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积分球的作用和工作原理(含具体测量方法)

时间:2022-04-21

在光源测试过程中,积分球的主要功能是作为光收集器使用,是光度测量系统的重要组成设备。积分球是一个中空的球体,外壳一般采用金属板材分片焊接或整体旋压制成,内壁喷涂反射涂料。

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由于积分球内壁涂层材料的能带间隙很高,对光能量几乎不会产生吸收,因此没有光损失。当被测光源安装在积分球中心位置时,光线在球内经过多次反射及漫反射后,将均匀地分布在球的内壁上。通过测量积分球内壁某一小块面积的光能量,就可以计算出光源所散发的全部光能量。

根据搭配的光度测量设备的不同,积分球测量系统分为积分球光度计测量系统和积分球光谱分析系统两类。前者使用光度探头作为检测器,配合光度计来测量光参数;后者使用光纤采集球壁的光线,并配合光谱仪来测量光度、色度及辐射度等参数.

以积分球搭配光度探头为例,光通量的测量原理如下图所示。在积分球内,光源S在球壁上任意一点B上产生的光照度是由直射光和多次反射光产生的光照度迭加而成的。由积分学原理可得,球面上的光照度是均匀的,在任意一点B上的光照度E为:

莱森光学:积分球的测量原理


莱森光学:积分球的测量原理


E0 – 光源S直接照射在B点上的光照度

r– 积分球半径

ρ – 积分球内壁反射率

E0的大小不仅与B点的位置有关,也与光源在球内的位置有关。为了去除直射光的不确定性影响,可以在光源S和B点之间放置一个挡光板,遮挡掉直接射向B点的光线,此时E0=0,则在B点的光照度为:

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由于积分球半径r和涂层反射率ρ均为常数,因此在球壁上任意位置的光照度E与光源的光通量Φ之间就成正比关系。

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其中K值称为测量系统的响应常数。这样,依据积分光度法的测量原理,通过测量球壁上任意位置的光照度,就可以通过以下公式求出光源的光通量Φ:

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(光通量 = 照度 x 面积)


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