光譜總輻射通量燈校準(zhǔn)規(guī)范

JJF1807—20201光譜總輻射通量燈校準(zhǔn)規(guī)范1范圍本規(guī)范適用于在帶光譜輻射計(jì)的積分球校準(zhǔn)裝置內(nèi)使用相對比較法校準(zhǔn)光譜總輻射通量燈,光譜總輻射通量校準(zhǔn)光譜范圍為350nm~1100nm。2引用文件本規(guī)范引用了下列文件:JJG247總光通量標(biāo)準(zhǔn)白熾燈凡是注日期的引用文件,僅注日期的版本適用于本規(guī)范;凡是不注日期的引用文件,其最新版本(包括所有的修改單)適用于本規(guī)范。3術(shù)語3.1輻射通量的光譜密集度spectraldensityofradiantflux在波長λ處,包含λ的波長元dλ內(nèi)的輻射通量d?e與dλ之比,該量的符號為?eλ(λ),單位為W/nm。3.2光譜總輻射通量totalspectralradiantflux為全空間輻射通量的光譜密集度,單位為W/nm。3.3光譜總輻射通量標(biāo)準(zhǔn)燈standardlampfortotalspectralradiantflux用于保持和傳遞某波長或波長范圍的光譜總輻射通量量值的特定光源。4概述光譜總輻射通量燈用于傳遞某波長或波長范圍的光譜總輻射通量量值,一般是特別挑選的白熾燈、溴鎢燈、LED燈或其他光源。根據(jù)規(guī)定條件老化后,按照規(guī)定點(diǎn)燃條件的光譜總輻射通量燈,光譜總輻射通量量值重復(fù)性好且長期較穩(wěn)定。對光源的特性評價中普遍使用積分球光譜輻射計(jì)進(jìn)行光源總光通量和顏色參數(shù)的測量,光譜總輻射通量燈可同時實(shí)現(xiàn)這兩個量值的傳遞,廣泛用于光輻射測量領(lǐng)域。5計(jì)量特性光譜總輻射通量(量值校準(zhǔn)光譜范圍350nm~1100nm)。6校準(zhǔn)條件6.1環(huán)境條件實(shí)驗(yàn)室的溫度應(yīng)處于在(23±3)℃范圍內(nèi),在測量過程中溫度的變化不得大于3℃,相對濕度≤80%。環(huán)境應(yīng)清潔,無腐蝕性氣體,周圍無影響儀器正常工作的粉塵、震動和電磁場的干擾。2球壁涂層樣板球壁涂層樣板標(biāo)準(zhǔn)燈的性能應(yīng)符合JJG247《總光通量標(biāo)準(zhǔn)白熾燈》中一級標(biāo)準(zhǔn)燈的計(jì)量性能要求，功率不低于100W,色溫不低于2856K,給出其光譜總輻射通量值，并在有效校測量標(biāo)準(zhǔn)至少由3支標(biāo)準(zhǔn)燈組成，標(biāo)準(zhǔn)燈的不確定度和一致性要求見表1。表1標(biāo)準(zhǔn)燈光譜總輻射通量相對擴(kuò)展不確定度和一致性要求波長范圍相對擴(kuò)展不確定度(k=2)校準(zhǔn)裝置主要由積分球光譜輻射計(jì)、供電電源及電測儀量光源的光譜總輻射通量值。積分球光譜輻射計(jì)結(jié)構(gòu)示意圖如圖1所示。圖1校準(zhǔn)裝置的結(jié)構(gòu)示意圖光譜輻射計(jì)的最小輸出帶寬≤5nm,最小采樣間隔≤5nm,波長示值最大允許誤積分球球殼內(nèi)表面應(yīng)力求為一完整球面，不應(yīng)有裂痕和凹好。球的內(nèi)壁和球內(nèi)物件如擋屏、導(dǎo)線、燈座等應(yīng)均勻涂上一反射率80%以上。球內(nèi)設(shè)置的與測量有關(guān)的物件的表面積和件數(shù)應(yīng)減到最少。球內(nèi)設(shè)置的擋屏，其大小以遮住探測器窗口使之不被球內(nèi)光源直接照射即的中心處在球心與窗口中心的連線上，距離球心1/2～1/3球半徑處，且擋屏表面應(yīng)與此連線垂直。在積分球的赤道線上開一個小圓孔，圓孔上嵌3漫透射良好的平面余弦校正器，其向球內(nèi)的一面應(yīng)與窗口中心的連線。所用積分球的直徑不小于1.0m。被測量光源的最大尺寸應(yīng)不大于所采用直流穩(wěn)流/穩(wěn)壓電源或交流穩(wěn)壓電源供電。直流電源的最大輸出電壓和輸出電流均分別不小于燈泡工作電壓和工作電流的1.2倍。直流穩(wěn)壓或穩(wěn)流電源，穩(wěn)定輸出時，10min內(nèi)電壓變化不大于0.02%。交流電源的最大輸出功率應(yīng)不小于燈泡消耗功率的1.5倍，穩(wěn)定輸出時，10min內(nèi)電壓變化不大于0.1%。兩種電源的輸出電壓均能從0V開始連續(xù)可調(diào)。電測儀表的等級應(yīng)與所使用燈的要求匹配，其中直流電測儀表不低于0.02級，交流電測儀表不低于0.1級。標(biāo)準(zhǔn)燈與被校燈均應(yīng)采用四線法的接線方式。直流和交流供電與電測電路圖如圖2古燈圖2直流供電與電測電路圖圖3交流供電與電測電路圖JJF1807—202047.2校準(zhǔn)方法7.2.1實(shí)驗(yàn)前準(zhǔn)備7.2.1.1外觀檢查將燈泡玻殼擦拭干凈,察看燈泡的外觀以及燈頭的裝配質(zhì)量。查看時不能用手觸摸玻殼,應(yīng)戴手套或墊紗布。玻殼應(yīng)無色、透明度高,無明顯反堿、發(fā)霧、波紋、氣泡、砂粒、擦傷等缺陷;燈絲與電極的連接可靠,燈頭與玻殼的固定牢固。7.2.1.2校準(zhǔn)裝置預(yù)熱裝置定標(biāo)前,應(yīng)用一只和被校燈功率接近的普通燈在積分球內(nèi)點(diǎn)燃,減少積分球內(nèi)壁上附著的水汽;同時預(yù)熱光譜輻射計(jì),使其響應(yīng)度穩(wěn)定。預(yù)熱時間根據(jù)經(jīng)驗(yàn)確定,通常為30min。7.2.2燈的點(diǎn)燃方式燈泡應(yīng)裝在積分球內(nèi)部中心位置,發(fā)光體位于球心,燈頭在上,玻殼在下。接通供電線路時,加在燈上的電壓(或電流)應(yīng)低于燈標(biāo)稱電壓(或電流)的10%,然后緩慢地升到規(guī)定的工作電流值或工作電壓值。當(dāng)擋屏遮擋光源形成的光影可分辨時,調(diào)整燈的位置使擋屏的投影中心與接收器窗口中心重合。白熾燈的預(yù)燃時間一般為3min~7min。LED燈的預(yù)燃時間一般不超過30min。待發(fā)光穩(wěn)定后正式進(jìn)行光參數(shù)和電參數(shù)的測量。測量完畢,在10s~20s內(nèi)平緩地將電壓降到燈標(biāo)稱電壓的10%以下,才斷開電源。7.2.3光譜輻射計(jì)的參數(shù)設(shè)置設(shè)置光譜輻射計(jì)的參數(shù),選擇合適的量程和波長范圍。對于陣列式CCD的光譜輻射計(jì),設(shè)置光衰減片和積分時間,或者設(shè)定為自動量程,使得最大信號為80%左右;對于掃描式光柵型單色儀,應(yīng)根據(jù)入射狹縫、出射狹縫和波長間隔,選擇合適的靈敏度。工作的波長范圍應(yīng)該根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)燈和被校燈的光譜范圍確定,如350nm~1100nm。對于變化緩慢的寬光譜光源,采樣間隔應(yīng)小于或者等于5nm。對于準(zhǔn)單色光源(如LED)或者帶窄光譜譜線的混合光譜光源(如熒光燈),采樣間隔應(yīng)小于或等于2nm。7.2.4校準(zhǔn)裝置的定標(biāo)在校準(zhǔn)被校燈前,應(yīng)先進(jìn)行校準(zhǔn)裝置的定標(biāo)操作。積分球光譜輻射計(jì)的定標(biāo)有兩種方法,可采用其中一種方法進(jìn)行。第一種方法采用1只標(biāo)準(zhǔn)燈定標(biāo)校準(zhǔn)裝置的光譜總輻射通量光譜密集度常數(shù),用另外2只標(biāo)準(zhǔn)燈驗(yàn)證。第二種方法采用3只標(biāo)準(zhǔn)燈的平均值作為校準(zhǔn)裝置的光譜總輻射通量光譜密集度常數(shù)。7.2.4.1方法一:定標(biāo)驗(yàn)證法按照7.2.2規(guī)定方式點(diǎn)燃光譜總輻射通量標(biāo)準(zhǔn)燈,讀取光譜輻射計(jì)相應(yīng)波長點(diǎn)光譜響應(yīng)值mstd,1(λ)。該標(biāo)準(zhǔn)燈在相應(yīng)波長點(diǎn)的光譜總輻射通量值為?std,1(λ),則光譜總輻射通量的光譜密集度常數(shù)為c(λ)=(1)系統(tǒng)定標(biāo)后,測量標(biāo)準(zhǔn)燈組內(nèi)的另外2只標(biāo)準(zhǔn)燈。根據(jù)上述常數(shù)可測量光譜總輻射JJF1807—20205通量值?(λ)=c(λ)·m(λ)(i=2,3)。比較標(biāo)準(zhǔn)燈的光譜總輻射通量值?std,i(通量值?(λ)=c(λ)·m(λ)(i=2,3)。則光譜總輻射通量值的一致性偏差為δi(λ)=?d(td,i(λ)×100%,i=2,3(2)δi(λ)反映了燈組內(nèi)各只燈的量值一致性和系統(tǒng)的測量重復(fù)性,應(yīng)滿足6.2.1中的一致性要求。若用于驗(yàn)證的標(biāo)準(zhǔn)燈光譜總輻射通量標(biāo)準(zhǔn)值和測試值偏差值超過給定值,應(yīng)重測或更換標(biāo)準(zhǔn)燈,重新對系統(tǒng)進(jìn)行定標(biāo)操作,并重復(fù)前述的驗(yàn)證過程,直至偏差值小于給定值。7.2.4.2方法二:平均值法按照7.2.2規(guī)定方式分別依次點(diǎn)燃光譜總輻射通量標(biāo)準(zhǔn)燈。測量光電讀數(shù)為mi(λ)(i=1,2,3)。該標(biāo)準(zhǔn)燈在相應(yīng)波長點(diǎn)的光譜總輻射通量值為?std,i(λ)(i=1,2,3),則波長點(diǎn)λ的光譜總輻射通量的光譜密集度常數(shù)是每只標(biāo)準(zhǔn)燈對應(yīng)常數(shù)的平均值,即c(λ)=其中ci(λ)(3)ci(λ)=?std,i(λ)mi(λ)(4)計(jì)算單只標(biāo)準(zhǔn)燈光譜總輻射通量光譜密集度常數(shù)的相對偏差ci(λ)-c(λ)c(λ)δ(λ)=ci(λ)-c(λ)c(λ)δ(λ)反映了燈組內(nèi)各只燈的量值一致性和系統(tǒng)的測量重復(fù)性,應(yīng)滿足6.2.1中的一致性要求。若偏差值超過給定值,應(yīng)重測或更換標(biāo)準(zhǔn)燈,并重復(fù)前述的驗(yàn)證過程,直至偏差值小于給定值。7.2.5校準(zhǔn)及數(shù)據(jù)處理校準(zhǔn)裝置定標(biāo)完成后,進(jìn)行被校燈的校準(zhǔn)。被校燈需按7.2.2方式點(diǎn)燃,獨(dú)立裝調(diào)并至少測量讀數(shù)2次。測量所得第1次和第2次被校燈的光譜輻射計(jì)的光譜光電讀數(shù)是mtest,j(λ)(j=1,2),則第1次和第2次被校燈的光譜總輻射通量為?test,j(λ)=c(λ)·mtest,j(λ),j=1,2(6)兩次測量的偏差不應(yīng)大于2.0%(350nm≤λ<380nm),0.5%(380nm≤λ≤1100nm),若偏差超過上述給定值,應(yīng)增加測量次數(shù)。取剔除離散值后的n(n≥2)次測量結(jié)果的平均作為校準(zhǔn)值,同時根據(jù)實(shí)驗(yàn)情況重新評定測量不確定度。剔除離散值后測量的平均值,即?test(λ)=?test,i(λ),n≥2(7)?test(λ)為該被校燈的光譜總輻射通量。若被校燈與定標(biāo)用的標(biāo)準(zhǔn)燈的外形和表面積有明顯差異,應(yīng)進(jìn)行光譜吸收修正,具JJF1807—20206體方法見附錄C。對于校準(zhǔn)結(jié)果,電流應(yīng)給出5位或4位有效數(shù)字,電壓應(yīng)給出4位有效數(shù)字,光譜總輻射通量應(yīng)給出3位或4位有效數(shù)字。8校準(zhǔn)結(jié)果表達(dá)校準(zhǔn)結(jié)果應(yīng)在校準(zhǔn)證書或校準(zhǔn)報(bào)告上反映,校準(zhǔn)證書數(shù)據(jù)頁格式見附錄A。校準(zhǔn)證書或校準(zhǔn)報(bào)告應(yīng)至少包括以下信息:a)標(biāo)題:“校準(zhǔn)證書”;b)實(shí)驗(yàn)室名稱和地址;c)進(jìn)行校準(zhǔn)的地點(diǎn)(如果與實(shí)驗(yàn)室地址不同);d)證書的唯一性標(biāo)識(如編號),每頁及總頁數(shù)標(biāo)識;e)客戶的名稱和地址;f)被校對象的描述和明確標(biāo)識;g)進(jìn)行校準(zhǔn)的日期,如果與校準(zhǔn)結(jié)果的有效性和應(yīng)用有關(guān)時,應(yīng)說明被校對象的接受日期;h)如果與校準(zhǔn)結(jié)果的有效性和應(yīng)用有關(guān)時,應(yīng)對被校樣品的抽樣程序進(jìn)行說明;i)校準(zhǔn)所依據(jù)的技術(shù)規(guī)范的標(biāo)識,包括名稱及代號;j)本次校準(zhǔn)所用測量標(biāo)準(zhǔn)的溯源性及有效性說明;k)校準(zhǔn)環(huán)境的描述;l)校準(zhǔn)結(jié)果及其測量不確定度的說明;m)對校準(zhǔn)規(guī)范的偏離的說明;n)校準(zhǔn)證書或校準(zhǔn)報(bào)告簽發(fā)人的簽名、職務(wù)或等效標(biāo)識;o)校準(zhǔn)結(jié)果僅對被校對象有效的聲明;p)未經(jīng)實(shí)驗(yàn)室書面批準(zhǔn),不得部分復(fù)制證書的聲明。9復(fù)校時間間隔光譜總輻射通量燈的復(fù)校時間間隔建議為1年。若累計(jì)使用時間達(dá)到100h,或發(fā)現(xiàn)測量結(jié)果異常時,應(yīng)隨時進(jìn)行校準(zhǔn)。使用者可根據(jù)實(shí)際的使用情況,自主決定復(fù)校時間間隔。JJF1807—20207附錄A光譜總輻射通量燈校準(zhǔn)證書內(nèi)頁參考格式證書編號:燈號燈電流A燈電壓V波長nm光譜總輻射通量W/nm校準(zhǔn)結(jié)果的不確定度波長nm光譜總輻射通量W/nm校準(zhǔn)結(jié)果的不確定度校準(zhǔn)員:核驗(yàn)員:JJF1807—20208附錄B光譜總輻射通量燈校準(zhǔn)的不確定度評定示例本附錄以780nm波長位置為例,對用24V100W型光譜總輻射通量標(biāo)準(zhǔn)燈組,在直徑2.0m的積分球光譜輻射計(jì)內(nèi)校準(zhǔn)24V100W型光譜總輻射通量燈的測量結(jié)果,進(jìn)行不確定度評定,其他波長以此類推。B.1校準(zhǔn)方法24V100W型光譜總輻射通量標(biāo)準(zhǔn)燈(下面簡稱“標(biāo)準(zhǔn)燈”)和被校準(zhǔn)的24V100W型光譜總輻射通量燈(下面簡稱“被校燈”)在配用光譜輻射計(jì)的積分球內(nèi)按JJF1807—2020的相關(guān)規(guī)定順序點(diǎn)燃,將它們各自的光譜總輻射通量光電讀數(shù)和光通量光電讀數(shù)相互比較,計(jì)算出被校燈的光譜總輻射通量量值。B.2測量模型用積分球光譜輻射計(jì)測量,使用3只標(biāo)準(zhǔn)燈的光譜總輻射通量光譜密集度常數(shù)平均值作為定標(biāo)后光譜密集度常數(shù),則被校燈光譜總輻射通量按公式(B.1)計(jì)算?test(λ)=c(λ)·mtest(λ)·Cabs(λ)(B.1)式中: c(λ)—校準(zhǔn)裝置的光譜密集度常數(shù);mtest(λ)—被校燈的光譜密集度測量讀數(shù);Cabs(λ)—光譜吸收修正因子。B.3合成相對標(biāo)準(zhǔn)不確定度計(jì)算公式u,rel[?test(λ)]=u[c(λ)]+u[mtest(λ)]+u[Cabs(λ)](B.2)本示例中,λ=780nm。B.4c(λ)的不確定度評定c(λ)的不確定度主要包含三個分量:a)標(biāo)準(zhǔn)燈光譜總輻射通量的不確定度分量定標(biāo)校準(zhǔn)裝置用的標(biāo)準(zhǔn)燈量值是通過變角輻射計(jì)導(dǎo)出。依據(jù)變角輻射計(jì)不確定度評定,該分量為u11=0.8%。b)電測系統(tǒng)差異的不確定度分量因所用的電測系統(tǒng)差異,所以定標(biāo)校準(zhǔn)裝置用標(biāo)準(zhǔn)燈的電流與標(biāo)準(zhǔn)電流值存在微小差異,估計(jì)最大差異為0.02%,同時根據(jù)經(jīng)驗(yàn),光譜總輻射通量對電流差異的敏感系數(shù)在微小范圍約等于6,因而,該分量為u12=0.02%3×6=0.07%c)各種隨機(jī)因素的影響的不確定度分量測量中,使用了6只標(biāo)準(zhǔn)燈,它們的常數(shù)c(780)i分別為2.434×10-5,2.437×10-5,2.438×10-5,2.438×10-5,2.438×10-5,2.436×10-5。計(jì)算平均值的相對實(shí)驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)差,得u13=0.027%。JJF1807—20209則c(780)的相對標(biāo)準(zhǔn)不確定度urel[c(780)]為上述三項(xiàng)的方和根urel[c(780)]==0.804%B.5被校燈量值mtest(λ)的不確定度評定a)被校燈測量值讀數(shù)重復(fù)性的不確定度評定被校燈的測量值,測量10個讀數(shù),分別是0.026653,0.026665,0.026687,0.026667,0.026654,0.026660,0.026690,0.026650,0.026690,0.026685。計(jì)算平.019%。燈在重復(fù)點(diǎn)燃時,光譜總輻射通量會在一定范圍起伏,根據(jù)經(jīng)驗(yàn),其分散性約為u22=c.譜輻射計(jì)非線性的不確定度分量標(biāo)準(zhǔn)燈和被校燈的量值大小存在差異,因光譜輻射計(jì)非線性,根據(jù)經(jīng)驗(yàn),評定該不確定不均勻引入的不確定度評定=0.1%。則mtest(780)相對標(biāo)準(zhǔn)不確定度urel[mtest(780)]為上述四項(xiàng)的方和根B.rel)2+(0.10%)2+(0.10%)2+(0.10%)2=0.174%由于標(biāo)準(zhǔn)燈和被校燈的類型相同,故不考慮吸收修正。B.7相對標(biāo)準(zhǔn)不確定度來源的評定結(jié)果相對標(biāo)準(zhǔn)不確定度分量及相關(guān)信息,見表B.1。表B.