光强度计量

出处：按学科分类—工业技术 企业管理出版社《计量专业工程师手册》第482页（2326字）

光强度的计量单位坎德拉(cd)是在1979年第十六次国际计量大会上通过其新定义的。坎德拉定义为一个发出频率为540×10¹²Hz，辐射强度为1／683Wsr的光源的光强度。各国的计量研究部门可通过不同的途径来复现这个定义。我国复现坎德拉的方法是用一组性能稳定的电校准绝对辐射计，配上一个V_(λ)修正滤光器构成一组光谱响应度与明视光谱光效率函数一致的基准接收器，用这组基准接收器测定一组光强副基准灯的光强度值。然后再由副基准灯组把光强度值传递到工作基准灯组。

光强标准灯是一个直流供电的钨丝白炽灯系列，由BDQ－1至BDQ－8共八种大小不同的特殊设计制造的灯泡组成，外形如图9．4－2所示，球形玻璃壳，灯丝平面正好处在球心上，这样从玻壳反射的灯丝的倒立实象正好落在灯丝平面的位置上，与灯丝本身共同构成一个平面型的发光体，这个发光体所在平面的法线方向即为光强灯的使用方向。

图9．4－2 光强标准灯系列

光强灯按其光强值的年变化率分级，年变化率δ是指第一年由计量部门检定的值I₁与第二年再送检时的检定值I₂的百分偏差：

第一次与第二次检定之间，标准灯的累计点燃时间不得少于10小时。若在一年中使用时间多于100小时，则应再次送检。一级标准灯的年变化率应不大于0．7%，二级标准灯不大于1%，三级标准灯不大于1．5%。

我国光强标准灯的主要参数如表9．4－2所示。

表9．4－2 光强标准灯参数

由照度的定义式E=dΦ／dA以及立体角的定义dΩ=dA／R²可得E=dΦ／dΩ·R²，故有

式中I为一个点光源的光强度，R为点光源到被照面的距离。上式表明，一个光强度为I的点光源，在距离它R处的平面上产生的照度，与这个光源的发光强度成正比，与距离的平方成反比。如果被照平面的法线与光线成一角度θ，则照度值应乘以cosθ。在作光强度的量值传递时，主要就是应用平方反比定律。当用目视光度计进行量值传递时，采用等照度法。让标准灯在某一距离R₀上，产生一个适合观察的照度，再改变被检光强灯到光度计的距离R_x，使其在光度计上产生相等的照度，根据式9．4－3可有

式中I_x为被检灯的光强值，I₀为标准灯的光强值。标准灯和被检灯都放在光轨上。光轨是光度实验室常用的设备，在它上面可以利用平方反比定律完成多种光度测量，它是一个带刻度标尺的长光具座，因为往往由两根长四米以上，乃至十多米的导轨组成，故被称为光轨。作光度测量时，光度计放在光轨的中部，标准灯和被检灯放在两侧，在光源与光度计之间布置一些带开孔的档屏，用以屏蔽杂光。通常把光度计和光源装在带轮子的滑车上，滑车上有指针，可以指出光源或光度计在光轨上的位置。光轨要水平放置，应有一定的平直度，使光源或光度计在上面移动时不会产生偏摆。每次进行光度测量之前，要把光源的发光面中心、光度计接收面的中心调整到同一水平高度，并在与光轨平行的一条直线上，通常称之为测量轴线，发光面和接收面都要垂直于这条轴线。

在用光电光度计进行光强度测量时，往往采用等距离法。光电光度计工作在线性响应范围之内时，其光电输出信号正比于接收面上的照度值，即V∞E₀测量时，保持标准灯与待测灯的灯丝平面至接收面的距离相等，则对标准灯的输出信号V₀与对待测灯的输出信号V_x之比，即为标准灯的光强值与待测灯光强值之比，即

光电光度计最重要的技术要求是其相对光谱响应度应与V(λ)一致，这一点可以用一个光电探测器与一个修正滤光片组合来达到。现代的光电光度计大多是由一个V(λ)修正滤光器、一个优质硅光电二极管、一个由优质集成电路运算放大器构成的多量程电流／电压转换器及一个数字电压表组成的，如图9．4－3所示。光电光度计的另一个重要性能是有很好的光电响应线性度，满足输出信号与照度成正比关系。

图9．4－3 光电光度计示意图

【参考文献】：

［1］现代计量学概论，鲁绍曾主编，中国计量出版社，1987。

［2］现代计量测试技术，王江主编，中国计量出版社，1990。

［3］光度学，郝允祥等编着，北京师范大学出版社，1988。

［4］色度学，荆其诚等编着，科学出版社1979，。

［5］Principles Governing Photometry，Metrologia，19，97－101，1983．

［6］Accurate Measurement and Correction for Nonlinearities in Radiometers，J．Res．NBS，67A，1972．