積分球的測量原理

發(fā)布時間:2024-03-19
在光源測試過程中,積分球的主要功能是作為光收集器使用,是光度測量系統(tǒng)的重要組成設備。積分球是一個中空的球體,外殼一般采用金屬板材分片焊接或整體旋壓制成,內(nèi)壁噴涂反射涂料。
由于積分球內(nèi)壁涂層材料的能帶間隙很高,對光能量幾乎不會產(chǎn)生吸收,因此沒有光損失。當被測光源安裝在積分球中心位置時,光線在球內(nèi)經(jīng)過多次反射及漫反射后,將均勻地分布在球的內(nèi)壁上。通過測量積分球內(nèi)壁某一小塊面積的光能量,就可以計算出光源所散發(fā)的全部光能量。
根據(jù)搭配的光度測量設備的不同,積分球測量系統(tǒng)分為積分球光度計測量系統(tǒng)和積分球光譜分析系統(tǒng)兩類。前者使用光度探頭作為檢測器,配合光度計來測量光參數(shù);后者使用光纖采集球壁的光線,并配合光譜儀來測量光度、色度及輻射度等參數(shù).
以積分球搭配光度探頭為例,光通量的測量原理如下圖所示。在積分球內(nèi),光源s在球壁上任意一點b上產(chǎn)生的光照度是由直射光和多次反射光產(chǎn)生的光照度迭加而成的。由積分學原理可得,球面上的光照度是均勻的,在任意一點b上的光照度e為:
e0– 光源s直接照射在b點上的光照度
r– 積分球半徑
ρ – 積分球內(nèi)壁反射率
e0的大小不僅與b點的位置有關,也與光源在球內(nèi)的位置有關。為了去除直射光的不確定性影響,可以在光源s和b點之間放置一個擋光板,遮擋掉直接射向b點的光線,此時e0=0,則在b點的光照度為:
由于積分球半徑r和涂層反射率ρ均為常數(shù),因此在球壁上任意位置的光照度e與光源的光通量φ之間就成正比關系。
其中k值稱為測量系統(tǒng)的響應常數(shù)。這樣,依據(jù)積分光度法的測量原理,通過測量球壁上任意位置的光照度,就可以通過以下公式求出光源的光通量φ:
(光通量 = 照度 x 面積)
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