浅析发光强度和总光通量单位国际比对中的数据处理

    0　引言

    发光强度单位坎德拉是光度计量的基本单位,也是国际单位制的七个基本单位之一。从1948年至1979年,坎德拉是用一定温度下的黑体发出的光来定义的。用这种方法复现坎德拉的影响因素多,技术复杂,各国光度单位的离散性较大。1979年10月第十届国际计量大会通过了重新定义坎德拉的决议,新定义的特点是使光度量和辐射度量之间建立起了确定的联系。按新定义复现坎德拉可采用不同的方法,有利于复现技术的发展。我国于1982年以锥腔补偿型电校准辐射计为基础复现了坎德拉。

    光度与辐射度咨询委员会(CCPR)决定由国际计量局(BIPM)负责组织1997年发光强度和光通量单位的国际比对,德国技术物理研究所(PTB)为此次比对的承办者。参加此次比对的国家有英、美、法、中、德、俄、日、加、澳、意、南非、西班牙、瑞士、匈牙利、斯洛伐克、阿根廷等十六国和BIPM。共使用了200多支灯作为此次比对的传递标准。我国光强单位和光通量单位与平均值的偏差分别为0.16%和0.22%。

    在这次比对中,PTB作了大量细致的工作,以保证比对结果的可靠性。首先,采用替代法测量,可以减小测量过程中的B类不确定度。其次尽量使PTB的测量条件同参比国一致,减小测量误差。对测量结果进行了科学的计算分析,给出各国相对于国际平均值(KCRV)的偏差。PTB对误差分析和数据处理的方法值得我们借鉴,现予以介绍。

    1　测量过程中的误差源分析

    1.1　发光强度的测量

    根据距离平方反比定律,在分布温度T时,发光强度为I(T)的灯在距离d处的照度E(T)为:

在t时刻用响应度为sv(T,t)的照度计来测量,得到的光电流为y′,也可算得E(T):

    PTB按照参加国给出的分布温度T时的灯电流J点亮标准灯,但由于分流电阻的存在以及数字电压表的标定误差等,灯电流必然会有设定误差,J′ =cJ·J(cJ为系数,J′为PTB设定的实际灯电流)。光强I、色温T、灯电压U均因灯电流的设定误差而发生偏离,表示为:

    灯与探测器之间的距离由三部分组成,主要的部分是灯丝平面与探测器限制光栏间的距离d0。探测器表面未对准的偏离Δp d₀,可被认为是一个常数包括在d₀中。单支灯的未对准的偏差Δl d₀必需考虑。

    d=d₀·(1 +Δl/d₀)             (4)

    光度计的响应度sv(T,t),随时间会有漂移,其变化率为α。分布温度T相对于A光源的分布温度T_A有偏离,由于探测器的V(λ)匹配误差,也使探测器的响应度改变,综合表示如下: