积分球球内温度对光通量测量值的影响

卢雍宇 黄伟均

（威凯检测技术有限公司 广州 510663）

引言

在日常试验室设备正常使用的情况下，我们发现即使使用同一套积分球测量系统对同一盏灯具在不同时间进行光通量测量时也会得到不同的测量结果。在发现这个现象后，我们提出过不少假设，且由于整个测试使用的是同一套测量系统和同一盏灯具，我们最终想到有可能是因为不同的环境温度使得积分球内温度不同导致了测量的结果也有所不同。

1 积分球测试系统受温度影响的判断

想要弄清楚积分球球内温度变化后光通量测量值发生变化的具体原因，首先要先清楚积分球测量光通量的工作原理和基本结构。积分球测量光通量的基本原理是通过把积分球球内测试样品发出的光线进行无数次的漫反射后使其均匀地射入光感探头，经过一系列模数处理、转换和对比后就能得到我们所熟悉的的光通量值[1]。而积分球的基本结构包括一个圆球形的腔体，并在球腔内均匀的涂上反射系数接近1的材料涂层。并在积分球内开一个尽可能小的开口来放置光感探头，同时在探头前加装一块有同样反射材料涂层的挡光板（如图1），防止未经过均匀的光线直接照到探头上。

图1 积分球基本结构[2]

由于积分球内放置探头的开口越小越好，现在大多数传感器都是外置的，测试样品发出的光线经过积分球均匀后通过光纤探头传输到外面的传感器。因此球内温度对传感器不存在影响，而球内温度在15～30 ℃下传导衰减几乎一致[3]，且使用的光纤长度一般只有几米长，所以积分球内温度对光纤探头的影响也可以忽略。

最后本实验室积分球内使用的反射涂层为硫酸钡涂层，而硫酸钡涂层对积分球内这种相对来说小幅度的温度变化[4]，其反射率也几乎没有影响，因此积分球球内温度变化导致光通量测量值变化的原因可以排除是由测量系统引起的了。

2 多组灯具对照试验

排除了积分球球内温度对测量系统的影响，那就只剩积分球球内温度对测试样品发光工作的影响了。为了能够可靠的分析出积分球球内温度对光通量测量值的影响是否由温度对灯具发光工作的影响所导致，试验将使用自镇流荧光灯、钨丝灯和LED灯三种类型的灯具进行横向对比分析，同时每种灯具将通过空调来控制积分球内达到不同的测试温度，记录测量时的球内温度、光通量、工作电压、工作电流、功率和功率因数。

2.1 自镇流荧光灯积分球试验

通过控制空调的温度来改变积分球外部温度，从而影响积分球内部温度，以达到控制积分球球内温度的效果，每次改变测试温度后都将至少进行15 min或以上的预热，稳定后再进行试验数据的记录，最终筛选得到五组自镇流荧光灯的测试数据如表1。

表1 自镇流荧光灯不同球内温度下的测量值

根据表1测量数据，各项变量对比前一个数据的相对变化情况，总结数据如表2。

表2 自镇流荧光灯各项变量变化情况

2.2 钨丝灯积分球试验

同样通过控制空调温度来改变积分球求内温度，并且记录试验数据前进行至少15 min或以上的预热稳定，最终从记录的钨丝灯试验数据中筛选出4组数据记录如表3。

表3 钨丝灯不同球内温度下的测量值

根据表3测量数据，各项变量对比前一个数据的相对变化情况，总结数据如表4。

表4 钨丝灯各项变量变化情况

2.3 LED灯积分球试验

LED灯的测试同样是通过控制空调温度来改变积分球球内温度，并且记录试验数据前进行至少15 min或以上的预热稳定，最终从记录的LED灯试验数据中筛选出5组数据记录如表5。

根据表5测量数据，各项变量对比前一个数据的相对变化情况，总结数据如表6。

表5 LED灯不同球内温度下的测量值

表6 LED灯各项变量变化情况

3 分析对比三种灯具测试数据

由于上面三份灯具不同温度下的测量值表中，各项记录参数间的数值大小相差较大，无法在图表中直观的观察各项参数间是否存在关联。因此表7中的部分参数以首个数据为100 %，其余数据转化为百分数形式。

表7 自镇流荧光灯测量变量调整

然后将表7中的数据绘制成折现图如图2，由图2可以看出自镇流荧光灯随着球内温度的上升，它的工作电流、功率和光通量都呈现下降的趋势，只有功率因数几乎不随温度的变化而下降。

图2 自镇流荧光灯各测量量变化图

而对于钨丝灯来说，从表4可以得知其电流、功率和光通量随温度升高而产生的变化量不足0.1 %，因此可以忽略球内温度对钨丝灯的影响。同样LED灯也与钨丝灯的结果类似，从表6中的各项测量值变化率来看，其变化率也不足1 %，同样也可以忽略球内温度变化对LED灯产生的影响[5]。

4 试验结论

积分球内温度变化引起的光通量测量值的变化，不是由积分球测量系统所造成的，而是由于试验样品对球内温度的敏感性所造成的，从图2可知自镇流荧光灯的发光量会随积分球球内温度升高而稍微下降，这就造成了测量值的下降，这是一款对温度比较敏感的灯具。而从表4和表6可以看出钨丝灯和LED灯的发光量基本不受积分球内温度的变化而变化，这两款灯具对积分球内温度的变化并不敏感。

5 总结

通过上述试验与分析，我们所观察到的光通量测量值随积分球球内温度变化而变化，实际上并不是由于测量系统受温度的影响所造成的，因为在本次试验中可以排除积分球球内温度对测量系统的影响，再结合三款灯具的测量结果可以知道受球内温度影响的是灯具的发光量，不过也不是每款灯具都对积分球内温度十分敏感，在三款灯具的试验中只有自镇流荧光灯的光通量会随球内温度的升高而稍微下降，而钨丝灯和LED灯光通量的变化可以忽略。因此只有对温度变化敏感的灯具才会出现光通量测量值随积分球球内温度变化而变化的情况。