各种物理量测试计量下

各种物理量测试计量下第1页，共26页，2023年，2月20日，星期三

10.1光学计量光谱波段:1nm～1mm，介于微波与X射线之间可见光:380~780nm紫外线:波长≤380nm红外线:波长≥780nm第2页，共26页，2023年，2月20日，星期三光学计量领域:

物理光学——光辐射在传播过程中的功率、能量的转换和变化几何光学——光线在传播过程中的行踪第3页，共26页，2023年，2月20日，星期三

10.1.1光度计量光度学——对可见光能量的研究第4页，共26页，2023年，2月20日，星期三1．光度计量的主要内容光度计量——对可见光各种参数的计量，包括：

1)光通量单位时间内通过某一面积，并按国际约定的平均人眼视觉特性评价的光辐射通量(lm)

流明：光强度为1cd的均匀点光源，在1sr

立体角内发射的光通量

第5页，共26页，2023年，2月20日，星期三2)发光强度发光强度——一点光源在给定方向上在单位立体角发射的光通量（cd）坎德拉：一光源在给定方向上的发光强度，该光源发出频率为540×1012Hz的单色辐射，且在此方向上的辐射强度为1／683W/sr第6页，共26页，2023年，2月20日，星期三3)光照度光照度——入射在单位面积上的光通量(lx)

勒克斯：1lm的光通量均匀分布在1m2表面上所产生的光照度第7页，共26页，2023年，2月20日，星期三4)光亮度光亮度——一个具有一定面积的光源(包括非自发光源表面)在指定方向上单位投影面积的发光强度(nt)第8页，共26页，2023年，2月20日，星期三2．光探测器工作原理——光电效应客观的光探测器：

(1)光电效应探测器：光电管光电倍增管光导管光电池第9页，共26页，2023年，2月20日，星期三(2)热电效应探测器：热电偶热敏电阻特点：只与接收的辐射通量有关，与入射光的波长无关

(3)光化学效应探测器：照相底片第10页，共26页，2023年，2月20日，星期三3．测光光度计测光光度计有以下几种：(1)陆末—布络洪光度计。陆末—布络洪光度计也称为目视光度头。通过不断改变光源到漫射板的距离，并用人眼观测，很容易使得在一定距离上漫射板两边的照度一样。这样就可以求出两光源的发光强度之比，通过已知灯的光强度值来标定待测灯的光强度。(2)数字式光电光度计。数字式光电光度计是用光电法进行光度计量的仪器，即用各等。不同光源光度量的计量，需选择不同物理性质的光电接收器，采用不同方式来指示光度量。硒光电池就是较普遍用于光度计量的光接收器，其优点是精度高、测量时间短。第11页，共26页，2023年，2月20日，星期三(3)球形光度计。球形光度计又称积分光度计或积分球。它是内部中空而外部完整的球壳，根据光源功率和外部尺寸的大小，有不同直径的球可供选择。球上有一窗口，球内涂有反射率为"的白色漫射层并装有待测灯，光通过漫反射经窗口射到接收器上，这部分光通量正比于待测灯的总光通量。(4)分布光度计。分布光度计是通过计量光源的光分布，即照度分布，计算出被测光源的光通量的大型仪器。一般应用于大功率和光分布不均匀的光源的计量。第12页，共26页，2023年，2月20日，星期三4．光度量的计量方法1)光度计量原理光度计量有主观计量和客观计量之分，主观计量以人眼为接收器进行计量，客观计量以各种物理接收器与电测仪器来进行计量。在计量中，正确掌握光度学的一些基本原理以及适用的条件是十分重要的。第13页，共26页，2023年，2月20日，星期三(1)朗伯定律。朗伯定律是与发光强度和亮度有关系的。如果有一个面积为A的均匀发光面，它在某一方向上的亮度为厶，则在这个方向上的发光强度L。为式中，为发光面法线与指定方向的夹角，称为方向角。如果这个面光源的亮度在各个方向上均相等，即亮度不依赖于方向角"，则下标"可以取消，亮度L为一个常数，则式(10．1，4)可写为而垂直于发光面的发光强度／o＝LA，代人式(10．1．5)可得上式表明，一个亮度在各个方向上均相等的发光面，在某一个方向上的发光强度等于这个面垂直方向上的发光强度I0乘以方向角的余弦。这就是著名的朗伯定律，式(10．1．6)就是朗伯定律的数学表达式。凡是亮度在各个方向上均相等的发光面，都被称为朗伯发射面或朗伯体，有时也叫均匀漫射面或均匀漫射体。例如，黑体辐射器就是一个朗伯体。在光辐射计量中经常用到的漫射器如乳白玻璃、白色反射板等也在很大程度上近似于朗伯体。第14页，共26页，2023年，2月20日，星期三(2)距离平方反比定律。设有一个点光源，它在各个方向上的发光强度都等于／，在距离这个光源足够远的／处，可以把传播着的波阵面看做球面，即有一垂直面积为dA的受光面元。光源在某一很小的立体角d范围内发出的光线是均匀的，根据发光强度与光通量之间的关系，这个受光面所接收到的光通量为其中为点光源对受光面所张的立体角。因此有将上式代入照度公式E＝d／dA，可得式(10．1．10)表明，垂直于光线传播方向的被照表面的光照度与从光源到该表面的距离的平方成反比，这称为距离平方反比定律。距离平方反比定律虽然是从点光源推导出来的，但只要在光源的几何尺寸比光源到被照表面的距离小得多的情况下，就可以在相当精确的程度上应用这一定律。第15页，共26页，2023年，2月20日，星期三(3)光照度的余弦法则。设点光源在某一很小的立体角d范围内均匀发出光线，与该立体角相截的任意横截面dA上的光照度为E。如果dA不垂直于光线，即其法线与光线有一夹角o，则dA在垂直于光线方向的投影为dAcos。所以因此，被照表面dA上的光照度为从式(10．1．12)可以看出，被照表面的光照度和该表面法线与光线方向之间夹角的余弦成正比，这称为光照度的余弦法则。第16页，共26页，2023年，2月20日，星期三2)光强度的计量光强度的计量通常采用比较法，有等光照度法和等距离法两种。(1)等光照度法。等光照度法是使标准灯、待测灯和比较灯在接收器表面产生的光照度都相等，然后用距离平方反比定律进行计算。最后，待测灯的光强度可用下式计算得出：

(2)等距离法。等距离法是使标准灯、待测灯、参考灯到光电接收器表面的距离都相等，且位于同一侧。参考灯用来监视被测量系统的稳定性，根据光电流i的变化，通过计算可得待测灯的光强度为第17页，共26页，2023年，2月20日，星期三3)光照度的计量一般光照度的计量是使用照度计进行直接计量。在照明工程中，除用照度计直接计量外，有时还可以通过光源的光强度或光亮度值来计算光照度。设有一朗伯发光表面dA，它在各个方向上的光亮度L是相同的，如图10.1.1所示，则距离dA发光面／远的被照表面d5上的光照度是多少?连接两表面，其连线与两表面法线间夹角分别为和，由光照度的余弦法则可知被照表面的光照度为第18页，共26页，2023年，2月20日，星期三

又根据朗伯定律，发光表面在两表面连线方向的光强度为所以’上式为符合朗伯光源的光照度的一般计算公式，据此可计算出线状光源、面光源、圆盅光源等的光照度。第19页，共26页，2023年，2月20日，星期三4)光通量的计量同色温光源光通量计量的比较方便的方法是用积分球并采取替代法进行相对计量。在球内轮流点燃标准灯和被测灯，由光电池接收器分别在读数仪表上测出对应的窗口光照度E标和E待，这样得出即通过已知标准灯的光通量标，可计算出被测灯的光通量值待。第20页，共26页，2023年，2月20日，星期三5)光亮度的计量发光面亮度的计量一般使用亮度计，还可以通过计量光照度来求出光亮度。对于光亮度较高的大面积光源，在内壁涂有无光泽的黑色涂料的管子里，装两个可移动的带孔光栏C，可以防止杂散光经窗口射入光电池硒，如图lo．1．2所示。窗口A对准并垂直被测发光表面S，管子长为l，当l比S的线度大得多时，可把窗口看做是点光源。设亮度为上，则窗口的光强度为LS，它在接收器上产生的光照度为即有当光源与窗口之间介质为空气且距离不大时，窗口处的光亮度即可看做光源被测部分的光亮度，测出光照度丑，就可算出光亮度值第21页，共26页，2023年，2月20日，星期三10．1.2辐射度计量

辐射度计量类似于光度计量，但是不考虑人类视觉系统的特性。光辐射计量，已经是把光看成是一种辐射能量，无论是红外、紫外，还是可见光，都用“功率”和“能量”等绝对单位来计量。辐射度计量的主要参数有辐射通量、辐射强度、辐射亮度和辐射照度等。辐射度学的量的定义与光度学中的对应量类似，它们常用的量和单位如表10．1．1所示。第22页，共26页，2023年，2月20日，星期三┌────────┬──────┬───────┬────────┐│光度学的量│单位│辐射度学的量│单位│├────────┼──────┼───────┼────────┤│光通亮中，│lm│辐通量中。│W│├────────┼──────┼───────┼────────┤│发光强度／，│cd│辐强度▲│W·sr—±│├────────┼──────┼───────┼────────┤│光照度月，│lx│辐照度月，│W·m—2│├────────┼──────┼───────┼────────┤│光亮度上，│cd·m—2│辐亮度厶│W·sr—l·m—2│├────────┼──────┼───────┼────────┤│光出射度M，│lm·m—2│辐出度M。│W·m—2│├────────┼──────┼───────┼────────┤│光量QY│Im·s│辐射度Q．│J│第23页，共26页，2023年，2月20日，星期三1，黑体辐射定律光辐射计量的一个基本理论是关于黑体辐射的理论。黑体是一个理想的概念，是能够在任何温度下把射到它上面的所有波长的辐射完全吸收的假想体。从理论上讲，任何物体只要它的温度在绝对零度以上，都能发出电磁辐射能量，任何物体又都能够或多或少地吸收射到它上面的辐射能量，从而引起内能的变化，如果热量不被带走的话，物体的温度将会升高。基尔霍夫通过试验发现，对所有物体，物体发出的辐射(即辐出度Me)与吸收辐射。的比值是相同的，是波长和温度的函数，而与物体的材料和形状无关，即这就是基尔霍夫定律。对于黑体有o＝1，且黑体是辐出度最高的物体。第24页，共26页，2023年，2月20日，星期三

普朗克定律则给出了黑体辐出度的具体数学表达式。式中，M”是波长为^时的光谱辐出度；‘、为第一辐射常数，‘