寬波段輻照計校準規(guī)范

1寬波段輻照計校準規(guī)范本規(guī)范適用于寬波段輻照計的校準。2.1輻照計irradiancemeter用來測量一定波長范圍內(nèi)輻射照度的儀器，通常由探頭和讀數(shù)單元兩部分組成，兩者用電纜連接，亦可通過無線通信系統(tǒng)連接。探頭組件包含余弦校正器、濾光片和光電池；讀數(shù)單元則主要包括信號處理和顯示電路。儀器響應(yīng)的光譜寬度。通常用兩個光譜響應(yīng)半峰值點的波長差來表征。2.3寬波段輻照計wide-bandirradiancemeter測量波長范圍較寬(帶寬超過30nm)且位于(250～2500)nm范圍內(nèi)的輻照計。2.4光譜輻照度標準燈standardlampforspectralirradiance又稱光譜輻射標準燈，是用于保存和傳遞光譜輻射照度單位量值的特制電光源，其發(fā)光體布置成一平面或直線，以便于計算發(fā)光體到照射面之間的距離。表面上一點處的輻照度是入射到包含該點的面元上的輻射通量與該面元面積之比。由于輻照度通常表現(xiàn)為一定波長范圍內(nèi)的輻照度，相應(yīng)地定義中的輻射通量就是這個波長范圍內(nèi)的輻射通量。為測量特定波長范圍內(nèi)的輻照度，一種辦法是用光譜輻射計測出該波長范圍的光譜輻照度，然后通過積分求出輻照度；另一種辦法就是用光譜響應(yīng)范圍與這個特定的范圍一致的輻照計直接測量。后一種方法使用的輻照計，就是本規(guī)范校準為了使寬波段輻照計光譜響應(yīng)范圍與特定的波長范圍相符，通常選用一定的帶通濾JJF1660—20172光片(組)進行匹配,同時為改善其方向特性要配置余弦校正器,因此寬波段輻照計的探頭組件一般都包含余弦校正器、濾光片和光電探測器,如圖1所示。寬波段輻照計在材料、光源、環(huán)境、衛(wèi)生等領(lǐng)域應(yīng)用非常廣泛,常見的(日光)輻照計、藍光輻照計、近紅外輻照計、A波段紫外輻照計等均屬于寬波段輻照計的范疇。4計量特性寬波段輻照計主要計量特性包括:光譜響應(yīng)范圍與帶寬、相對零值誤差、相對示值誤差、余弦特性(斜入射特性)誤差、帶外響應(yīng)誤差、線性誤差、換擋誤差和示值重復性。4.1光譜響應(yīng)范圍與帶寬輻照計應(yīng)在說明書中通過文字(或圖表)明確儀器的光譜響應(yīng)范圍與帶寬(或響應(yīng)的半峰值波長)。4.2相對零值誤差在沒有接受到輻照時,輻照計的示值不超過滿量程的±1%。4.3相對示值誤差在接受光譜輻照度標準燈照射,輻照計的示值與光譜輻照度標準燈對應(yīng)波段內(nèi)的輻照度值的偏差不超過工作標準示值的±10%。4.4余弦特性(斜入射特性)誤差輻照計的余弦特性(斜入射特性)誤差小于6%。4.5帶外響應(yīng)誤差在接受光譜輻照度標準燈(Tc≈3000K)照射時,輻照計的帶外響應(yīng)與總響應(yīng)相比所占比例小于5%。4.6線性誤差在任一量程,輻照計接受輻照量從1/10滿量程到接近滿量程范圍內(nèi),其線性誤差不超過±1%。4.7換擋誤差輻照計的任意相鄰兩個量程的換擋誤差不超過±1%。4.8示值重復性輻照計的示值重復性≤0.5%。注:以上指標不是用于儀器的合格性判別,僅提供參考。5校準條件5.1環(huán)境條件校準環(huán)境溫度23℃±5℃;相對濕度<70%。校準環(huán)境應(yīng)備置遮光設(shè)施,防止其他光源對校準的干擾。5.2測量標準及其他設(shè)備用于輻照計校準的測量標準和設(shè)備包括:光軌(長度標識誤差±0.3mm)、光譜輻照度標準燈(Tc≈3000K)及控電設(shè)備(穩(wěn)壓穩(wěn)流電源、標準電阻、5位半數(shù)字多用3表)。6外觀要求被校輻照計應(yīng)工作正常,其探頭受光面(余弦校正器或入射窗)的表面應(yīng)清潔無劃痕、斑點或指紋,顯示、旋鈕或按鍵等均不應(yīng)有影響其功能的缺陷。被校輻照計應(yīng)備有使用說明書,應(yīng)明示儀器的(相對)光譜響應(yīng)范圍和半寬,或給出儀器的(相對)光譜響應(yīng)度曲線。7校準方法7.1外觀檢查被校儀器應(yīng)符合第6章的要求,不存在影響計量特性校準的缺陷,否則應(yīng)當終止校準。7.2相對零值誤差該項校準只在無調(diào)零功能輻照計最靈敏的量程進行。打開輻照計電源,相對零值誤差為f0×100%(1)式中:E0—在無輻射輻照到探頭光敏面時的顯示值;EFS—滿量程輻照度。7.3相對示值誤差對于有輻照度顯示的被校設(shè)備,按照下面方法測量輻射照度的相對示值誤差或修正將光譜輻照度標準燈和被校輻照計的探頭分別安裝在光軌的燈架和探頭架上,使光譜輻照度標準燈發(fā)光面和被校輻照計探頭光敏面中心法線共線,調(diào)整標準燈與探頭光敏面的距離至標準燈證書中給定的距離處,在它們之間靠近標準燈和探頭處分別放置光闌以屏蔽雜散光。點燃光譜輻照度標準燈,將工作電流緩慢升至額定值并使其工作在穩(wěn)流狀態(tài);打開輻照計電源,待讀數(shù)穩(wěn)定后重復讀取輻照計示值三次E1、E2和E3,測量值為E測量輻照計相對示值誤差為f1=-1×100%式中:ES—光譜輻照度標準燈在探頭接收面處提供的相應(yīng)波段內(nèi)的輻照度。(2)(3)ES可通過積分相應(yīng)波段內(nèi)的光譜輻照度(探頭相對光譜響應(yīng)帶寬較窄時,可用光譜輻照度標準燈在對應(yīng)響應(yīng)峰值波長處的光譜輻照度乘以帶寬)來獲得。ES還可以通4過標準輻照計直接測得,只要其響應(yīng)帶寬與被校輻照計的響應(yīng)帶寬相同。當相對示值誤差超過±10%時,可通過調(diào)整被校輻照計的增益,將示值調(diào)至標準值;或給出校正因子k=。7.4余弦特性(斜入射特性)誤差將一個穩(wěn)定輻射源和被校輻照計的探頭分別安裝在光軌的燈架和可旋轉(zhuǎn)的探頭架上,確保光源中心和被校輻照計探頭光敏面中心法線共線,且可旋轉(zhuǎn)樣品架的轉(zhuǎn)動軸線散光。點燃穩(wěn)定輻射源,并將使其工作在額定電流。打開輻照計電源,調(diào)整探頭光敏面與光源的距離使被校輻照計顯示接近滿量程的2/3(二者距離不小于光源發(fā)光面或探測器光敏面最大線度的15倍),記下此時輻照計的顯示值E(0°),接著逆時針轉(zhuǎn)動探頭架,記下角度為-5°,-10°,-15°,…,-85°時輻照計的顯示值E(-5°),E(-10°),E(-15°),…,E(-85°);再順時針轉(zhuǎn)動探頭架至0°,記下此時輻照計的顯示值E(0°),接著順時針轉(zhuǎn)動探頭架,記下角度為+5°,+10°,+15°,…,+85°時輻照計的顯示值E(+5°),E(+10°),E(+15°),…,E(+85°)。計算各斜入射角度顯示值的平均值E(θ)(4)相應(yīng)角度處對余弦法則的偏離f2(θ)=-1×100%(5)被校輻照計的余弦特性(斜入射特性)誤差方向性總誤差為f2=∫f2(ε)·sin2ε·dε(6)式中:1.484rad約等于85°。7.5帶外響應(yīng)誤差將光譜輻照度標準燈(Tc≈3000K)和被校輻照計的探頭分別架置在光軌的輻射源架和探頭架上,使輻射源輻射面和被校輻照計探頭光敏面中心法線共線,在它們之間靠近輻射源和探頭處分別放置光闌以屏蔽雜散光。調(diào)整探頭光敏面至光譜輻照度標準燈的距離,使被校輻照計的顯示值E接近滿量程;然后將濾光片(其光譜透視率曲線透射率為零的波段與被校輻射計相對光譜響應(yīng)不為零部分相同)放置在輻照計探頭前再讀取輻照計的示值Ef。被校輻照計的長波范圍的帶外響應(yīng)誤差為f3×100%(7)7.6線性誤差將一個穩(wěn)定輻射源和被校輻照計的探頭分別架置在光軌的燈架和探頭架上,使光源發(fā)光面和被校輻照計探頭光敏面的中心法線共線,在它們之間靠近標準燈和探頭處分別5f6=(10)放置光闌以屏蔽雜散光。f6=(10)點燃一個穩(wěn)定輻射源,調(diào)整光源至探頭光敏面的距離,使輻射照度計的顯示值達到1/10滿量程E1/10,此時光源至探頭光敏面的距離為L1/10;然后移動光源,使輻照度計的顯示值接近滿量程Em,相應(yīng)光源至探頭光敏面的距離為Lm。輻照計的線性誤差為f4=E102-1×100%(8)7.7換擋誤差該項校正應(yīng)在輻照計的各相鄰兩量程間進行,單一量程的輻照計無此校正項。打開輻照計電源并點燃一個穩(wěn)定輻射源。先讓輻射源主光束輻照在被校輻照計的探頭光敏面上,通過調(diào)節(jié)輻射源強度或輻射源到探頭光敏面的距離,使輻照計的示值接近滿量程,并記下示值Erl;然后將輻照計更換到相鄰較高的量程,讀取換量程后輻照計的示值Erh,則此相鄰兩量程間的換擋誤差為f5=-1×100%(9)式中:k—此相鄰兩量程間標稱換擋倍率,通常為10。注意:如果這相鄰兩擋位中任意擋位(或兩擋同時)存在零點讀數(shù),則式(9)中Erl和Erh要分別扣除其相應(yīng)的零點讀數(shù)。7.8示值重復性該項校正通常應(yīng)在輻照計最靈敏的量程進行。將輻照計調(diào)至最靈敏擋后點燃一個穩(wěn)定輻射源,先讓輻射源主光束輻照在被校輻照計的探頭光敏面上,通過調(diào)節(jié)輻射源強度或輻射源到探頭光敏面的距離,使輻照計的示值接近滿量程。連續(xù)10次讀取輻照計示值E1,E2,E3,…,E9,E10,它們的算術(shù)平 均值為E,被校輻照計的示值重復性為(Ei-E)2i=1n-1E8校準結(jié)果校準結(jié)果應(yīng)在校準證書上反映。校準證書應(yīng)至少包括以下信息:a)標題:“校準證書”;b)實驗室名稱和地址;c)進行校準的地點(如果與實驗室的地址不同);d)證書的唯一性標識(如編號),每頁及總頁數(shù)的標識;e)客戶的名稱和地址;f)被校對象的描述和明確標識;JJF1660—20176g)進行校準的日期,如果與校準結(jié)果的有效性和應(yīng)用有關(guān)時,應(yīng)說明被校對象的接收日期;h)如果與校準結(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行說明;i)校準所依據(jù)的技術(shù)規(guī)范的標識,包括名稱及代號;j)本次校準所用測量標準的溯源性及有效性說明;k)校準環(huán)境的描述;l)校準結(jié)果及其測量不確定度的說明;m)對校準規(guī)范的偏離的說明;n)校準證書或校準報告簽發(fā)人的簽名、職務(wù)或等效標識;o)校準結(jié)果僅對被校準對象有效的聲明;p)未經(jīng)實驗室書面批準,不得部分復制證書的聲明。9復校時間間隔寬波段輻照計的建議復校時間間隔為1年。由于儀器保持量值穩(wěn)定性的狀況不但與儀器自身的品質(zhì)相關(guān),也與儀器的保存和使用條件以及使用者的水平等諸多因素緊密關(guān)聯(lián),因此送校單位可根據(jù)實際使用情況自主決定寬波段輻照計的復校時間間隔。JJF1660—20177附錄A原始記錄推薦格式A.1相對零值誤差零點示值E0/(μW/cm2)滿量程示值EFS/(μW/cm2)相對零值誤差f0/%A.2相對示值誤差波長范圍nm標準輻照度μW/cm2輻照度示值μW/cm2示值平均值μW/cm2相對示值誤差f1%修正因子k~A.3余弦特性誤差入射角θ(°)順時針示值E(+θ)逆時針示值E(-θ)示值平均值E(θ)余弦偏f2(θ)%05101520253035404550556065JJF1660—20178表(續(xù))入射角θ(°)順時針示值E(+θ)逆時針示值E(-θ)示值平均值E(θ)余弦偏f2(θ)%70758085余弦特性誤差f2=A.4帶外響應(yīng)誤差寬帶輻照計示值/(μW/cm2)帶外響應(yīng)誤差f3=Ef/E%E(無濾光片)Ef(加濾光片)A.5線性誤差燈距/m示值/(μW/cm2)線性誤差f4/%A.6換擋誤差換擋擋位低擋位/高擋位低擋位示值Erl高擋位示值Erh標稱換擋倍率k換擋誤差f5%擋位1/擋位2擋位2/擋位3擋位3/擋位4A.7示值重復性測次i輻照度示值Ei/(μW/cm2)測次i輻照度示值Ei/(μW/cm2)16273849510示值平均值/(μW/cm2)示值重復性f6/%校準員:核驗員:9附錄B校準證書內(nèi)頁推薦格式1相對零值誤差零點示值E0/(μW/cm2)滿量程示值EFS/(μW/cm2)零值誤差f0/%2相對示值誤差波長范圍nm標準輻照度μW/cm2示值平均值μW/cm2相對示值誤差f1%修正因子k3余弦特性誤差入射角θ(°)示值平均值E(θ)余弦偏f2(θ)/%入射角θ(°)示值平均值E(θ)余弦偏f2(θ)/%0455501055156020652570307535804080余弦特性誤差f2=4帶外響應(yīng)誤差寬帶輻照計示值/(μW/cm2)帶外響應(yīng)誤差f3=Ef/E%E(無濾光片)Ef(加濾光片)105線性誤差燈距/m示值/(μW/cm2)線性誤差f4/%6換擋誤差換擋擋位低擋位/高擋位低擋位示值Erl高擋位示值Erh標稱換擋倍率k換擋誤差f5%擋位1/擋位2擋位2/擋位3擋位3/擋位47示值重復性測次i輻照度示值Ei/(μW/cm2)測次i輻照度示值Ei/(μW/cm2)16273849510示值平均值/(μW/cm2)示值重復性f6/%8說明8.1校準依據(jù)的技術(shù)文件:JJF1660—2017《寬波段輻照計校準規(guī)范》8.2校準使用的主要標準器和校準裝置:(1)光譜輻照度標準燈光譜輻照度范圍:測量不確定度:證書編號:證書有效期:(2)光譜輻照度標準燈控電設(shè)備JJF1660—201711設(shè)備名稱型號主要性能證書編號標準電阻數(shù)字多用表8.3校準不確定度:8.4實驗室環(huán)境條件8.4實驗室環(huán)境條件:溫度:℃相對濕度:%RH8.5復校時間間隔:寬波段輻照計的建議復校時間間隔為1年附錄C標準輻照度的計算本規(guī)范描述了采用光譜輻射照度標準燈對寬波段輻照計進行校準的方法。光譜輻射照度標準燈可提供一定波段范圍(通常為250nm～2500nm)在離燈特定距離處標準光譜輻射照度，但對寬波段輻照計進行校準必須獲得該距離處寬波段輻照計響應(yīng)波段范圍內(nèi)的輻照度，這就要求從標準光譜輻射照度計算得到對應(yīng)寬波段輻照計響應(yīng)波段范圍內(nèi)的輻照度。從理論上講，標準光譜輻射照度E(λ)以寬波段輻照計歸一化光譜響應(yīng)度S(λ)為加權(quán)的積分就是對應(yīng)寬波段輻照計響應(yīng)波段范圍內(nèi)的輻照度然而，通常寬波段輻照計的說明書中不會提供其歸一化光譜響應(yīng)度函數(shù)，只給出輻照計的響應(yīng)范圍及半寬(有時說明書只提供光譜響應(yīng)度曲線，從中也可以獲知響應(yīng)范圍及半寬),以下便是基于輻照計的響應(yīng)度及半寬，計算光譜輻射照度標準燈在對應(yīng)寬波段輻照計響應(yīng)波段范圍內(nèi)輻照度的方法。常見的輻照計相對光譜響應(yīng)度曲線形如準梯形(帶寬較寬時，見圖C.1)或鐘形(帶寬較窄時，見圖C.2)。為了簡化對應(yīng)波段范圍內(nèi)光譜輻射照度標準燈的輻照度的計算，用圖中虛線所示的矩形響應(yīng)近似代替原歸一化光譜響應(yīng)，即在兩個響應(yīng)半峰值對應(yīng)波長λ-m/2和λg/?之間響應(yīng)均為1,區(qū)間之外響應(yīng)均為0,所以這意味著只要將標準燈光譜輻照度在輻照計兩個響應(yīng)半峰值對應(yīng)波長之間積分，即可得到所需光譜輻射照度標準燈在對應(yīng)寬波段輻照計響應(yīng)波段范圍內(nèi)的輻照度。當輻照計半寬較窄時，式(C.2)還可簡化為即用輻照計響應(yīng)峰值波長處光譜輻射照度標準燈提供的光譜輻射照度乘以輻照計光譜響應(yīng)帶寬就能得到所需光譜輻射照度標準燈在對應(yīng)寬波段輻照計響應(yīng)波段范圍內(nèi)的輻圖C.2鐘形相對光譜響應(yīng)度示意圖JJF1660—201714附錄D測量不確定度評定示例本附錄僅對用光譜輻射照度標準燈校準FZ-A輻照計示值誤差的測量不確定度做示例評定。D.1校準方法按本規(guī)范的規(guī)定,將光譜輻照度標準燈和被校輻照計的探頭分別安裝在光軌的燈架和探頭架上,使光譜輻照度標準燈發(fā)光面和被校輻照計探頭接收面的中心法線共線,調(diào)三次,取平均值作為最后結(jié)果。光譜輻照度標準燈在探頭接收面處提供的相應(yīng)波段內(nèi)的輻照度,可通過積分對應(yīng)輻照計兩個響應(yīng)半峰值對應(yīng)波長之間的光譜輻照度(探頭相對光譜響應(yīng)帶寬較窄時,可用光譜輻照度標準燈在對應(yīng)響應(yīng)峰值波長處的光譜輻照度乘以帶寬)來獲得。D.2不確定度評定的測量模型D.2.1建立測量模型輻照計示值誤差的測量模型為ΔE=E示值-EΔE=E示值-E標準ΔE—輻照計的示值誤差;E示值—輻照計的示值;E標準—光譜輻照度標準燈提供的相應(yīng)波段內(nèi)輻照度。D.2.2靈敏系數(shù)c1=?=1c2=?=-1D.3輸入量的相對標準不確定度評定D.3.1輸入量E示值示值重復性的不確定度u1(E示值)(D.1)(D.2)(D.3)u1(E示值)的來源主要是輻照計的示值重復性,由于它是隨機因素的綜合影響,采用A類方法評定。將光譜輻照度標準燈和被校輻照計的探頭分別安裝在光軌的燈架和探頭架上,使光譜輻照度標準燈發(fā)光面和被校輻照計探頭接收面的中心法線共線,將輻照計調(diào)至最靈敏擋后調(diào)整標準燈與探頭接收面的距離,使輻照計的示值接近滿量程,在它們之間靠近標準燈和探頭處分別放置光闌以屏蔽雜散光。連續(xù)10次讀取輻照計示值Ei(i=1,2,3,,9,10),測量數(shù)據(jù)見表D.1。JJF1660—201715表D.1重復測量輻射照度數(shù)據(jù)表(n=10)測次i輻照度示值EiμW/cm2測次i輻照度示值EiμW/cm21161.96161.42161.87161.23161.98161.44161.89161.55161.610161.5測量的輻照度平均值E=Eii=110=161.6μW/cm2(D.4)示值重復性導致的相對標準不確定度(Ei-E)2i=1u1(E示值)==0.14μW/cm2(D.5)自由度ν2=9。D.3.2輸入量E示值帶外雜光的不確定度u2(E示值)通常輻照計的帶外雜光與其響應(yīng)帶寬負相關(guān),同時與其響應(yīng)波段偏離所用光電探測器的響應(yīng)峰值波長的程度正相關(guān)。由于FZ-A帶寬達600,且包含所用光電探測器的響應(yīng)峰值波長,所以其帶外雜光很小,實測表明u2(E示值)≤1.0%×161.6μW/cm2=1.62μW/cm2注:以161.6μW/cm2為評價參照示值,以下同。D.3.3輸入量E標準量值溯源的不確定度u1(E標準)光譜輻照度標準燈的光譜輻照度在(400~1000)nm的不確定度為D.3.由/2.42μW/cm2(k=1)光譜輻照度標準燈工作電流I的變化ΔI,會導致其光譜輻照度E(λ)的偏差ΔE(λ),據(jù)經(jīng)驗公式ΔE(λ)/E(λ)=6·ΔI/I(D.6)因為ΔI/I=0.05%,所以E標準電控的不確定度為u2(E標準)=0.3%×161.6μW/cm2=0.48μW/cm2D.3.5輸入量E標準簡化計算的不確定度u3(E標準)JJF1660—201716附錄C中已說明了對應(yīng)波段范圍內(nèi)光譜輻射照度標準燈輻照度的簡化計算方法,對不同色溫光譜輻射照度標準燈采用簡化計算獲得相同輻照度在輻照計獲得的示值略有差異,考慮實際輻射標準燈色溫范圍(3100±100)K,E標準簡化計算導致的不確定度u3(E標準)=1.0%×161.6μW/cm2=1.62μW/cm2D.3.6輸入量E標準