白炽灯光源光通量计的设计

弓 伟，张 骞

(1.长治医学院，山西 长治 046000；2.长治清华机械厂，山西 长治 046012)

白炽灯光源光通量计的设计

弓 伟1，张 骞2

(1.长治医学院，山西 长治 046000；2.长治清华机械厂，山西 长治 046012)

本文主要研究白炽灯的光通量测量方法。针对白炽灯的性能特点，通过比较分析光通量的两类常用的测量方法，着重介绍了基于积分球的光通量相对比较测量法，并给出了光通量的计算公式。最后指出了测量方法可能导致误差产生的原因。

白炽灯；光通；积分球

1 综述

白炽灯广泛应用于商店的产品展示、艺术品或装饰品的艺术照明以及办公楼及大厅的照明等方面，故对其具体参数指标的测定显得尤为重要。在照明工程如电光源制造工业中，光通量是衡量产品质量的一个重要指标，总光通量是表征光源特性的一个重要参数。

光源的发光强度是光度学中的基本量，由发光强度可以推导出其它光度量。因为一般光源在各个方向上的发光强度并不一致，若要表征光源的特性，单以光源的发光强度来表示是不全面的，故只有用总光通量来说明光源更为合适。

本文研究白炽灯的光通量测量方法。

2 白炽灯光源光通量测量方法简介

白炽灯是根据电流的热效应制成的发光器件，它是将灯丝通电加热到白炽状态，利用热辐射发出可见光的电光源，至500 ℃时开始发出可见光。

通常采用两种方法进行光通量的测量[1]：相对比较法和绝对测定法。绝对测定法是使用分布光度计测量光源发光强度的空间分布，再由其分布计算总光通量，并由其分布得到配光曲线；相对比较法则是利用光通量已知的标准灯和待测灯进行比较，从而得到待测灯的总光通量。

绝对测定法[2]对各种光源的测定都能达到很高的精度，但其用到的测量装置——分布光度计价格昂贵，结构复杂，不适用于小型计量单位。所以，绝对测定法一般用于建立总光通量标准，以及不适合采用相对比较法的情况下。相对比较法是更为常用的测量方法，测量原理和数据处理都相对比较简单。

本文将重点介绍一种基于积分球原理的光通量相对测量方法。

3 基于积分球原理的光通量相对测量方法

3.1 理想积分球原理

积分球又称光通球，它是内部中空的完整球壳。积分球的尺寸各异，最大的直径可达5 m,最小的直径仅有十几厘米，球内壁涂以白色涂料。理想积分球需满足以下条件：1)球的内表面是一个完整的几何球面，半径处处相等；2)球内没有任何物体，光源视为只发光而没有体积的抽象光源；3)球内壁是中性的均匀漫反射面，对各种波长的入射光具有相同的漫反射比。

理想条件下，设积分球半径为r，球内壁各点漫反射均匀，服从朗伯定律，漫反射比为ρ。光源可在球内任何位置，光源的总光通量为φ。图1为积分球测光通量的原理图。

设在A点处面积元dS上产生的直射光照度为Ea。由于球内壁为均匀漫反射表面，因此，dS面上的光出射度为：M=ρEa.

根据朗伯定律，有：M=πL=ρEa.

由A点处面元经dS一次漫反射后在M点产生的二次照度dE2为：

图1 积分球测光通量原理图

φ=∫SEadS为光源S直接照射到球面上的总光通量。

同理，由二、三、四以及其他各次漫反射光在球壁M点建立的光照度依次为：

相应E4=ρE3=ρ2E2，E5=ρE4=ρ3E2……

从而，球内壁上任意一点M的光照度总和为各次漫反射光的光照度之和，即：

E=E1+E2+E3+E4+…

E=E1+E2(1+ρ+ρ2+ρ3…)

由等比数列公式，可得：

E=E1+Eρ.

若在光源S和球内壁M点之间放一个挡屏将直射光E1挡掉，则E=Eρ，Eρ称为漫反射照度。由Eρ和φ的关系式可知：

由以上计算过程可知，漫反射照度Eρ与总光通量φ成正比。标准光源的光通量是已知量，其漫反射照度可以测出。待测光源的漫反射照度亦可测出，通过相对比较法即可得到其光通量。这就是利用积分球测量总光通量的基本原理[3]。

3.2 积分球相对比较法测量总光通量

标准灯的光通量由下式得出：

相应待测灯的光通量为：

两式相比，消去相关系数，得到：

若光电池是在线性范围工作，则光照度与光电流成正比，上式变为：

式中：φS为标准灯的光通量，数据已知；is和ix可以由相关仪器设备测量得到。故待测灯的总光通量可以由上式计算得到。

4 测量误差分析

需要指出，以上测量结果是在理想情况下得到的。在实际测量过程中，由于各种误差因素的影响，测量结果与实际值必然有一定的偏差。

导致偏差产生的原因主要有：标准灯的尺寸与被测灯的尺寸的不一致性、积分球本身的内部结构、积分球内壁和窗口选择性、异色温测光等等。所以，要想获得高精度的测量结果，必须对结果进行修正，才能减小甚至消除误差，获得理想的测量结果。

[1] 李振国，魏青.光辐射测量原理与技术[M].北京：中国建材工业出版社，1998：1-89.

[2] 杨臣铸，李振国.关于光源总光通量的绝对测量[J].照明工程学报，1997(2)：21-26.

[3] 颜台永，光通量测试技术探讨[J].中国照明电器，2001(7)：17-19.

Design of Luminous Flux Meter of Incandescent Lamp

Gong Wei1, Zhang Qian2

(1.ChangzhiMedicalCollege,ChangzhiShanxi046000,China; 2.ChangzhiQinghuaMachineryFactory,ChangzhiShanxi046012,China)

The measurement of the luminous flux of an incandescent lamp is described in this paper. Aimed at characteristics of the incandescent lamp, the relative comparison method of luminous flux based on the integrating sphere is emphatically introduced and computing formulas are given. At last, possible causes of error are pointed out.

incandescent lamp; luminous flux; integrating sphere

2017-04-27

弓 伟(1983- )，男，山西长治人，讲师，工程师，工学硕士，研究方向为医疗电子设备。

1674- 4578(2017)03- 0038- 02

TP216

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