第三章光通量及亮度的测量
§３-１理想积分球原理及光通量标准灯
理想积分球的条件：
①积分球的内表面为一完整的几何球面,半径处处相等
②球内壁是中性均匀漫射面，对各种波长的入射光线具有相同的漫反射比 ③球内没有任何物体,光源也看作只发光而没有实物的抽象光源
理想积分球原理：
１.积分球（光通球或球形光度计）结构： ①内部空的完整球壳,内壁涂白色的漫射层
②球直径按待测灯尺寸和功率大小而定,直径D=1m 、2m 、3m 等 ③球壁上开一小窗口,其直径d ∝r(灯的尺寸）
④球上开一个小门,或打开个口方便装取灯,有接线架、灯头、挡屏 2.积分球原理：
设光源S 直接在球内任一点建立的照度E A ，在M 处的照度为E M A 处dS 发生第一次漫射出度为： 故由朗伯定律的特性知dS 面的光亮度为：
A 处dS 发生漫射在M 处产生的二次照度为:
a M E ρ=0/A L E ρπ
=22
2222
2
(/2)cos ()()4L L ds AM L ds dE ds AM AM r r θ⋅⋅=⋅=⋅=
上式代入得:
整个球面发生一次漫射在M 处建立的二次照度为：
222244A
E dE E ds r r ρρφ
ππ==
=⎰⎰
类似分析为：二次漫射光线在M 处建立的照度为：
23233222/44dE E ds r E dE E ds E r ρ
ρπρπ=→==
=⎰⎰
同理：
2432
E E E ρρ==
235432E E E E ρρρ===
⋅⋅⋅⋅⋅⋅
则M 点的总照度E M 为:
212312(1)M E E E E E E ρρ=+++⋅⋅⋅⋅⋅⋅=++++⋅⋅⋅⋅⋅⋅
12112
1114M E E E E E E r ρ
ρφ
ρρπ→=+
=+⋅=+--
故用小挡屏挡住S 直接射向M 点的光线时，则E 1=0
2
2
1414M E E r E r ρρρ
φρφπρπρ
-→==
⋅
→=- 上式中r 、ρ均为常数,球壁上任何位置的E 与光源S 的总光通量Φ总成正比,因此可以通过测量球壁上开的小窗口的照度来计算光源的总光通量Φ总。 原理:标准光源的光通量已知ΦS ,E ρS 可测得,在待测光源
的E ρX 测得后,即可用相对比较法测得待测光源的Φ总 即为球形光度计测量光源总光通量的原理。 光通量标准灯 1.满足标准灯的条件：
①有一定的强度和光谱能量分布
②发光稳定
③具有很好的重复性
④制备和使用方便
(光通量标准灯的供电监测系统和光强标准灯相同)
2.国产标准灯种类：
BDT、BDP和BDX型；各灯光电参数见书本P26面
3.使用注意事项：
①标准灯在标定量值前,要按规定在超压5%的情况下,老练40-50小时,并进行稳定性实验,再经国家计量部门标定量值后逐级传递到使用部门.低级标灯稳压供电,高级标灯稳流供电②标灯使用过程中要严格按照标准、规则执行,根据测试要求选用适当级别的标灯,并按规定定期到计量部门检定。
§３-２积分球实际结构及球内壁的喷涂光通球的实际结构示意图：
球体的要求：
1.采用不易变形以及不易受环境影响的材料制成
2.球内表面应光滑,力求各处曲率半径相同
3.球的密闭性要好
4.为减小测量误差,灯应安装在球心
5.灯的支架应采用细金属管,里边转电线
（应尽量减少球内部件的件数和部件的体积）
挡屏的放置：
1.挡屏的中心在球心与窗口的中心连线上，离球心1/3r处
2.设光源的最大尺寸为2b,窗口的直径为2a,挡屏的半径为d如下图所示有:
则有：
2223()()33r
c c b a
d a b a b a r =→=-→=+--
分析：b ↑→d ↑→s AB ↑、s CD ↑→测量误差↑ 因此：要求灯的最大尺寸不超过球体直径的1/6-1/10
球内壁的喷涂：
1.球内壁喷涂白色涂料(硫酸钡或氧化镁)使积分球具有良好的光谱漫射和较小的光谱选择性
2.内壁喷涂方法：
①喷涂前用砂纸去锈,磨光,然后用汽油清洗干净,如果表面凹凸不平,则用油灰找平并喷上一层白色无光底漆,最后再喷涂
②喷涂时用喷雾器进行喷涂,不用手工喷涂,一般干一层喷一层,每层厚度为1.5-1.5mm 之间,喷10次以上
§３-３相对比较法测总光通量
测量前准备工作：
1.在球内点燃一只白炽灯去潮气,使球内壁漫发射 稳定和预照光电池使其稳定
2.测量时依次点燃标准灯和待测灯
相对比较法测量光源总光通量原理： 装标灯在球心：
241S S E r ρφρ
πρ=⋅
- ①
装待测灯在球心：
241x x E r ρφρ
πρ=
⋅
- ②
由①/②得：
//x S x S x x S
S
E E E E ρρρρφφφφ=→=
⋅
若探测器在线性范围内工作,i ∝E 则有x
x s s
i i φφ=g
is 、ix 分别为标灯和待测灯
的电流可测出,Φs 标灯的光通量已知,由上式便可得到待测灯的光通量Φx ,若测出P 灯或U 灯、I 灯可计算出灯的光效η=Φ/P 电 测量步骤：
①把标准灯装在球心点燃5-10分钟,记下光电流is 后,把电源关掉,取下标灯 ②装上待测灯点燃5-15分钟待其稳定后,记下光电流ix 、 P 灯（U 灯、I 灯）
③据Φx =(is/ix)·Φs 计算出灯的总光通量,并由η=Φ/P 电算出待测灯的光效（注：应多次测量求平均值）
