光強(qiáng)和照度的測量(共52張PPT)

光強(qiáng)和照度的測量·

§2-1光強(qiáng)基準(zhǔn)與光強(qiáng)標(biāo)準(zhǔn)燈·

§2-2目視法測光強(qiáng)·

§2-3光電池的特性·

§2-4光電法測光強(qiáng)·

§2-5光照度的計算·

§2-6照度的測量與照度計定標(biāo)●

作為光強(qiáng)單位的基準(zhǔn)器應(yīng)滿足的條件；1.

具有一定的強(qiáng)度和光譜功率分布2、具有很好的重復(fù)性，長時間點燃其光強(qiáng)數(shù)值保持不變3.制備及使用方便52-1光強(qiáng)基準(zhǔn)與光蛋標(biāo)準(zhǔn)●

光

強(qiáng)

基

準(zhǔn)

基

本

單

位

的

演

變

歷

史

：1.

早期基準(zhǔn)：蠟燭→卡塞爾燈(1800年)→尖頭鈉燈(1884-1940年)2.

白熾體基準(zhǔn)和“小數(shù)”基準(zhǔn)3.

臨時“國際燭光”4.

黑體基準(zhǔn)和新燭光5.

新燭光變成坎德拉6.

坎德拉的新定義；光源發(fā)出頻率為540×1012Hz的單色輻射，在給定方向上的輻射強(qiáng)度為1/683w/Sr時，其光強(qiáng)為1坎德拉

(cd)1900

1901

1905

1907

1913

1930

1932

19371940

1950

1960

1968泛

光

燈

高

壓

汞

燈

60

W碳絲燈

鎢絲燈

充氣燈

閃

光

燈

鈉燈

熒

光

燈

PAR

燈激

光

金

鹵

燈

和

60

W雙

螺石

英

鹵

鎢

燈

旋

鎢

絲

燈19701973

1990

1991

1992

1994

2000

2001

2005

2010

2015

2020LED

小

型

硬

玻

氫

化

物

燈

緊

湊

型

熒

小

功

率

金

硫

燈

LEP

OLEP璃

鹵

鎢

燈

光

燈

鹵

燈光源簡史1881愛

迪

生

照

明

系

統(tǒng)

首

次

用

于

輪

船

哥

倫

比

亞

號

拉

特

默

的

碳

絲燈1856真

空

燈赫

爾

曼

斯

普蘭格1874白

熾

燈伍

德

沃

和

埃文

斯1879愛

迪

生

燈

泡和

斯

旺

的

真空

泡4

0

萬

年

前火

炬

和

篝

火2

萬

年

前動

植

物

油

燈1650第

一

盞

街

燈5

0

0

0

年

前

蠟

燭7000年前礦

物

油

燈4

5

億

年

前太

陽1820石灰

光●

光

強(qiáng)

基

準(zhǔn)

一

副

基

準(zhǔn)

燈

和

工

作基準(zhǔn)

燈

組

成1、次級基準(zhǔn)的作用；由副基準(zhǔn)燈保存量值，再通過工作基準(zhǔn)燈向下進(jìn)行量值傳遞2.

我國選用光強(qiáng)標(biāo)準(zhǔn)燈系列中的BDQ7和BDQ8作為副級

基準(zhǔn)燈和工作基準(zhǔn)燈3、光強(qiáng)標(biāo)準(zhǔn)燈的形狀；圓柱形、正圓錐形、斜圓錐形、圓

球形等(我國采用圓球形)4.

作為標(biāo)準(zhǔn)燈的首要條件是；穩(wěn)定性要好一即每次燃點

時應(yīng)保持同樣的光強(qiáng)真空泡量值波動為：±(0.2-0.5)%充氣泡量值波動為：±(0.4-1)%5.光強(qiáng)標(biāo)準(zhǔn)燈的使用及其要求：①燈泡質(zhì)量要好；泡亮應(yīng)無色透明，無泛堿、發(fā)霧和波紋、

氣泡等缺陷，發(fā)光要穩(wěn)定(注：新制標(biāo)準(zhǔn)燈發(fā)光不穩(wěn)定

應(yīng)老練到全壽命的10%,通常是在高于工作電壓的5%,

老練50-80小時)②供電電源精度高(穩(wěn)定性好一常用直流供電電源)③標(biāo)準(zhǔn)燈點燃時應(yīng)退漸點亮，在穩(wěn)定電流(電壓)下預(yù)熱

真空泡5分鐘左右，充氣泡預(yù)熱10分鐘左右，待發(fā)光

穩(wěn)定后再開始測量④測量時應(yīng)經(jīng)常更換極性(每小時換一次)。標(biāo)準(zhǔn)燈在

使用30-60小時后，要用上一級標(biāo)準(zhǔn)燈量新定標(biāo)，若使

用時間少于這個值，經(jīng)一年后應(yīng)重新定標(biāo)52-2目規(guī)法測光強(qiáng)光度學(xué)測光強(qiáng)方法：目視法(主觀測量法)光電法(客觀測量法)●

目視光度計的制作原理：目視法主要利用人的眼睛對光敏感強(qiáng)，

它能精確判斷相鄰二個表面的亮度是否相同。目視光度計就是基于之一特點而制成的●

目視法測量的要求：要求兩燈的色溫相同或相近(相差在100K以下)?！?/p>

目視光度計的工作原理：1.

結(jié)構(gòu)與原理：如圖L1L2為二個光源，L,光強(qiáng)已L?(C)

知，L2待測光源，D為白色漫射屏(涂MgOBaSO4)M,M2為反射鏡或全反射棱鏡，

P為光頭，使L1L2經(jīng)D射來的光線在目鏡E的視場內(nèi)造成兩個相鄰的像、2.

光度頭P的結(jié)構(gòu)及原理；光度頭由二個直角棱鏡膠合而成一稱為陸末-布洛洪(Lummer

Brodhum)棱鏡，其中一個棱鏡沿斜面刻出一個不太深的凹陷圖樣，圖中A的位置、這樣由SM1來的光線直接透過立方體，射到目鏡上，在刻有圖案的A處則被反射出去；而由SM?

來的光

線在A處被反射到目鏡上，其余部分的光線則透出立方

體，因而在目鏡內(nèi)形成二個互不干擾的相鄰的像，如

圖

(b)中打斜線的表示來自一個光源，而其余部分則來自

另一光源.目

鏡

ESMSM:●

目視法測光強(qiáng)：按圖將L?L2和D

均放在光具座上，在定色溫的同時，政變L

和

L2與漫射屏D的距離，使漫射屏兩側(cè)的照度一樣(此時圖內(nèi)二個視線的界線消失),若

L1L?近似為點光源，則由距離平方反比定律有：注意：1.目視法作光度測量方便，但只能對同色溫?zé)舯容^時精度高

，

異色溫誤差較大

、2.

測量時的照度為20-301x,

過高、過低均影響測量精度。3.可同時定色溫和測光強(qiáng)。52-3光電池的特性●

光電池的工作原理與特性：1.

工作原理：光生伏效應(yīng)(內(nèi)光電效應(yīng)：光電池受光

照射就會產(chǎn)生電勢差)2.最大特點是；不需外加工作電壓射下，當(dāng)受膜面的膿度不變時，在

最

初

一

段

時

間

里

光

電

池

電

流流計是還漸變化的，有時上升有時下降；當(dāng)膿射一段時間后趨于穩(wěn)定，這種現(xiàn)象稱為光電池的漂移現(xiàn)象(光電池結(jié)構(gòu)如圖)●

光電池的漂移現(xiàn)象：1.漂移現(xiàn)象；光電池在長期遮蓋以后暴露在光線照環(huán)形電極半導(dǎo)體硅金屬底板光電池結(jié)構(gòu)環(huán)形電極

半透明電極入射光φ2.漂移現(xiàn)象的影響因素：①

受光面的照度；照度個→漂移個；照度↓→漂移

↓②不同顏色的光入射到光電池上時，漂移現(xiàn)象也不同③漂移現(xiàn)象隨光電池所處的溫度的歐變而政變●

光電池的積分靈敏度與光譜靈敏度：1.

定義：探測器光電流的輸出值ip與入射到探測器

上的光通量①之比稱之為光電池的積分靈敏度用S表示2.

公式：S=i,/φ3.單位：μA/lm4.光譜靈敏度與積分響應(yīng)度分布(如下圖)(nm)圖

2

-

6

光

譜

響

應(yīng)

度

與

光

譜光

(

視

)

效

率

的

關(guān)

系●

光電池的直線性和測量電路：1.硒光電池的等效電路及通過電流表的電路電流(測量電流)當(dāng)有光入射時，形成電流：i=

i+i而S=i/

中

=S9又由右電路圖知；G5

=

—

5

方

=故若R→min時，i2和φ成線性關(guān)系2.測

量

電

路

：①保持Se光電池的電流i

與入射光通量φ具有很好的線性關(guān)系的最佳方法；盡量采用外回路內(nèi)阻小的電測

儀表，在精度要求不高的情況下，可用低內(nèi)阻0.5

級微安表測量；高精度測量時，可用多量程檢流計或

i-V轉(zhuǎn)換器.②外電路等效為0的補(bǔ)償電路及光電流i?

的測量原理：當(dāng)光照射Se光電池時，抉下開關(guān)K,

流過G的電流

與，反向，調(diào)節(jié)R3,使

i。=i。,

此時由電路圖知：當(dāng)

R<R

時，

i>i?用毫安表測出i,

由上式便可計算出i2三

下

飛

方

盡i-碼3.作精密測量時的實用電路：當(dāng)光照射Se光電池時，按下補(bǔ)償電路中的開關(guān)K,

調(diào)節(jié)R、R、R

使ic=i,

此時G?的讀數(shù)i?

便是通過光電

池的光電流i?●

光

電

池

的

光

譜

響

應(yīng)

度

分

布

：1.

定義：光電池對不同波長的入射光響應(yīng)度不一樣，將響應(yīng)度按波長排列所面成的曲線，稱為光電池的光譜響應(yīng)度分布；通常將響應(yīng)度曲線的最大值定為1,求出其它響應(yīng)度對這一最大值的相對值，將其繪成的曲線稱為相對光譜響應(yīng)度分布用S

(a)

表示2.

由圖知；在光電池的前面加上V(a)修正濾光片后，它的光譜響應(yīng)度分布S(a)

與光譜光視效本V(a)很接近(nm)圖

2

-

6

光

譜

響

應(yīng)

度

與

光

譜光

(

視

)

效

率

的

關(guān)

系3.光電池使用要求：使用前應(yīng)在允許的照度范圍內(nèi)曝光幾個小時以上，經(jīng)足夠的時

間老化后，待其響應(yīng)趨于穩(wěn)定后再正式用于光度測量

。●

光電流的輸出值與余弦定則的偏離；1.光電流的余弦定則：當(dāng)

有

光

線

斜

封

向

光

電

池

時

有

:-E-

αSC

著ixE則i

o=io

·a862.測量的光電流與余弦定則的偏差；e

測Ao

·

αs652-4充電法測量光愛●

光電法測量中的光電接收器；

1.光電接收器的光譜靈敏度與人眼要一致；①

常用硒(Se)

光電池或硅(Si)

光電池作光電接受器②

為使光電池的S

(a)

與人眼的光譜光視效本V(a)很

接近，在光電池的前面加上V(a)修正濾光器與光電池

組

合

使

用

即

可2.V(a)修正濾光器種類：①固體誠光器；由LB?和LB16組成、其特點是；性能穩(wěn)定，光譜透射比不改變，可以長時間使用，但配制不容易、②液體濾光器；它是幾種鹽配成厚度為10mm的水溶其特點是：可通過調(diào)節(jié)水溶液的濃度對光電池進(jìn)行修正，但光譜透射比不穩(wěn)定

易受溫度變化而使?jié)舛雀淖儯褂貌槐?硫

酸

銨

鈷氯

化

銅蒸

餾

水配方二：重鉻酸鉀硫

酸

銨

鈷蒸

餾

水3.V(a)修正濾光片常用配方：

配方一：重鉻酸鉀1-3g3-6g100ml5-7g100mlS(a)-硒

(Se)光電池的光譜靈敏度K-

比例常數(shù)4.V(a)修正濾光片的光譜透過率て

(a):●

光電法測光強(qiáng)的方法與步驟：1.示意圖如下：2.測

量

原

理

：Ls照封硒(Se)光電池時有

E數(shù)

為

，Lx腿射硒(Se)光電池時有的讀數(shù)為，若

A'=

剛有

E,=EP→L=I、-(r/r)=1,虎流表的讀E.=

息來表I、/r2=L/r23.測

量

步

驟

：①按1中的示意圖裝好器材②讓Ls照射硒(Se)光電池，記下光電流讀數(shù)A,此時

的照度為：E?=I,/r;2③將光電池旋轉(zhuǎn)180°,讓Lx服射硒(Se)光電池調(diào)

節(jié)，,使光電流的大小值為A,

此時的照度為：E.=1./r2④利用公式L=1、

-

(r/r)?計算出特測燈光強(qiáng)4.注意事項：①

Ls、Lx、V(a)修正濾光片、

Se

光電池的光心在同一

直

線

上②rs>10Ls

rx>10Lx③

Ls、Lx燈在額定電壓下工作④測量時燈應(yīng)先通電5-15分鐘，光電池半小時漂移至穩(wěn)

定

后

讀

數(shù)5.光電法測量的特點：①比目視法精度高，儀器適當(dāng)精度可達(dá)0.1%②測量同色溫光源也可測量異色溫光源的光強(qiáng)③測量時間短，使用方便④但不能定色溫●

測量結(jié)果的修正：因加V(a)修正濾光片后Se光電池S(a)與V(a)接近但仍有偏離，對異色溫光源測量時，要進(jìn)行修正，經(jīng)修正后有修

正

系

數(shù)KC)在光電法測光強(qiáng)的素件中使

=—

=eb5而

E.=I./r2

E,=I,/r2

L-dL-a

厚

號

此

式比前式多了一個修正系數(shù)，這在精密測量中是要考慮的、

一般d值和1相差不多，若測量中沒有V(a)修正濾光片，而單單用Se光電池測異色溫光源，修正就可

用d表達(dá)式計算、(注：不同待測燈修正系數(shù)不同)①思考題：修正后的測量方法及測量步驟?52-5光脫度的計算●

公式的推倒：前提假設(shè)：有一發(fā)光面dA服從朗伯定則，即它

在

各個方向上的亮度是相同的，計算在距發(fā)光面為r處被腿面ds的光服度、如圖有；由dA→ds的光通量為：則ds

上的照度為：工P

aspsers●

公

式

應(yīng)

用

注

意

事

項

：①發(fā)光體看作服從朗伯定律的點光源②實際工作中用照度計測量照度，計算意義不大③

此式可計算各種有限尺寸光源(如盤形光源，線狀光源，球形光源等)在被照元表面產(chǎn)生的照度?！?/p>

舉例：一圓盤型朗伯光源dA,半徑為r,

求在圓盤中心軸線上c處的光照度?如下圖所示

解：圓盤距離圓心x處的照度dE為：由圖有：csQα蓋個圓盤在C點處產(chǎn)生的服度E為：一法線方向的光強(qiáng)P-E-X52-6膜度的測量與脫度計的定林●

照

度

計

的

種

類

：1.目視照度計：使用不便，精度不高，很少使用2.光電服度計：常用硅光或硒光電池照度計·

光

電

池

照

度

計

的

組

成

與

使

用

要

求

：1.

組成：微安表