光通量测量课件.ppt

1、光通量测量 球形光度计照度积分法一、积分球理论v理想积分球： （1）积分球内部为一完整的理想几何体； （2）球内壁为中性各向同性漫反射面，处处反射率相等； （3）球内不存在其他物体，包括光源（光源被假想为理想的点光源）；v积分球参数：半径r、反射比、总光通量。朗伯面的总光通量（复习）dIrrdrIdcossin2sin2cos020I0SdI0I理论计算v点光源S发出的光照射到面元dA，照度为E，反射出来的光通量是*E。v因为是漫反射面，所以亮度为vL= *E/ABSvA处的反射光在点B处的照度为v而AB=2rcos，代入v再代入L，221cosABLdAdE 214rLdAdE 214 rE

2、dAdEv对上式进行积分2114 rEdAdEE22144rEdArEv同理可得：v所以v其中， 被称为等价透过系数。142rEE总2224 rE2334 rE1v结论：反射照度和总光通量成正比。v如有一标准光源的光通量s为已知，可用积分球测出其照度Es和待测灯具照度Et，可求出待测灯具总光通量。v t=s*Et/Es二、球形光度计v积分球（乌布利希球）：（1）球体：曲率半径处处相等，密闭性好；（2）窗口：直径20mm40mm（和积分球具体半径有关）。（3）安装：标准灯和待测灯都安装在球心位置或者球壁上。（4）挡屏：在灯具和窗口之间应加一块挡屏，避免灯光直射窗口。挡屏以刚好把射向窗口的光线挡住

3、为准。（5）涂料：硫酸钡（6）光度计：和光强探测器相同。v曲率半径：和曲线内某一点相切的最大圆的半径就是曲线在该切点的曲率半径。v曲率半径可以用来描述曲线在某个位置的弯曲程度。r1r2v球的直径大于待测光源线度的610倍。v常见积分球半径：1m。v小积分球半径： 60mm0.1m。vNIST：直径2.5m。v50mm的积分球基本不可用。vV（）滤光器：让光度计的光电特性曲线符合人眼视觉灵敏度曲线。v安装：灯具一般安装在球心位置，可以使得不均匀性降到最小。v挡屏：挡屏距离球心距离为1/31/2半径。挡屏大小可由几何作图法求得。v设光源的最大尺寸为设光源的最大尺寸为2b,2b,窗口的直径为窗口的直

4、径为2a,2a,挡屏距离挡屏距离球心距离为球心距离为1/3r1/3r，挡屏的半径为，挡屏的半径为d d可由下图求出可由下图求出2 b2 aAcCr23dr132223()()33rccbadababarv硫酸钡：化学稳定性好，不易变色或玷污，光谱选择性少。反射率0.89。v热负荷小于160W/m2 2KW2m。v掺杂：蓝色染料。()()1-()测量步骤v把标准灯装在球心点燃510分钟,记下光电流ms后,把电源关掉,取下标灯；v装上待测灯点燃515分钟待其稳定后,记下光电流mx、P灯（U灯、I灯）v据x=(is/ix)s计算出灯的总光通量。（注：应加入修正参数后计算，且需要多次测量求平均值）积分

5、球测量图示积分球测量图示三、校正v1.光分布修正：用分布光度计精确测量其总光通量，和积分球测量结果比较可以得到修正参数。v2.光谱失配修正：目的是为了让光度计的光谱特性符合人眼明亮度视觉特性。v3.光度计响应稳定度修正：光电仪器响应参数随时间变化时需要进行修正。v4.自吸收校正：灯具自身对发出的光的吸收（不管是发光部分还是不放光部分都会吸收）。自吸收校正方式辅助灯（点燃）辅助灯（点燃）挡屏挡屏挡屏挡屏探探测测器器未装待未装待测灯具测灯具辅助灯（点燃）辅助灯（点燃）挡屏挡屏探探测测器器装上待装上待测灯具测灯具（不点燃）挡屏挡屏读数：读数：m0读数：读数：m灯灯v辅助灯：和待测灯具具有相同光谱分布

6、的灯（最好和待测灯具是同一类型的灯具）。v两次测量的读数分别为m0、m灯。则吸收修正参数为v m0/m灯v所以测量结果v 标标标待待待mm进一步修正v实验一：在积分球内不同位置放置待测灯具，并测量光通量。LED灯具灯具探探测测器器窗窗口口挡屏挡屏12345位置光通量11.07521.07731.07641.07651.078阴影实验结论：自吸收与灯具位置基本无关结论：自吸收与灯具位置基本无关实验二、不同尺寸的影响LED类型总光通量影响放置LED不放LED3mm0.7310.7624.24%5mm1.0771.1126.25%8mm1.7511.9249.88%结论：结论：LED灯具越大，自吸收

7、效应越大。灯具越大，自吸收效应越大。实验三、积分球尺寸影响积分球尺寸影响70mm9.88100mm6.10.5m0.3结论：积分球尺寸越大，自吸收影响越小结论：积分球尺寸越大，自吸收影响越小60100mm积分球校正方法v使用辅助LED（和待测LED同一型号）v工作原理：点燃一支和点燃两支光通量0以及一支LED的吸收s和两只LED的吸收有所差异，可用加减法求得。v一个辅助灯：v10s；v202sv所以0？v两个辅助灯：v103s；v2203sv所以0？照度积分法v工作原理： 由光通量定义有: 故只要测出在A面积上的光照度E,再乘以A,即可求得点光源在单位立体角内光通量的大小。v设想一闭合球面包围

8、光源,将球面分割成若干面积元S1、S2、S3测出各个面积元上所对应的照度为E1 、E2 、E3求出各个面元上的光通量为E1S1 、E2S2 、E3S3 再求和即可得到总的光通量为： 即为分布光度计的工作原理每个球带的面积为: 总光通量为： 常见划分面元（球带）方法有： 等间隔法、等立体角法。22sinlEd 2sindslhhld 而22sindsld iiE S 再求和即可得到总的光通量为： 即为分布光度计的工作原理每个球带的面积为: 总光通量为： 常见划分面元（球带）方法有： 等间隔法、等立体角法。22sinlEd 2sindslhhld 而22sindsld iiE S1.1.等角度系数

9、法以等角度的方法分割球面，所得到的球带宽度相等而面积不等。第一条球带（球冠）的面积为： 第二条球带的面积为： 第i条球带的面积为： 则总的光通量为： 2112(1cos)Sl22122(coscos)Sl212(coscos)iiiSl212(coscos)iiilE E Ei i计算方法计算方法: : 为球带系数为球带系数: :可每隔可每隔 或或 进进 行分度行分度, ,先将球带系数计算出来先将球带系数计算出来( (一般以一般以 或或 进进行分度行分度) )照度可用照度计在照度可用照度计在 位置测量出照度位置测量出照度, , 称为称为 的平均照度的平均照度; ;也可分别测量也可分别测量i-1

10、i-1和和i i处的照度处的照度E Ei-1i-1和和E Ei i, ,再求两者的平均值再求两者的平均值 即即 作为平均照度作为平均照度 12 (coscos)ii10201051()/2ii1ii1()/2iiEE 以上求法光源光强分布为轴对称的以上求法光源光强分布为轴对称的, ,不对称则不对称则可适当绕垂直轴转动被测光源可适当绕垂直轴转动被测光源, ,分别测定相应的分别测定相应的光照度，再计算总光通量）光照度，再计算总光通量）等角度法的缺陷：等角度法的缺陷： 球带面积不同球带面积不同, , 球带面积大球带面积大, , 的球冠的球冠面积最小面积最小, , 测量误差大，计算复杂。测量误差大，计

11、算复杂。809000180900011SS12 2. .等立体角法：等立体角法要求划分出的球带立体等立体角法：等立体角法要求划分出的球带立体角相等，也就是面积相等。角相等，也就是面积相等。 将闭合球面分成将闭合球面分成N N等份等份, ,则每个球带的面积为：则每个球带的面积为： 则通过第则通过第i i条球带的光通量为条球带的光通量为E Ei iS Si i，故总的光通量为：故总的光通量为： 24(10 20 30.)irEnn、 、24rSn E Ei i计算方法计算方法: :将每个球带再分成两等份将每个球带再分成两等份, ,在等分线上测量球带在等分线上测量球带 的照度的照度, ,作为每个球带

12、的平均照度作为每个球带的平均照度. .关键在求等分关键在求等分角角求测量方向角求测量方向角( (平分线角度平分线角度) )： 第第i i个球带的面积为：个球带的面积为：22112(coscos)4/coscos2/iiiiiSllnn121cos1coscosiiiinn 1121coscos1iiinn 分布光度计实例类型一v测LED产品绕其自身水平轴和垂直轴旋转，而光度探测器保持静止在该分布光度计中，被测LED产品仅绕自身中心转动，环境变化较小，总光通量测量精度较高。 灯具旋转式分布光度计双镜双探分布光度计第一探测头第二探测头旋转反射镜主轴C轴旋转反射镜本章小结光通量v光通量：代表光线的线段的数量。v其他光度：代表光线的线段在空间中的分布情况。点光源的发光强度4空间2空间亮度照度S1S2S3S2光强测量