)。e——入射光与光度探头测量面法线所成的夹角(见图10);φ——方位角(见图10)。图11半球面照度计在垂直平面的理想响应度使用指数f₂,2.表征方向性响应，见公式(39):如下分别给出公式(39)中的两个组分公式(40)和公式(41),即： (40) (40) (41)5.6亮度计的方向响应5.6.1概述亮度计应对测量视场以内的评价表面具有均匀亮度的响应，且测量视场以外的光照区域不应影响测量结果。方向响应函数可以用来描述方向依赖性评估和在测量视场外环境亮度的影响。入射角函数是指光度探头的接受区域对入射光的响应，方向响应函数(用入射角函数表示对入射光的评估)是由光学几何、光度探头的构造和光学系统内的杂散光共同决定的。特殊的方向响应函数可以通过在光度探头上配置特殊透镜或诸如此类的其他附件(例如：可互换的器件)来实现，例如对等效光幕亮度的测量。5.6.2测量方法为了测量方向响应函数，光源应放置在距离接收平面足够远的位置以保证光源发光区域的对边角不应大于测量视场角a的5%,a是以光轴为中心的测量视场外围所形成的最大张角。亮度计应对焦光源，并应围绕入瞳中心旋转。作为一种替代的方法，保持光度探头固定，光在垂直于光度计光轴的平面上移动。应在至少四个等间距的φ方向角内获取输出信号关于入射角的函数，应阻止杂散光进入接收面。亮度计的方向响应由方向响应函数f₂(e,φ)表征，见公式(42):Y(e,φ)——在入射角e和方位角φ的输出信号(见图12);Y(0,φ)——光线沿光度计探头光学轴方向入射且方位角为φ的输出信号。图12定义函数f₂(e,φ)的坐标系Ym——使用5.6.2的测量方法，入射角在指标函数f₂(E₉/10)和f₂(E100)由公式(44)和公式(φi——输出值为Ym.时的方位角；——测量视场角a(见5.6.2);——指标函数f₂(e1/100); 成像面上，该光陷阱应完全遮挡并超过测量视场直径的10%(见图13)。保持33图13在确定f₂.时光陷阱尺寸示意图线性度是表征光度计的输出量变化与输入量变化成比例的特性，即在特定的输入范围内，响应度是根据公式(49),用指标f₃(Y)表征每个范围的线性度偏差。除了最高灵敏度范围外，取10%量程f₂=max[f₃(Y)]…5.8显示单元5.8.1概述f₄=k·i。…………(50)k——输出量程转换因子(例如，k=10表示按1:10的比例切换量程范围);疲劳是指在稳定工作条件下由入射光照引起的响应度的临时性变化。疲劳特性所表征的响应度变5.9.2测量方法应使用50001x的稳定光照测量疲劳特性。工作条件(环境温度、供电等等)应保持恒定。测量输出信号关于照射周期的函数。在开始稳定照射前，光度探头应在非光照条件下静置24h。用对称偏差函数f₅(t)评估疲劳特性，由公式(53)给出：t—-光度计探头被恒定照射的持续时间；Y(t)t时刻的输出信号；为了表征疲劳特性，指标fs按公式(54)给出：式中：Y(t=30min)——从开始到光照30min后的输出信号；Y(to=10s)——从开始到光照10s后的输出信号。5.10.1概述温度依赖性描述的是周围温度对光度计绝对响应度和相对光谱响应度的影响。如果光度计工作时的环境温度与校准时不同，将产生测量误差。虽然光度计相对光谱响应度会随环境温度变化，但这种变化很难量化，还没有针对这种影响的测试。只有对绝对光照响应度的特性表征。5.10.2测量方法为了测量温度依赖性，整个光度计应暴露在要求的温度下。在开始测量前，仪器应达到热平衡状态。应至少进行环境温度为5℃、25℃(参考温度)和40℃条件下的测量，光度探头上的光照应使测量值接近某个量程的最大值(这个量程的选定宜考虑使用足够低的照明条件以最小化疲劳，参见注2)。5.10.3表征方法5.11湿度阻抗的环境条件下达到热平衡状态。环境温度在测试时应设置在21℃至27℃之间，波动范围保持在2℃以内。相对湿度应设置在45%～75%之间，光度计适应湿度环境的时间不应少于3h。在光度导轨上在正弦调制光(调制度1,见图14)的频率下限v₁(或频率上限va)是指在该频率之下(或之上),与具有相同算数平均值的非调制光比的读数不超过5%。图14正弦调制光的调制程度1达到10⁴Hz水平，然而这种方法比上述LED方法产生的照度值要高。对于占空比为50%的旋转挡光Y(v=0Hz)--非调制光照明时的输出信号；为了描述偏振依赖性，公式(60)给出指标函数f₈(e,φ):Ymx——最大输出信号；e——入射光线与光学轴夹角；为表征偏振依赖性，与测量参数一起宣称光度探头的f₈:5.14空间响应不均匀一些光度计探头的构造，会导致它们的响应度和相对光谱响应度与其接收孔径内入射光的位置有明显的依赖性。当接收孔径被均匀照射时这种依赖性会消失。5.14.2测量方法对于这种测量，按5.5.2(照度计)和5.6.2(亮度计)所述设置光源。使用一个直径为光度计接收孔径B直径十分之一的圆形孔径A,放置在光度计接收面之前。应避免杂散光落至接收孔径。这个圆形孔径A分别放置在光度计接收面之前的五个位置：a)位置1:孔径A的通孔中心位于光度计接收孔径B的中心；b)位置2到5:接收面A通孔的中心位于距光度计接收孔径B中心三分之二半径处。四个位置(2到5)围绕入射面中心间隔90°设置。使用指标f,描述照度的空间响应不均匀性，按公式(61)定义：Y₁——在接收孔径上2到5四个点测量到的入射辐射的输出信号；Y₁——在接收孔径中心测量到的入射辐射的输出信号。5.15量程变化5.15.1概述由量程变化产生的偏差是光度计从一个量程切换到相邻的量程时产生的系统偏差。使用指标fnYA——量程A上的读数，输入量XA对应90%满量程(在数字光度计上的最大读数);Yg——在下一个更大量程(量程B)上的读数，输入量XB是输入量准的亮度设置在任意量程的90%满量程的信号输出水平。在制造商说明的光度探头的最长和最短对SI:国际单位制(InternationalSystemofUnits)IEC:国际电工委员会(InternationalElectrotechnicalCommission)ILAC:国际实验室认可合作组织(InternationalLabo