一种用积分球实现总光通量标的新方法

　　一、引言

　　在光度计量中,总光通量标准有着广泛的实际应用。传统的总光通量标是用分布光度计实现的,这种设备技术难度大,造价高,至今只有少数国家用它来建立总光通量原级标准。近年来,美国国家标准技术研究院(NIST)发展了一种用积分球实现总光通量标的方法和技术。将原先的积分球做适当的改造,即可用于这一工作,不仅费用低廉,而且测量时间大大缩短,有利于基准灯的稳定性,并可减少测量的不确定度,便于普遍采用。

　　二、基本原理与实验装置

　　本方法的基本原理是从积分球外引入一光通量已知的光束进入球内,与球内的被测光源发出的总光量进行比较,从而得出被测光源的总光通量值。由于实际积分球空间各向不均匀,被比较的两部份光通量的空间分布相差很大,因此,还必须对测量结果进行修正。实验装置如图1所示。用计算机模拟方法对几种积分球模型进行比较分析,最后确定了积分球的各种参数和和部分的相对位置。

　　在图1中,球的内壁涂一层可见光区的漫反射比达96%以上的硫酸钡涂料。在距探测器下方45°角的位置开一个直径适当的孔,以便让外部光源所发射的光进入球内。设置两个档屏的目的是不让直射光照射到探测器和开孔处。探测器前面加V(λ)修正滤光器和乳白玻璃漫射器。

　　测量时,用功率为1000W、色温为2856K的磨砂FEL型卤钨灯作为外部发光强度标准光源,安放在距限制光阑70cm处。将光阑面上的平均光照度设为Ea,孔径面积为S0,通过下式可计算出进入球内的光通量约为2.7lm。

　　关闭外部光源,打开内部光源,假设积分球具有完全均匀的空间响应,探测器信号的大小为

　　Yi,由下式可计算总光通量:

　　式中,Rs为积分球响应度,它可通过测量外部光源照射时探测器信号的大小Ye,由下式计算得到:

　　三、确定修正系数的方法和结果

　　1.积分球响应的空间不均匀性

　　挡屏的存在破坏了积分球响应度的空间均匀性,而且由于内、外光源所处环境不同,测量时积分球的响应度也不同,因此,必须进行此项修正。积分球空间响应分布函数(SRDF)K被定义为,球内壁上的点或挡屏面上的积分球响应除以(0,0)处的积分球响应(从图1中可确定K可由旋转束型光源来测量,该光源对燃点位置不敏感。它由一个6V、1.2W并带有一个直径为40mm的反射器的真空白炽灯和10mm长的圆筒组成,筒内面涂黑,外面涂白,光束角约为10°。测量SRDF时,以5°间隔变换θ角,30°间隔变换角,测得K后,再归一成一个各向同性的点光源。归一化的SRDFK*定义为: