闪光有效光强的测试方法研究

    1 引 言

    有效光强是评价闪光光源光学特性的重要参数。闪光光源包括各种脉冲光源和火炸药爆炸产生的瞬时发光光源。闪光在时域上具有瞬时性, 其对人眼的短暂刺激具有特殊的视觉效果, 因此被广泛应用于航空、航海及陆地交通领域。如: 航标灯、飞机防撞灯、着陆灯、警车及救护车的报警灯等等。同时由于其发光不连续, 闪光光源光度特性的测试不能用常规的光度测量仪器来完成, 需要研制专用的测试仪器进行测试。

    2 闪光光源有效光强的测试原理

    由于闪光光源的发光强度是随时间变化的, 所以, 在闪光光源的测试中, 除了要求给出其瞬时光强随时间的分布曲线, 同时, 还规定了用闪光有效光强来衡量闪光的强弱。

    闪光光源的有效光强定义为: 同时观察闪光和稳定光, 并调节稳定光的强度, 使闪光和稳定光看上去一样亮, 这时稳定光源的发光强度就是闪光光源的有效光强, 目前普遍采用的有效光强经验计算公式为:

式中: I( t) 为随时间变化的闪光发光强度; t₂- t₁为闪光光源持续的时间( t₂- t₁定义为两个四分之一峰值之间的时间长度) 。

    如图 1 所示, 根据经验 t₂、t₁一般选取两个四分之一峰值对应的时间值。

    3 闪光有效光强测试装置

    3.1 测试装置

    为了能准确测出光度量随时间分布的曲线, 完成高精度、自动化的测量, 自行研制了闪光有效光强测定仪, 其测量原理如图 2 所示, 主要由一组带有V( λ) 修正滤光片的标准探测器、精密前置放大器、高速数据采集电路、同步控制电路及计算机等组成。

    如图 2 所示, 从闪光光源发出的光经过一定的距离到达标准探测器, 在标准探测器前面有电动快门及若干光栏, 以扣除测量背景, 以上硬件均安装在九米测量导轨上, 方便中心光轴的调试和距离准确测量的要求, 由于光具有方向性, 旋转平台可以满足不同角度的闪光光强的测量。被测的闪光信号进入标准探测器, 输出信号经 I/V 转换、精密前置放大, 由闪光光度参数测定仪的高速数据采集电路进行数据采集, 经由计算机测量软件计算处理后, 可得到闪光瞬时光强信号随时间的分布曲线, 由计算可得其有效光强值。

    3.2 主要组件

    3.2.1 标准探测器及精密前置放大器

    该部分是实现准确测量的关键, 光探测器采用高灵敏、高稳定性的硅光电二极管作为光接收器。为了准确测量可见光区的闪光发光强度, 对光度标准探测器进行了严格的 V( λ) 修正, 使其符合人眼的视觉特性。探测电路选用高速、高稳定性的运算放大器 AD797 作为 I/V 转换和前置放大; 考虑到探测器及放大电路对闪光光源的快速响应, 设计了稳定的偏压源方式以提高探测器的响应速度, 通过四个精密采样电阻实现 I/V 转换及量程选择, 以满足1μs 的响应速度和 10^-2lx～10⁶lx 的动态范围的指标要求。