光度量的測量-

光度量的測量-第1頁，課件共39頁，創(chuàng)作于2023年2月第8章光度量的測量8.1發(fā)光強度的測量8.1.1在光度導(dǎo)軌上測量8.1.2用偏光光度計測量8.1.3用客觀光度法測量8.1.4測量中應(yīng)注意的問題8.2光通量的測量

8.2.1用分布光度計

8.2.2用積分球

8.3照度的測量

8.4亮度的測量

第2頁，課件共39頁，創(chuàng)作于2023年2月8.1發(fā)光強度的測量

發(fā)光強度的測量可用目視光度法測量，也可用客觀光度法測量。測量可在光度導(dǎo)軌上運用平方反比定律來進行。

發(fā)光強度(I,單位坎德拉,cd,lm·sr-1)第3頁，課件共39頁，創(chuàng)作于2023年2月8.1.1在光度導(dǎo)軌上測量發(fā)光強度

第4頁，課件共39頁，創(chuàng)作于2023年2月8.1.1在光度導(dǎo)軌上測量發(fā)光強度

實際上漫射屏總有一定的厚度。設(shè)屏厚度為2t，則有第5頁，課件共39頁，創(chuàng)作于2023年2月8.1.1在光度導(dǎo)軌上測量發(fā)光強度

為了方便起見，實際上往往使用(8-1)式計算Ic。這樣由于反射屏厚度的影響,將引入測量誤差。若要使一誤差小于0.1%，即例如：2t=4mm,則有(m)，如果rs=1.5m，則可解得當(dāng)測量精度要求較高，而測量時實際rs和rc相差較大時，應(yīng)用(8-2)式把反射屏厚度的影響考慮進去。第6頁，課件共39頁，創(chuàng)作于2023年2月8.1.1在光度導(dǎo)軌上測量發(fā)光強度

在制做白色漫射屏?xí)r，使其兩平面反射比相同，則(8-1)式變?yōu)槭街?，rs和rc可由導(dǎo)軌刻度讀出；Is是已知標(biāo)準(zhǔn)燈的發(fā)光強度；第7頁，課件共39頁，創(chuàng)作于2023年2月8.1.1在光度導(dǎo)軌上測量發(fā)光強度

在測量時，如果光度計內(nèi)兩條光路系統(tǒng)不對稱或者漫射屏兩平面的反射比不一樣將會引起附加的測量誤差。為消除這種誤差可采用比較測量法，此時除了用標(biāo)準(zhǔn)燈及待測燈外，還要使用一只比較燈(V燈)。對于比較燈只要求光強度在一定時間內(nèi)保持穩(wěn)定，不必預(yù)先知道其數(shù)值。第8頁，課件共39頁，創(chuàng)作于2023年2月8.1.1在光度導(dǎo)軌上測量發(fā)光強度

當(dāng)待測光源與標(biāo)準(zhǔn)光源色溫相差較大時，可采用以下幾種方法減小測量誤差：

①用濾光片或色溶液加在待測光源一側(cè)，使光度計中待測光路視場的光色與標(biāo)準(zhǔn)光路視場的光色相一致。v是濾光片或色溶液的目視透射比；()是待測光源的光譜輻射通量；()是濾光片或色溶液的光譜透射比；V()是標(biāo)準(zhǔn)人眼光譜光視效率。計算Ic時要除去v的影響。第9頁，課件共39頁，創(chuàng)作于2023年2月8.1.1在光度導(dǎo)軌上測量發(fā)光強度

②閃爍法可用于測量與標(biāo)準(zhǔn)光源色調(diào)相差較大的待測光源的光強度。閃爍法是根據(jù)人眼對間斷光的響應(yīng)特性而設(shè)計。閃爍法測發(fā)光強度要使用閃爍光度計，圖8-3是艾夫斯-布里德(Ives-Brady)閃爍光度計的測量光學(xué)系統(tǒng)圖。艾夫斯認為：對異色光來說，閃爍法在所有比較測量法中精度最高，重復(fù)性最好。當(dāng)用作比較的光源之間色差不很大時，由熟練的觀察者操縱閃爍光度計，測量的相對精度可達0.5~1%。使用閃爍光度計時，很快會導(dǎo)致人眼疲勞，因此，測量時間一般不應(yīng)超過一小時。第10頁，課件共39頁，創(chuàng)作于2023年2月8.1.2用偏光光度計測量發(fā)光強度測量方法操作簡單，無需在光度導(dǎo)軌上移動測量部件。馬丁斯(Martens)偏光光度頭的工作原理如圖8-4所示。設(shè)a、b分別為兩個比較光源，由a發(fā)出的光經(jīng)過平凸透鏡和渥拉斯頓棱鏡分成兩束光(圖中分別用實線和虛線表示)，它們的偏振方向是正交的。再經(jīng)過雙棱鏡，又把每一束光分成向不同方向折轉(zhuǎn)的兩束。這樣通過望遠系統(tǒng)觀察時，就可看到4個分開的點?，F(xiàn)在用光闌擋去三束，只留下圖中a1部分；由b光源來的光也一樣被遮去三束，預(yù)先設(shè)計好雙棱鏡的角度，使得來自b光源的光束b2和a1正好在觀察者眼中重合，這時b2和a1的偏振方向剛好正交。第11頁，課件共39頁，創(chuàng)作于2023年2月8.1.2用偏光光度計測量發(fā)光強度馬丁斯偏光光度計的結(jié)構(gòu)如圖8-5所示。在測量發(fā)光強度時，使待測光源C垂直照亮漫射屏P，再經(jīng)兩塊棱鏡的折轉(zhuǎn)，照亮漫射屏W1，參考光源V直接照亮漫射屏W2，W1和W2相當(dāng)于圖8-4中光源a和b。儀器中尼可爾(Nical)棱鏡起檢偏的作用。設(shè)它的檢偏角相對零位為

，則通過它后W1的亮度減為LW1cos2

，W2的亮度減為LW1sin2

。儀器可繞ZZ、LL

軸轉(zhuǎn)動，保證待測光源C可垂直照亮漫射屏P。第12頁，課件共39頁，創(chuàng)作于2023年2月8.1.2用偏光光度計測量發(fā)光強度在儀器使用之前，要用標(biāo)準(zhǔn)光源S進行標(biāo)定。用已知光強度Is的燈放在測量光路中，并已知標(biāo)準(zhǔn)燈S到漫射屏P的距離rs。轉(zhuǎn)動尼可爾棱鏡，直到觀察視場出現(xiàn)光度平衡，則有式中，k1、k2分別為兩側(cè)光路光度特性參數(shù)；

0是尼可爾棱鏡的轉(zhuǎn)角。儀器的標(biāo)定常數(shù)第13頁，課件共39頁，創(chuàng)作于2023年2月8.1.2用偏光光度計測量發(fā)光強度用儀器測待測光源的光強度時，測出待測光源到漫射屏P的距離rc，則式中，是待測光源C與比較光源V的視場亮度達到光度平衡時尼可爾棱鏡的轉(zhuǎn)角。

第14頁，課件共39頁，創(chuàng)作于2023年2月8.1.3用客觀光度法測量光強度客觀光度法測量光強度時，所使用的光接收器是光輻射探測器，即對標(biāo)準(zhǔn)光源和待測光源在接收器全部有效面積上的照度進行比較，判斷出待測光源光強度。如果探測器位置固定，保持光源座與光輻射探測器的距離不變，先將標(biāo)準(zhǔn)光源S放在光源座上，測得光電流為is，再用待測光源C替換光源S，測得光電流ic，則可求得待測光強度Ic：這種方法要求探測器上的照度必須在探測器線性工作范圍以內(nèi)。

第15頁，課件共39頁，創(chuàng)作于2023年2月8.1.3用客觀光度法測量光強度如果將光接收器固定。在距光接收器的一定距離rs上測得標(biāo)準(zhǔn)燈的光電流is，用待測燈換去標(biāo)準(zhǔn)燈，并作水平移動，使待測產(chǎn)生的光電流與標(biāo)準(zhǔn)燈的相同，記下此時待測燈的距離rc，則可求得待測光強度Ic：

這種方法對探測器沒有線性工作要求。

第16頁，課件共39頁，創(chuàng)作于2023年2月8.1.3用客觀光度法測量光強度注意：客觀法測發(fā)光強度時，如果標(biāo)準(zhǔn)光源和待測光源有相同的光譜能量分布，則探測器的光譜響應(yīng)只要求在相應(yīng)光譜范圍內(nèi)有足夠的靈敏度；如果兩光源光譜能量分布不同，就必須使探測器的相對光譜響應(yīng)和人眼光譜光視效率V()相一致，才能正確的進行測量。第17頁，課件共39頁，創(chuàng)作于2023年2月8.1.4光強度測量中應(yīng)注意的問題(1)雜散光造成的誤差進行光強測量時,要嚴防外來光線射到探測器上,尤其要防止周圍物體的一次反射光線。避開干擾光的最有效辦法是使用擋屏(圖8-6)。裝上擋屏后，從探測器表面各點都應(yīng)當(dāng)能看到整個光源，而除光源外，室內(nèi)各個位置都應(yīng)被擋屏遮擋。光源的背景應(yīng)該是全黑色的，通常采取在光源后邊放置一個內(nèi)外表面涂黑的空腔，或在一定距離之外張掛一幅黑色天鵝絨幕。

第18頁，課件共39頁，創(chuàng)作于2023年2月8.1.4光強度測量中應(yīng)注意的問題(2)導(dǎo)軌距離讀數(shù)的精度根據(jù)給定的光強度測量精度，從描述光強度、照度和距離的關(guān)系可得到所需要的距離讀數(shù)精度，由于距離是平方值，故相對誤差為

如果光強度測量時允許相對測量誤差為0.5%。則最大相對距離精度允許誤差為0.25%。第19頁，課件共39頁，創(chuàng)作于2023年2月8.1.4光強度測量中應(yīng)注意的問題(3)保證光源工作穩(wěn)定為保證所測光強度數(shù)值的精度要求，對光源的工作電壓和電流必須有較高精度的控制。例如，對于某種真空低壓燈泡，發(fā)光強度I隨光源工作電壓V或電流i變化的關(guān)系分別為如果要求光源的發(fā)光強度變化不超過0.5%，則工作電壓的相對精度要求為0.15%，工作電流的相對精度要求為0.08%。即要保證發(fā)光強度穩(wěn)定在一定的精度范圍內(nèi)，對工作電流的精度要求高于對電壓的要求。

第20頁，課件共39頁，創(chuàng)作于2023年2月8.1.4光強度測量中應(yīng)注意的問題(4)光度平衡判別中人的主觀誤差為減小主觀誤差，應(yīng)由有經(jīng)驗的光度測量人員進行測量。每次測量要測取多次讀數(shù)(例如5~10次)，這樣測量精度可達0.2%。此外，對測量環(huán)境也有一定的要求，儀器視場的亮度應(yīng)在3~30cd/m2之間，視場要均勻，沒有污斑、顆粒結(jié)構(gòu)等。環(huán)境亮度不應(yīng)低于15cd/m2。

第21頁，課件共39頁，創(chuàng)作于2023年2月8.2光通量的測量光源的發(fā)光強度是光度學(xué)的基本參數(shù)，由其可導(dǎo)出光度學(xué)其它各基本量。因為發(fā)光強度不足以表征光源的完整特性，通常需要使用光通量來表征它，光通量的單位從發(fā)光強度單位導(dǎo)出，對各向同性的點光源來講，其光通量=4I，故只要測定點光源的發(fā)光強度乘以4就可求得光通量。然而，實際光源總有一定大小，其光源發(fā)光強度在空間也非均勻分布，故必須采用相應(yīng)的方法進行測量。最常用的是用分布光度計和積分球來測量光通量。

第22頁，課件共39頁，創(chuàng)作于2023年2月8.2.1用分布光度計用分布光度計測量光源的光通量具有測量精度高的優(yōu)點，但測量方法較復(fù)雜，一般在國家計量部門和一些研究單位中使用。(1)測量原理由發(fā)光強度I和光通量的定義，可得到

如果在不同的空間位置上測得發(fā)光強度I(,)，就可求出光源的光通量。但對不同方位發(fā)光強度的測量則是比較麻煩的。第23頁，課件共39頁，創(chuàng)作于2023年2月8.2.1用分布光度計根據(jù)多數(shù)光源的燈絲結(jié)構(gòu)形狀，可近似地認為光源的光分布是軸對稱的，即沿各個方位角都有同樣的空間光分布(圖8-7)，因此上式可簡化成

函數(shù)I()的確定也是不容易的。但是，當(dāng)光源的材料是朗伯輻射體，對于幾種幾何形狀簡單的物體，可求得其光分布函數(shù)。第24頁，課件共39頁，創(chuàng)作于2023年2月8.2.1用分布光度計①

發(fā)光圓片(圖8-8(a))發(fā)光圓片的光強分布為一球體，直徑等于Imax的球與圓片中心相切。②

球面光源(圖8-8(b))球面光源的光強分布也是一個球體，光源位于球體的中心，Imax為球體的半徑。第25頁，課件共39頁，創(chuàng)作于2023年2月8.2.1用分布光度計③

半球面光源(圖8-8(c)，頂面不發(fā)光)光源的光強分布是繞極軸旋轉(zhuǎn)的心臟線。④底面和頂面不發(fā)光的圓柱面光源(圖8-8(d))

光源的光強分布是一個圓環(huán)面，它由一個直徑為Imax的圓繞圓柱光源軸線旋轉(zhuǎn)而成。第26頁，課件共39頁，創(chuàng)作于2023年2月8.2.1用分布光度計對于上述幾種特定的光源，只要測出它們的光強度Imax，就可以分別求出其光通量。雖然實際生活中的光源很難是完全漫反射體，但對于幾何形狀類似的光源，可借助以上近似求得相應(yīng)的光強分布和光通量。第27頁，課件共39頁，創(chuàng)作于2023年2月8.2.1用分布光度計對于實際存在的多數(shù)光源，很難找到其光強空間分布的關(guān)系式，往往采用測量照度的辦法確定其光通量。光通量可由光源周圍任一封閉面積上的照度分布求出，如果選用半徑為r的任一球體表面作為被測面，則光通量為式中，E(,)是半徑為r球面上的照度。當(dāng)光源具有軸對稱特性時，上式可簡化為第28頁，課件共39頁，創(chuàng)作于2023年2月8.2.1用分布光度計實際計算時，用求和近似代替積分采用等角度法和等立體角法劃分球表面環(huán)帶(圖8-9)第29頁，課件共39頁，創(chuàng)作于2023年2月8.2.1用分布光度計(2)分布光度計的結(jié)構(gòu)圖8-10是一種分布光度計的結(jié)構(gòu)圖，接收器Ph是可沿圓弧S滑動的光電池，測量各仰角處光源的照度。圓弧S又能繞垂直軸A轉(zhuǎn)動，從而可測量光源在不同方位角時的光通量。由于結(jié)構(gòu)尺寸限制，這種儀器一般只能用于測量小或中等尺寸的光源。第30頁，課件共39頁，創(chuàng)作于2023年2月8.2.1用分布光度計在測量大尺寸光源時，要求增加光輻射探測器到光源的距離。為此可使用反射鏡組合結(jié)構(gòu)，增大測量距離。圖8-11列舉了三種光度計的反射鏡結(jié)構(gòu)。第31頁，課件共39頁，創(chuàng)作于2023年2月8.2.2用積分球測量光通量測量光通量更方便、更常用的方法是利用積分球。將光通量標(biāo)準(zhǔn)燈與待測燈相比較而得到待測燈的光通量。積分球的照度由(6-6)式表示(K稱為積分球常數(shù))

在測得了球壁處出射窗口的照度E后，可得到光通量

第32頁，課件共39頁，創(chuàng)作于2023年2月8.2.2用積分球測量光通量在實際測量時，由于需要在積分球內(nèi)安置待測光源，且為了不讓光線直射探測器，必須加設(shè)遮擋屏，起到對光線吸收和阻擋作用，故上式只能近似成立。擋屏和光源尺寸越大，引起的誤差也越大。圖8-12表示了遮擋屏的影響，遮擋屏S阻礙光源L的光到達AB區(qū)域(包括測量窗口)，而測量窗口又不能接收從CD區(qū)域反射的光線。遮擋屏的位置和大小決定了AB和CD區(qū)域的面積。理想的情況應(yīng)使AB、CD區(qū)域最小。實驗和理論證明，遮擋屏放在離待測燈R/3的距離上最為合理。有人認為遮擋屏的直徑為2R/3，但更合適的辦法是由待測燈尺寸及測量窗口的大小來確定。

第33頁，課件共39頁，創(chuàng)作于2023年2月8.2.2用積分球測量光通量圖8-13中，設(shè)燈的最大尺寸為2l，測量窗口直徑2h，擋屏半徑r，由圖可得

選擇直徑較大的積分球，可使光源和遮擋屏的尺寸的影響相對減小，從而減小吸收誤差和遮擋屏誤差。一般積分球直徑至少應(yīng)取燈最大尺寸的6~10倍。

第34頁，課件共39頁，創(chuàng)作于2023年2月8.2.2用積分球測量光通量對于具有軸對稱光強度分布的光源，應(yīng)使光源的光輻射能盡量直接照射到積分球內(nèi)壁。可采用如圖8-14的安置方式。要有效減少光源及遮擋屏引起的光通量測量誤差可選用代替法測量光通量。這種方法需要一只光通量標(biāo)準(zhǔn)燈(可由分布光度計標(biāo)定)，已知其光通量為s。測量時，先將標(biāo)準(zhǔn)燈放在積分球中心L處(參見圖8-12)