基于光谱辐射计的光源光通量的高精度快速测量方法

[解读]基于光谱辐射计的光源光通量的高精度快速测量方法发布日期：2011-10-26来源：照明工程师社区作者：潘建根李倩浏览次数：109光源光通量是评价光源最重要的参数之一，本文主要介绍了基于光谱辐射计使用积分球高精度快速测量光源光通量的方法，重点分析了影响光光源光通量是评价光源最重要的参数之一，本文主要介绍了基于光谱辐射计使用积分球高精度快速测量光源光通量的方法，重点分析了影响光源光通量高精度测量的因素尤其是光谱辐射计的线性动态范围给测量带来的误差及其解决方法，经过分析认为使用带参考光度探头的高精度快速光谱辐射计，采用积分-分光相结合的方法在极宽的动态范围内能够达到最高的测量精度，且即便对LED那样的准单色光源也具备理想的测量精度。关键词：光通量，光谱辐射计，高精度，动态范围1．概述光源光通量是光源最重要的参数之一，精确测量光通量是光源测量的基础，对于光源的光效测量和节能效果的评价十分重要。积分球是光源光通量测量中经常采用的仪器，它是利用光在积分球内的均匀漫反射涂层多次反射，达到空间积分的作用而进行测量的，具有测量速度快的优势。被测光源的光通量结果是通过与标准灯结果比较得出的，由于标准灯种类的限制，标准灯和被测光源的光谱功率分布往往存在着较大的差异，这给精确测量被测光源的光通量带来了一定的难度，尤其是LED那样的准单色光源。图1所示为标准A光源和准单色LED的相对光谱功率分布曲线，二者存在很大差异，若用光度探头测量光源光通量，二者在不同的光谱区域使探测器产生响应，对光度探头的光谱灵敏度曲线S(l)rel的V(l)匹配要求非常高。考虑到光度探头一般在红光和蓝光区域的V(l)匹配不够理想，这更这类LED光源的精确测量更加带来了挑战。由于被测光源往往在绝对光谱功率和相对光谱功率分布上都存在很大差异，如图1中的准单色LED光源和标准A光源，若光谱辐射计的光敏器件的线性不好会带来很大的测量误差。如图2，光敏器件呈现明显的非线性现象，光电流为it(λ)时，被测光源的辐射强度示值Pt(λ)显然与实际的辐射强度Pt(λ)rel存在较大偏差。在单色仪光谱辐射计中经常使用光电倍增管(PMT)作为感光器件，而PMT一般是在3个数量级内2%的线性水平；而高精度快速光谱辐射计，如远方HAAS-2000中所使用的科学级CCD可以在三个数量级内达到1%的水平，经过校准可以达到更高的水平，高于PMT的线性动态范围水平。虽然高精度快速光谱仪中采用的科学级背射式CCD已经比普通CCD和PMT的线性要好，但与具有大跨度动态范围内线性极好的硅光电池相比（好的硅光电池在8个数量级范围内线性0.2%），动态范围小很多。为解决这一问题，HAAS-2000高精度快速光谱辐射计中采用了分光-积分相结合的测量方法。设置参考探头，被测光源的相对光谱功率分布P(l)t与光度探头的光度测量结果相结合求得光谱解析校正系数K：上式中s(l)rel为参考探头的相对光谱灵敏度，P(l)S为用于校准参考探头的标准光源的已知相对光谱功率分布。将参考探头的测量结果乘以K，即可得到精确的光通量测量结果。使用分光-积分相结合的方法，充分发挥了两种测量方式的优点：1.测量的动态范围大，线性好；2.测量的结果精确，在不要求光谱辐射计线性极好和参考探头V(l)精确匹配的情况下，可实现大跨度线性范围内光度量的精确测量。(3)杂散光控制杭州远方的HAAS-2000高精度快速光谱辐射计突破性地采用了带通色轮校正技术，把杂散光控制到了与单色仪光谱仪相当的10-4的水平，进一步提高了光谱功率分布的定标和测量精度。4.HAAS-2000高精度快速光谱辐射计的主要技术指标根据以上分析，杭州远方光电的HAAS-2000高精度快速光谱辐射计由于测量速度快，精度高，线性动态范围宽，是实现光源光通量以及色度测量的理想仪器，其主要技术指标与其他国际同类先进仪器的比较如下：5.总结本文主要介绍了用积分球测量光源光通量的方法，重点介绍了基于光谱辐射计高精度快速测量光源光通量的方法，分析了影响高精度光通量测量的因素和解决方法，尤其针对光谱辐射计的线性动态范围展开了讨论，经过分析认为使用带参考光度探头的高精度快速光谱辐射计，如杭州远方的HAAS-2000高精度快速光谱辐射计，采用积分-分光相结合的方法能够达到很宽的测量范围和很高的测量精度。参考文献：[1]YoshiOhnoandRonaldO.Daubach，IntegratingSphereSimulationonSpatialNonuniformityErrorsinLuminousFluxMeasurement，J.IES,30-1,105-115(2001)[2]CIE.1989.PublicationNo.84Measurementofluminousflux.[3]IEC60969Ed.2:SelfBallastedLampforGeneralLighting–PerformanceRequirement