弓 偉，張 騫

(1.長(zhǎng)治醫(yī)學(xué)院，山西 長(zhǎng)治 046000；2.長(zhǎng)治清華機(jī)械廠，山西 長(zhǎng)治 046012)

白熾燈光源光通量計(jì)的設(shè)計(jì)

弓 偉1，張 騫2

(1.長(zhǎng)治醫(yī)學(xué)院，山西 長(zhǎng)治 046000；2.長(zhǎng)治清華機(jī)械廠，山西 長(zhǎng)治 046012)

本文主要研究白熾燈的光通量測(cè)量方法。針對(duì)白熾燈的性能特點(diǎn)，通過比較分析光通量的兩類常用的測(cè)量方法，著重介紹了基于積分球的光通量相對(duì)比較測(cè)量法，并給出了光通量的計(jì)算公式。最后指出了測(cè)量方法可能導(dǎo)致誤差產(chǎn)生的原因。

白熾燈；光通；積分球

1 綜述

白熾燈廣泛應(yīng)用于商店的產(chǎn)品展示、藝術(shù)品或裝飾品的藝術(shù)照明以及辦公樓及大廳的照明等方面，故對(duì)其具體參數(shù)指標(biāo)的測(cè)定顯得尤為重要。在照明工程如電光源制造工業(yè)中，光通量是衡量產(chǎn)品質(zhì)量的一個(gè)重要指標(biāo)，總光通量是表征光源特性的一個(gè)重要參數(shù)。

光源的發(fā)光強(qiáng)度是光度學(xué)中的基本量，由發(fā)光強(qiáng)度可以推導(dǎo)出其它光度量。因?yàn)橐话愎庠丛诟鱾€(gè)方向上的發(fā)光強(qiáng)度并不一致，若要表征光源的特性，單以光源的發(fā)光強(qiáng)度來表示是不全面的，故只有用總光通量來說明光源更為合適。

本文研究白熾燈的光通量測(cè)量方法。

2 白熾燈光源光通量測(cè)量方法簡(jiǎn)介

白熾燈是根據(jù)電流的熱效應(yīng)制成的發(fā)光器件，它是將燈絲通電加熱到白熾狀態(tài)，利用熱輻射發(fā)出可見光的電光源，至500 ℃時(shí)開始發(fā)出可見光。

通常采用兩種方法進(jìn)行光通量的測(cè)量[1]：相對(duì)比較法和絕對(duì)測(cè)定法。絕對(duì)測(cè)定法是使用分布光度計(jì)測(cè)量光源發(fā)光強(qiáng)度的空間分布，再由其分布計(jì)算總光通量，并由其分布得到配光曲線；相對(duì)比較法則是利用光通量已知的標(biāo)準(zhǔn)燈和待測(cè)燈進(jìn)行比較，從而得到待測(cè)燈的總光通量。

絕對(duì)測(cè)定法[2]對(duì)各種光源的測(cè)定都能達(dá)到很高的精度，但其用到的測(cè)量裝置——分布光度計(jì)價(jià)格昂貴，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，不適用于小型計(jì)量單位。所以，絕對(duì)測(cè)定法一般用于建立總光通量標(biāo)準(zhǔn)，以及不適合采用相對(duì)比較法的情況下。相對(duì)比較法是更為常用的測(cè)量方法，測(cè)量原理和數(shù)據(jù)處理都相對(duì)比較簡(jiǎn)單。

本文將重點(diǎn)介紹一種基于積分球原理的光通量相對(duì)測(cè)量方法。

3 基于積分球原理的光通量相對(duì)測(cè)量方法

3.1 理想積分球原理

積分球又稱光通球，它是內(nèi)部中空的完整球殼。積分球的尺寸各異，最大的直徑可達(dá)5 m,最小的直徑僅有十幾厘米，球內(nèi)壁涂以白色涂料。理想積分球需滿足以下條件：1)球的內(nèi)表面是一個(gè)完整的幾何球面，半徑處處相等；2)球內(nèi)沒有任何物體，光源視為只發(fā)光而沒有體積的抽象光源；3)球內(nèi)壁是中性的均勻漫反射面，對(duì)各種波長(zhǎng)的入射光具有相同的漫反射比。

理想條件下，設(shè)積分球半徑為r，球內(nèi)壁各點(diǎn)漫反射均勻，服從朗伯定律，漫反射比為ρ。光源可在球內(nèi)任何位置，光源的總光通量為φ。圖1為積分球測(cè)光通量的原理圖。

設(shè)在A點(diǎn)處面積元dS上產(chǎn)生的直射光照度為Ea。由于球內(nèi)壁為均勻漫反射表面，因此，dS面上的光出射度為：M=ρEa.

根據(jù)朗伯定律，有：M=πL=ρEa.

由A點(diǎn)處面元經(jīng)dS一次漫反射后在M點(diǎn)產(chǎn)生的二次照度dE2為：

圖1 積分球測(cè)光通量原理圖

φ=∫SEadS為光源S直接照射到球面上的總光通量。

同理，由二、三、四以及其他各次漫反射光在球壁M點(diǎn)建立的光照度依次為：

相應(yīng)E4=ρE3=ρ2E2，E5=ρE4=ρ3E2……

從而，球內(nèi)壁上任意一點(diǎn)M的光照度總和為各次漫反射光的光照度之和，即：

E=E1+E2+E3+E4+…

E=E1+E2(1+ρ+ρ2+ρ3…)

由等比數(shù)列公式，可得：

E=E1+Eρ.

若在光源S和球內(nèi)壁M點(diǎn)之間放一個(gè)擋屏將直射光E1擋掉，則E=Eρ，Eρ稱為漫反射照度。由Eρ和φ的關(guān)系式可知：

由以上計(jì)算過程可知，漫反射照度Eρ與總光通量φ成正比。標(biāo)準(zhǔn)光源的光通量是已知量，其漫反射照度可以測(cè)出。待測(cè)光源的漫反射照度亦可測(cè)出，通過相對(duì)比較法即可得到其光通量。這就是利用積分球測(cè)量總光通量的基本原理[3]。

3.2 積分球相對(duì)比較法測(cè)量總光通量

標(biāo)準(zhǔn)燈的光通量由下式得出：

相應(yīng)待測(cè)燈的光通量為：

兩式相比，消去相關(guān)系數(shù)，得到：

若光電池是在線性范圍工作，則光照度與光電流成正比，上式變?yōu)椋?/p>

式中：φS為標(biāo)準(zhǔn)燈的光通量，數(shù)據(jù)已知；is和ix可以由相關(guān)儀器設(shè)備測(cè)量得到。故待測(cè)燈的總光通量可以由上式計(jì)算得到。

4 測(cè)量誤差分析

需要指出，以上測(cè)量結(jié)果是在理想情況下得到的。在實(shí)際測(cè)量過程中，由于各種誤差因素的影響，測(cè)量結(jié)果與實(shí)際值必然有一定的偏差。

導(dǎo)致偏差產(chǎn)生的原因主要有：標(biāo)準(zhǔn)燈的尺寸與被測(cè)燈的尺寸的不一致性、積分球本身的內(nèi)部結(jié)構(gòu)、積分球內(nèi)壁和窗口選擇性、異色溫測(cè)光等等。所以，要想獲得高精度的測(cè)量結(jié)果，必須對(duì)結(jié)果進(jìn)行修正，才能減小甚至消除誤差，獲得理想的測(cè)量結(jié)果。

[1] 李振國(guó)，魏青.光輻射測(cè)量原理與技術(shù)[M].北京：中國(guó)建材工業(yè)出版社，1998：1-89.

[2] 楊臣鑄，李振國(guó).關(guān)于光源總光通量的絕對(duì)測(cè)量[J].照明工程學(xué)報(bào)，1997(2)：21-26.

[3] 顏臺(tái)永，光通量測(cè)試技術(shù)探討[J].中國(guó)照明電器，2001(7)：17-19.

Design of Luminous Flux Meter of Incandescent Lamp

Gong Wei1, Zhang Qian2

(1.ChangzhiMedicalCollege,ChangzhiShanxi046000,China; 2.ChangzhiQinghuaMachineryFactory,ChangzhiShanxi046012,China)

The measurement of the luminous flux of an incandescent lamp is described in this paper. Aimed at characteristics of the incandescent lamp, the relative comparison method of luminous flux based on the integrating sphere is emphatically introduced and computing formulas are given. At last, possible causes of error are pointed out.

incandescent lamp; luminous flux; integrating sphere

2017-04-27

弓 偉(1983- )，男，山西長(zhǎng)治人，講師，工程師，工學(xué)碩士，研究方向?yàn)獒t(yī)療電子設(shè)備。

1674- 4578(2017)03- 0038- 02

TP216

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