一种有效光强校准装置中闪光灯稳定性的修正方法*

刘玉龙　刘文德　樊其明　陈　赤

(中国计量科学研究院，北京 100029)

0　引言

有效光强测试仪是测量脉冲光源有效光强的仪器，目前已经广泛应用于测量脉冲光源光度特性的领域，例如航空上常用的频闪测试仪FMG4400D。由于很多频闪测试仪无法测量稳定光源，且用于定标的A光源光谱不同于闪光灯的光谱，因此我们采用参考闪光灯进行校准。参考闪光灯是基于氙气放电原理的，自身的不稳定性是重要的误差源，本文主要研究有效光强测试仪的校准及监视探测器在校准过程中的应用。

1　有效光强的测量原理

脉冲光源或闪光光源是一种特殊的光源，一般持续时间非常短且波形较为复杂，图1所示是一种典型的氙闪光灯的光脉冲波形，而有效光强是描述此类光源的光度特性的一个非常重要的参量。

参照国内广泛采纳以及有相关标准支持的的定义[1-3]，闪光灯有效光强定义为：

(1)

式中，I(t)为瞬时光强；t1、t2为按照峰值百分比选取的闪光持续时间，并能使Ieff达到最大值[4]。

图1　典型的氙气闪光灯波形

在探头距离闪光灯足够远时，闪光灯可视为点光源，亦即平方反比律成立，这时瞬时光强为：

I(t)=E(t)D2

(2)

式中，E(t)为探头有效接受面上的瞬时照度值；D为探头接收面到光源发光面的距离。

由于仪器输出的是电压，因此需要对照度进行线性定标[5]，定标系数为k0：

E(t)=k0U(t)

(3)

式中，U(t)为探测装置瞬时电压。在t1到t2时间范围内对E(t)积分，根据式(1)可以得到有效光强值。

2　有效光强测量仪校准

我们建立的有效光强校准装置如图2所示。采用直接比较法对待测有效光强测量仪进行量值校准。待检有效光强测试仪的示值误差由下式确定：

(4)

图2　有效光强测试仪校准装置示意图

有效光强测试仪校准装置由标准闪光灯、光阑、有效光强标准装置和待检有效光强测量仪组成，校准时为保证探头和标准闪光灯在同一直线上，使用半导体激光器辅助调节光路，使激光光点对准标准闪光灯发光面中心、光阑中心、探头中心。校准过程中应保证有效光强标准装置的探头和待检有效光强测量仪的探头位于同一位置。最终的示值误差由式(4)确定。

由于氙气放电型闪光灯容易受电容充放电、电路设计、使用环境等多种因素的影响，因此稳定性会对校准结果产生重要影响，图3中实线是校准装置中参考闪光灯的峰值照度、有效光强的测量结果，其稳定性分别为2.2%和0.9%。

3　参考探测器在校准过程中的应用

考虑到闪光灯自身的稳定性，我们利用一路监视探测器(见图2)降低校准过程中闪光灯自身稳定性的影响。在校准过程中监视探测器的位置保持不变，第2次至第10次的测量值均以第1次测量值作为参考进行修正。图3为使用监视探头修正后的测量结果，小图为监视器测量结果，虚线是修正后的峰值照度和有效光强值，可以看到使用监视探测器后结果有了较大改善。

图3　使用监视探头修正后的测量结果

我们对一种瞬态光强测试仪(频闪测试仪FMG4400D)进行了测量校准，结果如表1所示。按照前述校准方法，修正前后有效光强值的示值误差分别为4.2%和0.3%，二者差别达到了3.9%，从监视器的数据可以看出这是由于校准过程中闪光灯有效光强发生率较大变化引起的，可见加入监视器的必要性。

表1　校准实例

4　结束语

本文研究了基于参考闪光灯的有效光强测量仪的校准，由于闪光灯不是一种非常稳定的光源，闪光灯自身的不稳定会对校准结果的准确度造成很大的影响，因此可以在校准时加入监视探测器以降低闪光灯自身稳定性的影响。通过实测表明，改善的效果相当明显，这是实验室校准相关仪器时必须注意的。本方法对于现场校准也有重要指导意义。

[1]王晔.闪光型照明装置光度特性的检测技术探讨[J].中国照明电器,2010(4):31-36

[2]占春连,刘建平,陈超，等.闪光有效光强的测试方法研究[J].中国测试技术,2008,34(5):16-18

[3]航空障碍灯[S].中华人民共和国民用航空行业标准MH/T 6012—1999

[4]DOUGLAS, C.A.Computation of the effective intensity of flashing lights[J], Illuminating Engineering, Vol.52(12)：641-646, 1957

[5]刘允翥,马润山,郭正强.曝光量标准[J].计量学报,1980(4):258-265