光辐射测量原理与技术——光强和照度的测量
辐射度光度与色度及其测量
辐射度光度与色度及其测量绪论一基本问题：1 辐射度学：电磁辐射能的度量与测量：解决电磁辐射能量的定义和测量方法。
建立统一的标准。
是单纯的客观物理量的问题在光电转换、光化学效应、光生物技术、光的热加工，激光技术等领域都有广泛应用。
2光度学：光辐射能引起的人眼视觉刺激效果的量度和测量。
解决：人眼对光刺激效果的特性（平均特性）刺激效果的量化，刺激量的定义和测量。
主要用于照明，环境工程、测量技术等领域3色度学：有色光辐射能引起的人眼视觉刺激效果的量度和测量。
问题涉及：人眼颜色视觉特性、色光刺激与人眼感觉的量化定义、颜色的匹配与显示规律，颜色匹配技术、颜色的测量方法，颜色的分类与排列。
在涉及有颜色的领域都有应用（和视觉颜色判断有关问题）颜色本身的测量，温度测量、遥感，管理等等第一章辐射度与光度学基础问题：怎样描述一个辐射体的性质？§1-1 辐射度的基本物理量Q1、辐射能：e以辐射形式发射、传播或接收的能量。
单位为焦耳——J一般可描述辐射能的积累。
2、 辐射通量：e Φ（辐射功率 e P ）以辐射形式发射、传播或接收的功率，（单位时间内的辐射能）。
单位为W （瓦）（焦耳每秒）W/sr 。
描述辐射源的时间特性。
dtdQ ee =Φ （1-1）3、 辐射强度：（I ）在给定方向上的单位立体角内点辐射源发出的辐射通量（辐射功率）单位为W/sr （瓦每球面度）ΩΦ=d d I ee（1-2）点辐射源：辐射源尺寸比传输距离小的多。
例如在地球上可以把太阳视为点光源。
点光源发射球面波，不计辐射损失（反射、散射、吸收）其辐 射强度不变（为什么）对各向同性点光源有Ω=Φe e I （1-3）在空间所有方向上有e e I π4=Φ （1-4）多数光源的辐射强度并不是各向同性的。
如白炽灯。
这种情况有 ⎰⎰⎰=Ω=Φθθϕθφφθππd I d d Ie e e sin )()(020(1-5)4、 辐亮度（L ）辐射源在垂直其传输方向上单位表面积上的辐射强度。
光辐射测量原理与技术——测量术语 基本量和单位
第一章、测量术语、基本量和单位 §１-１辐射度学中的量和单位辐射能：Ｑe(Radiant energy)1、定义：以辐射的形式发射、传播或接受的能量。
2、单位：焦耳（Ｊ） 辐射通量：Φe(Radiant flux) 1、又称:辐射功率 Pe （Radiant power2、定义:以辐射的形式发射、传播或接受的功率。
3、定义式:均匀辐射: 4、单位:瓦特(Ｗ)或焦耳/秒(J/S ） １Ｗ=1J/S辐射强度:Ie(Radiant intensity) １、立体角:（Ω）①定义：设在圆球表面切出一个小圆的面积S 与圆球半径r 平方之比 ②定义式:Ω=S/r 2③单位:球面度(Ｓr)④整个球面度为:Ω=S/r 2=4Л 半个球面度为:Ω=S/r 2=2Л２、辐射强度：①、定义:在给定方向上的立体角元内，离开点辐射源（或辐射面元）的辐射通量除以该立体角．②、定义式: e e d dtφφ=ee tφφ=e I ed d φ=Ω均匀辐射:③、单位:瓦/球面度（W/Sr ）④、均匀点辐射源（各向同性）I e 不随方向变而变，故整个球面的辐射通量为：Φe ＝I e Ω＝4ЛI e •辐射出射度:Me(Radiant exitance)1.定义:辐射体单位元表面所辐射的通量2.定义式: 均匀辐射:3.单位:w/m 2辐射照度:Ee(Irradiance)１.定义:被辐射的单位元表面里入射或获得的辐射通量 ２.定义式: 均匀辐射: ３.单位:w/m 2•辐射出射度与辐射照度的区别：辐射出射度与辐射照度的表达式和单位完全相同． 区别在于:M e 描写面辐射源向外发射的辐射特性(a) E e 描写辐射接受面所接受的辐射特性(b)•辐射亮度:Ｌe (Radiance)e I eφ=ΩeM ed dAφ=e M eAφ=e E ed dA φ=e E eAφ=1.定义:沿r 方向的辐射强度I e 与面元dA(在垂直于r 方向平面正投影面积dA)的比值称为dA 沿r 方向的辐射亮度2.定义式: 3.单位:w/(m 2·Sr)•光谱密集度：１.定义：包含该波长的无穷小波长间隔内的辐射 通量与相应波长间隔之商称为光谱密集度． ２.公式： 注:X e λ代表任何一个辐射量eg:光谱辐射通量为:指的是单位波长间隔内向外辐射通量的多少§１-２人眼视觉•眼睛的特性：锥体细胞的感光灵敏度低，在３cd/m 2的亮度条件下作用，能分辨物体的颜色和细节称之为锥体视觉又称明视觉 （Ｐhotopic Vision)杆体细胞只能在黑暗的环境下（L=10-2 cd/m 2以下)作用，称之为暗视觉（Scotopic Vision)介于这两视觉之间的视觉称之为中间视觉（正常人眼睛对黄绿光最灵敏，对红光和紫光最不灵敏）•光谱光视函数曲线:1.光谱光视效率V (λ):设引起相同视觉的波长和波长为555nm 的辐射通量分别为Φλ和Φ555则视觉函为:V (λ)=Φ555/Φλ是个无量纲的物理量cos cos e e eedI dI d L dA dS dA d φθθ===⋅⋅⋅Ω()ex e dX d λλλ=()e e d d λλφφλ=２.物理意义:V (λ)反映人眼对各种不同波长光的视觉灵度．将555nm 所对应的黄绿光波长的光谱光视效率值定为１，为最大值；红光和紫光的光谱光视效率值最小；红外和紫外光的光谱光视效率值为０． ３.由图看出：明视觉条件下V (λ)所对应的峰值波长为555nm ， 暗视觉条件下V (λ)所对应的峰值波长为507nm.•光度量与辐射量的关系:研究表明：明视觉条件： 暗视觉条件：K m ：最大光谱光效能（单位：lm/w)即发光效率的极限值 明视觉条件：K m =683lm/w 暗视觉条件：K m ′=1700lm/w 故光通量与辐射通量的关系：或§１-３光度学中的量及单位暗视觉明视觉780V ()()380X m e K X V d λλλ=⎰780''V ()()380X m e K X V d λλλ=⎰780V ()()380683e V d λλφφλ=⎰780'V ()()3801700e V d λλφφλ=⎰光度学中以光强的单位“坎德拉”作为基本单位，其他光度量的单位作为导出单位．•光通量Φv(luminous flux)1.定义：光源在单位时间内发出的光量2.公式：Φv=dQv/dt3.单位：lm （流明）• 光强I v(luminous Intensity)1.坎德拉(cd)的最新规定：即一个烛光是光源发出频率为 540×1012Hz 的单色辐射，在给定方向上的辐射强度为1/683w/Sr 时，其光强为１坎（cd)2.光强定义:光源在指定方向上通过单位立体角的光通量3.光强公式:Ｉ=d Φ/d Ω 发光均匀分布:Ｉ=Φ/Ω4.单位:cd （坎德拉）•光出射度M V(Lminous exitance)1.定义：面光源单位元表面所发射的光通量2.公式：M v =d Φv/d Ａ发光均匀：M v =Φv/Ａ3.单位：lm/m 2（流明/平方米）•光照度E v(illuminance)1.定义:被照物体表面，单位元表面里入射或获得的光通量2.公式：E v =d Φv/d Ａ 光通量分布均匀：E=Φ/Ａ3.单位:lx （勒克斯)•光亮度L v(luminance)1.定义:面光源在给定方向上，单位正投影面积的发光强度2.公式:光通量分布均匀：3.单位:Sb(熙提)或nt(尼特)或cd/m 2(坎德拉/平方米)•光效η1.定义:面光源发出的总光通量与它所消耗的电功率之比称为光源的发光效率2.公式:η=Φ/P 电3.单位:lm/w4.对于白炽灯:直流供电气体放电灯：P 电=U 灯I 灯 交流供电气体放电灯：P 电=U 灯I 灯·cos φ5.常见几种灯的发光效率： 白炽灯：8-17lm/w 金属卤化物灯：45-60lm/w 日光灯：30-60lm/w 高压钠灯：100-150lm/w 低压钠灯：180-200lm/w§1-4光源的颜色与色温•光源的颜色：（色表和显色性）１.光源的色表:光源发光时，人眼直接看光源时光源所呈现的颜色2.光源的显色性:某光源与标准光源分别照射同一物体时,人眼所产生的颜色类别用显色指数来定量描述cos cos dI dI d L dA dS dA d φθθ===⋅⋅⋅Ωcos cos I I EL A S A φθθ====⋅⋅⋅ΩΩ几种灯的颜色特性： 1.高压汞灯:色表↑，显色性↓ 2.白炽灯:色表↓，显色性↑3.钠灯:色表和显色性↓故被照物体颜色会失真➢ 讨论:为何高压汞灯和钠灯照射物体会失真？ ①了解钠灯和高压汞灯的辐射光谱线 ②了解钠灯和高压汞灯的色表和显色性 ③颜色的决定因数➢ 结论:自身发光的物体颜色由光谱功率分布决定。
光度测量
光度测量1．光度计量体系和光度基准，标准1．1 测量与计量测量是人类认识自然和利用自然的一种重要和必需的手段。
在人类社会的初期就开始了各种测量活动。
现代社会，测量更是渗透到生产，生活，贸易的各个方面和科学技术的诸多领域。
起初，测量十分原始，往往是凭经验自定测量单位。
随着生产的发展和交换的发生，人类活动范围和规模不断扩大，要求测量结果稳定和统一，并强制规定和实施。
于是有了计量的萌芽。
经过长期的历史发展，逐渐形成了独立的计量科学，成为现代科学技术的一项重要基础。
测量是为确定表征被测对象的某种属性的量的量值而进行的一组操作。
计量学则是研究测量，保证测量准确和统一的学科。
1．2 光度计量体系和光度基准与标准（1）在光度计量中，发光强度是基本量，它的单位坎德拉（cd）基本单位，也是国际单位制（SI）七个基本计量单位之一。
根据坎德拉的定义，首先复现坎德拉的量值，其余光度量单位的量值均由坎德拉导出，由此构成光度计量体系。
它与光度量的定义体系是不同的，应予注意。
（2）光度基准（光度原级标准）1）历史演变简况作为计量基准必须满足两个基本要求，一是稳定，二是可复现。
光度基准的发展历程正是不断追高稳定性和高复现性的过程。
1881年国际电工技术委员会批准烛光为国际标准。
蜡烛作为光度原级标准，其稳定性和复现性均不能满足实际工作的需要。
因此，相继出现了几种火焰标准光源代替蜡烛，效果仍不理想。
白炽电灯问世后，出现了新的希望。
但是白炽电灯虽然有较好的稳定性，却不具有可复现性。
1909年美、英、法等国决定用一组碳丝白炽电灯来保持由火焰灯复现的发光强度单位，定名为国际烛光，符号为“ic”，而德国和另一些欧洲国家仍然使用亥夫纳灯所复现的亥夫纳烛光，符号为“HK”，两者之间的关系为：1HK≈0.9ic （1-1）用白炽电灯保持国际烛光仅是权宜之计，并没有根本解决问题。
早在19世纪后半期，就有人根据物体的热辐射特性，提出用处于沸点或凝固点的纯金属发光作为光度原级标准。
光辐射测量原理与技术——光通量及亮度的测量
第三章光通量及亮度的测量§３-１理想积分球原理及光通量标准灯理想积分球的条件：①积分球的内表面为一完整的几何球面,半径处处相等②球内壁是中性均匀漫射面，对各种波长的入射光线具有相同的漫反射比 ③球内没有任何物体,光源也看作只发光而没有实物的抽象光源理想积分球原理：１.积分球（光通球或球形光度计）结构： ①内部空的完整球壳,内壁涂白色的漫射层②球直径按待测灯尺寸和功率大小而定,直径D=1m 、2m 、3m 等 ③球壁上开一小窗口,其直径d ∝r(灯的尺寸）④球上开一个小门,或打开个口方便装取灯,有接线架、灯头、挡屏 2.积分球原理：设光源S 直接在球内任一点建立的照度E A ，在M 处的照度为E M A 处dS 发生第一次漫射出度为： 故由朗伯定律的特性知dS 面的光亮度为：A 处dS 发生漫射在M 处产生的二次照度为:a M E ρ=0/A L E ρπ=2222222(/2)cos ()()4L L ds AM L ds dE ds AM AM r r θ⋅⋅=⋅=⋅=上式代入得:整个球面发生一次漫射在M 处建立的二次照度为：222244AE dE E ds r r ρρφππ===⎰⎰类似分析为：二次漫射光线在M 处建立的照度为：23233222/44dE E ds r E dE E ds E r ρρπρπ=→===⎰⎰同理：2432E E E ρρ==235432E E E E ρρρ===⋅⋅⋅⋅⋅⋅则M 点的总照度E M 为:212312(1)M E E E E E E ρρ=+++⋅⋅⋅⋅⋅⋅=++++⋅⋅⋅⋅⋅⋅121121114M E E E E E E r ρρφρρπ→=+=+⋅=+--故用小挡屏挡住S 直接射向M 点的光线时，则E 1=0221414M E E r E r ρρρφρφπρπρ-→==⋅→=- 上式中r 、ρ均为常数,球壁上任何位置的E 与光源S 的总光通量Φ总成正比,因此可以通过测量球壁上开的小窗口的照度来计算光源的总光通量Φ总。
光电作业_最终版
第二章 光电测量的光学基础2.1 试述光通量、发光强度、和光照度的定义和单位。
解：光通量（v Φ）又称光功率，是指发光强度为v I 的光源在单位立体角内的辐射通量，即v v d I d Φ=Ω，其单位为流明（lm ）。
发光强度为（v I ）是指点辐射源在给定方向上的单位立体角内辐射的光通量，即vv d I d Φ=Ω，其单位为坎德拉（cd ）。
光亮度（V L ）是指光源在某方向的单位投影面积上，在单位立体角中发射的光通量，单位坎德拉每平方米（cd/m 2）。
照度（v E ）是指投射到单位面积的光通量v v d E dA Φ= ，单位为流明每平方米（lm/m 2）2.2 试述光照度余弦定律和朗伯定律的含义。
解：光照度余弦定律具体描述为：任意表面上的照度随该表面法线与辐射能传播方向之间的夹角余弦变化。
光照度余弦定律又称为布给定律。
朗伯定律具体描述为：当被光照的表面是理想漫反射表面时（朗伯辐射表面），则由该表面辐射的光强也服从余弦定律，即朗伯辐射表面在某方向辐射光强随该方向和表面法线之间夹角余弦而变化： 0cos I I θθ= 式中，0I 是理想漫反射表面法线方向上的光强；I θ是与法线方向夹角为θ方向的辐射光强。
此时又称为朗伯余弦定律。
2.5 某光源功率为100W ，发光效率为10lm/W,发散角为90°，设光在发散角内均匀。
求该光源的光通量、发光强度，距离光源1m 处与光源指向垂直的平面上的光照度，该平面上0.1s 内的曝光量。
解：（1）∵光源的功率为100W,且发光效率为10lm/W∴光通量∅v=100×10=1000lm（2）∵球体立体角为4π又∵光源的发散角为90°即为球体立体角的四分之一∴光源的发射立体角为π且I v=d∅v dΩ=1000π即光亮度为1000πcd（3）∵光照度E v=d∅v dA其中A=πr2=1×π=π∴照度E v=d∅v dA=1000πlx（4）∵曝光量是照度在时间上的积分0.101000π=100πlx∙s即H v=∫E v dt=0.1×第三章光电测量系统中的光源与光源系统3.1表征光源质量的基本参数有哪些 ?答：表征光源质量的基本参数有如下几个：φ与产（1）发光效率。
光辐射的直接检测
Po Pno
Ps2 2PsPn
Pn2
1
Ps Pn 2Ps
2
Pn
SNRp Ps Pn 2
说明输出信噪比是输入信噪比的平方，可见，直接检测系 统不适用于输入信噪比小于1或微弱光信号的检测。
(2)
若 Ps Pn 1，则有：
SNRp
1 2
Ps Pn
输出信噪比是输入信噪比的一半。即经过光电转换，信噪
再乘以物体的平均比辐射率，可得到物体在光谱响应范围内的辐射强度Ie。
Vs A0
Vn VnL2
2 1
Ie1 0 RV d
Vs Vn
A0 Vn L2
Ie1 0RV
1
即：
L
A0 Ie1 0 RV
V Vs n Vn
2
又因为：
RV
Vn D* Ad f
A0 L2
2 1
Ie1 0
RV d
RV为检测器的光谱响应度
令检测器的方均根噪声电压为Vn，则 它的输出信噪比为：
Vs
A0 L2
2 1
Ie1 0
RV d
Vs
Vn
A0 Vn L2
2 1
I e 1
0
RV
d
式中 Ie ,1 , 0和RV 都是波长的复杂函数，难有
光辐射的直接检测系统的基本工作原理
光电直接检测系统是将待光信号直接入射到光检测器光敏 面上，光检测器响应光辐射强度（幅度）并输出相应的电流和 电压。
检测系统经光学天线或直接由检测器接收光信号，前端还 可经过频率滤波和空间滤波等处理。
照度计的测试原理和方法
照度计的测试原理和方法1．照度的测试原理照度是受照平面上接受的光通量的面密度。
照度汁是用于测量被照面上的光照度的仪器，是光照度测量中用得最多的仪器之一。
2．照度计的结构原理照度计由光度头（又称受光探头，包括接收器、V（λ）对滤光器、余弦修正器）和读数显示器两部分组成。
其结构见图1。
图1 照度计的结构原理图四、测量步骤和方法在工作房间内，应该在每个工作地点（如书桌、工作台）测量照度，然后加以平均。
对于没有确定工作地点的空房间或非工作房间，如果单用一般照明，通常选高的水平面测量照度。
将测量区域划分成大小相等的方格（或接近方形），测量每个方格中心的照度Ei，其平均照度等于各点照度的平均值，即式中E av ——测量区域的平均照度，lx；E i ——每个测量网格中心的照度，lx；N——测点数。
照度均匀度是指规定表面上的最小照度与平均照度之比，即：式中E min ——指所测表面上的最小照度，lx。
本实验中，可以房间所布置的测点面为指定表面，最小照度可认为所测点中的最小照度值。
测量房间每个方格的边长为lm，大房间可式中E av ——测量区域的平均照度，lx；E i ——每个测量网格中心的照度，lx；N——测点数。
照度均匀度是指规定表面上的最小照度与平均照度之比，即：式中E min ——指所测表面上的最小照度，lx。
本实验中，可以房间所布置的测点面为指定表面，最小照度可认为所测点中的最小照度值。
测量房间每个方格的边长为lm，大房间可取2 -4 m 。
走道、楼梯等狭长的交通地段沿长度方向中心线布置测点，间距1 -2 m ；测量平面为地平面或地面以上 150mm 水平面。
测点数目越多，得到的平均照度值越精确，不过也要花费更多的时间和精力。
如果E av的允许测量误差为±10%，可以用根据室形指数选择最少测点的办法减少工作量，两者的关系列于表1。
若灯具数与表给出的测点数恰好相等，则必须增加测点。
表1 室形指数与测点数的关系式中L、W为房间的长和宽，h r为由灯具至测量平面的高度。
1光电检测系统的基本工作原理
1光电检测系统的基本工作原理。
光电检测系统是指对待测光学量或由非光学待测物理量转换成的光学量，通过光电变换和电路处理的方法进行检测的系统。
光电检测系统的基本组成及各部份的主要作用。
光电检测系统的组成：三要素：检测对象、光、光电变换。
能否使光束准确地携带所要检测量的信息，是决定所设计系统成败的关键光电检测技术的现代发展1）非接触化发展2）尽可能多的信息量3）集成化，智能化发展光电检测方法 （1）.光信息携带的物理量可分为：光强型、频率型、相位型、脉冲型、偏振型、位置型等（2）.所用的光学现象分为：衍射法、干涉法、全息法、散射法、光谱法、莫尔条纹法、光扫描法等（3）从检测系统角度分为：直接作用法、差动法（差分法）、补偿法光辐射所带的信息如光强分布、时间、光谱能量分布、温度分布等由光电探测器转变成电信号测量出来2系统误差 在检测过程中产生恒定不变的误差叫恒差或按一定规律变化的误差叫变差，统称为系统误差。
系统误差产生的原因有工具误差、装置误差、方法误差、外界误差和人身误差等随机误差 在尽力消除并改正了一切明显的系统误差之后，对同一待测量进行反复多次的等精度测量，每次测量的结果都不会完全相同，而呈现出无规则的随机变化，这种误差称为随机误差。
灵敏度 系统在稳态下输出量变化引起此变化的输入量变化的比值算术平均值 ：均方差或标准误差算术平均值的标准偏差均方差的标准误差σσ最大误差测量精度大误差测值出现的处理主要方法是：(1) 认真检查有无瞬时系统误差产生，及时发现并处理。
(2) 增加检测的次数，以减小大误差测值对检测结果的影响。
(3) 利用令人信服的判据，对检测数据进行判定后，将不合理数据给予剔除辐射度量（Radiometry ）：能量的分布的强弱、时间、空间等特性辐射能本身的客观度量，是纯粹的物理量。
光度量 (Photometry) ：考虑到人眼的主观感受，包括生理学、心理学在内。
1)辐射能(Q)：简称辐能，描述以辐射的形式发射、传输或接收的能量，单位焦耳(J ）例：地球表面垂直阳光方向上，每平方米面积上每分钟太阳辐射能48000J 。
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第二章光强和照度的测量§２-１光强基准与光强标准灯 •作为光强单位的基准器应满足的条件:１.具有一定的强度和光谱功率分布２.具有很好的重复性，长时间点燃其光强数值保持不变 ３.制备及使用方便光强基准基本单位的演变历史: １.早期基准:蜡烛→卡塞尔灯（1800年）→尖头钠灯(1884-1940年) ２.白炽体基准和“小数”基准 ３.临时“国际烛光” ４.黑体基准和新烛光 ５.新烛光变成坎德拉６.坎德拉的新定义:光源发出频率为540×1012Hz 单色辐射，在给定方向上的辐射强度为1/683w/Sr 时，其光强为1坎德拉（cd) •光强基准(次级基准)—副基准灯和工作基准灯组成１.次级基准的作用:由副基准灯保存量值，再通过工作基准灯向下进行量值传递 ２.我国选用光强标准灯系列中的BDQ7和BDQ8作为副级基准灯和工作基准灯 ３.光强标准灯的形状:圆柱形、正圆锥形、斜圆锥形、圆球形等我国采用圆球形 4.作为标准灯的首要条件是:稳定性要好—即每次燃点时应保持同样的光强 真空泡量值波动为：±(0.2-0.5)% 充气泡量值波动为：±(0.4-1)%5.光强标准灯的使用及其要求：①灯泡质量要好:泡壳应无色透明,无泛碱、发雾和波纹、气泡等缺陷，发光要稳定（注：新制标准灯发光不稳定应老练到全寿命的10%，通常是在高于工作电压的5%，老练50-80小时）②供电电源精度高（稳定性好—常用直流供电电源）③标准灯点燃时应逐渐点亮，在稳定电流（电压）下预热真空泡5分钟左右，充气泡预热10分钟左右，待发光稳定后再开始测量④测量时应经常更换极性（每小时换一次）。
标准灯在使用30-60小时后，要用上一级标准灯重新定标，若使用时间少于这个值，经一年后应重新定标§２-2目视法测光强光度学测光强方法：目视法（主观测量法）光电法（客观测量法）•目视光度计的制作原理：目视法主要利用人的眼睛对光敏感强，它能精确判断相邻二个表面的亮度是否相同。
目视光度计就是基于之一特点而制成的。
•目视法测量的要求：要求两灯的色温相同或相近(相差在100K以下)。
•目视光度计的工作原理：1.结构与原理:如图L1L2为二个光源,L1光强已知,L2待测光源,D为白色漫射屏(涂MgOBaSO4)M1M2为反射镜或发射棱镜，P 为光头,使L1L2经D反射来的光线在目镜E的视场内造成两个相邻的像.2.光度头P 的结构及原理:光度头由二个直角棱镜胶合而成—称为陆末-布洛洪(Lummer Brodhum)棱镜，其中一个棱镜沿斜面刻出一个不太深的凹陷图梯图中Ａ的位置.这样由SM 1来的光线直接透过立方体,射到目镜上,在刻出图案的A 处则被反射回去;而由SM 2来的光线在A 处被反射到目镜上,其余部分的光线则透出立方体,因而在目镜内形成二个互不干扰的相邻的像,如图(b)中打斜线的表示来自一个光源，而其余部分则来自另一光源．•目视法测光强：按图将L 1L 2和Ｄ均放在光具座上，在定色温的同时，改变L 1和 L 2与漫射屏D 的距离,使漫射屏两侧的照度一样(此时图内二个视线的界线消失),若L 1L 2近似为点光源,则由距离平方反比定律有:➢ 注意:()2221211222121///E E I r I r I I r r =→=→=⋅1.目视法作光度测量方便,但只能对同色温灯比较时精度高,异色温误差较大.2.测量时的照度为20-30lx ，过高、过低均影响测量精度。
3.可同时定色温和测光强。
§２-3光电池的特性 •光电池的工作原理与特性：1.工作原理:光生伏效应（内光电效应:物质受光照射会产生很大的变化)2.最大特点是:不需外加工作电压 •光电池的漂移现象：1.漂移现象:光电池在长期遮盖以后暴露在光线照射下时,当受照面的照度不变时,在最初一段时间里光电池电流是逐渐变化的,有时上升有时下降;当照射一段时间后趋于稳定,这种现象称为光电池的漂移现象2.漂移现象的影响因素：①受光面的照度:照度↑→漂移↑;照度↓→漂移↓ ②不同颜色的光入射到光电池上时,漂移现象也不同 ③漂移现象随光电池所处的温度的改变而改变 •光电池的积分灵敏度：1.定义:探测器光电流的输出值ip 与入射到探测器上的光通量Φ之比称之为光电池的积分灵敏度用S 表示2.公式:3.单位:μA/lm •光电池的直线性和测量电路：1.硒光电池的等效电路及通过电流表的电路电流(测量电流)当有光通入射时,形成电流:/p S i φ=而又由右电路图知:故若R →min 时,i 2和Φ成线性关系2.测量电路：①保持Se 光电池的电流i 与入射光通量Φ具有很好的线性关系的最佳方法；尽量采用外回路内阻小的电测仪表，在精度要求不高的情况下，可用低内阻0.5级微安表测量;高精度测量时,可用多量程检流计或i-V 转换器.②外电路等效为0的补偿电路及光电流i 2的测量原理: 当光照射Se 光电池时,按下开关K,流过G 的电流与 反向,调节R 3,使，此时由电路图知：当 时， 用毫安表测出i ，由上式便可计算出i 2：3.作精密测量时的实用电路：当光照射Se 光电池时,按下补偿电路中的开关K,调 节使 ， 此时G 2的读数i 2，便是通过光电池的光电流i 2 光电池的光谱响应度分布：1.定义:光电池对不同波长的入射光响应度不一样,将响应度按波长排列所画成的曲线，称为光电池的光谱响应度分布;通常将响应度曲线的最大值定为1,求出其它响应度对这一最大值的相对值,将其绘成的曲线称为相对光谱响应度分布用S （λ）表示2.由图知:在光电池的前面加上V (λ)修正滤光片后,它的光谱响应度分布S （λ）与光谱光视效率V (λ)很接近3.光电池使用要求:使用前应在允许的照度范围内曝光几个小时以上,经足够的时间老化后,待其响应趋于稳定再正式用于光度测量。
/p p S i i S φφ=→=⋅1222/()//p i i i i i R r =-=2p r r i i S R r R rφ→=⋅=⋅⋅++12p i i i =+'G i G i 21R R =2i i ?22122212()()R i R i i R i i R R ⋅=-⋅→=⋅+'G Gi i =123R R R 、、'G Gi i =光电流的输出值与余弦定则的偏离:1. 光电流的余弦定则： 当有光线斜射向光电池时有: 若 则2.测量的光电流与余弦定则的偏差:§２-４光电法测量光强 光电法测量中的光电接收器:1.光电接收器的光谱灵敏度与人眼要一致: ①常用硒(Se)光电池或硅(Si)光电池作光电接受器②为使光电池的S （λ)与人眼的光谱光视效率V (λ)很接近,在光电池的前面加上V (λ)修正滤光器与光电池组合使用即可 ２.V (λ)修正滤光器种类: ①固体滤光器:由LB 6和LB 16组成.其特点是:性能稳定,光谱透射比不改变,可以长时间使用,但配制不容易. ②液体滤光器:它是几种盐配成厚度为10mm 的水溶液.其特点是:可通过调节水溶液的浓度对光电池进行修正,但光谱透射比不稳定,易受温度变化而使浓度改变,使用不便．0cos E E θθ=⋅i E∝2()2(0)cos i i θθ=⋅2(0)2()cos i i θθ∠⋅测３.V (λ)修正滤光片常用配方： 配方一：重铬酸钾 0.06-0.09g 硫酸铵钴 1-3g 氯化铜 3-6g 蒸馏水 100ml 配方二:重铬酸钾 0.05-0.07g 硫酸铵钴 5-7g 蒸馏水 100ml 4.V (λ)修正滤光片的光谱透过率τ(λ):S (λ)-硒(Se)光电池的光谱灵敏度 K －比例常数光电法测光强的方法与步骤：1.示意图如下：2.测量原理：Ls 照射硒(Se)光电池时有电流表的读数为A,Lx 照射硒(Se)光电池时有 电流表的读数A‘,若 则有 ()()()S K λλλτν⋅⋅=2/s s s E I r =2/x x x E I r ='A A =s xE E =即→ →3.测量步骤: ①按1中的示意图装好器材②让Ls 照射硒(Se)光电池,记下光电流读数A,此时的照度为:③将光电池旋转180°,让Lx 照射硒(Se)光电池调节r x ,使光电流的大小值为A,此时的照度为: ④利用公式计算出Ix 4.注意事项:① Ls 、Lx 、V (λ)修正滤光片、Se 光电池的光心在同一直线上 ②r S ≥10Ls r x ≥10Lx ③ Ls 、Lx 灯在额定电压下工作④测量时灯应先通电5-15分钟，光电池半小时漂移至稳定后读数 5.光电法测量的特点：①比目视法精度高，仪器适当精度可达0.1% ②测量同色温光源也可测量异色温光源的光强 ③测量时间短，使用方便 ④不能定色温测量结果的修正：因加V (λ)修正滤光片后Se 光电池S (λ)与V (λ)接近但仍有偏离，对异色温光源测量时，要进行修正，经修正后有：修正系数在光电法测光强的条件中使 22//ssxxI r I r =2(/)x s x s I I r r =⋅2/s s s E I r =2/x x xE I r =2(/)x s x s I I r r =⋅(/)x S x s E d E i i =⋅⋅780()()()()()3800780()()()()()380x s s x p d p s d d p d p s d λλλλλλλλλλνλτλνλτλ∞∞⋅⋅⋅⋅⋅=⋅⋅⋅⋅⋅⋅⎰⎰⎰⎰x s x Si i E d E =→=⋅而 →可见此式比前式多了一个修正系数，这在精密测量中是要考虑的,一般d 值和１相差不多,若测量中没有V (λ)修正滤光片,而单单用Se 光电池测异色温光源,修正就可用d 表达式计算.(注:不同待测灯修正系数不同）1 思考题：修正后的测量方法及测量步骤？§２-５光照度的计算公式的推倒：前提假设有一发光面dA 服从朗伯定则,即它在各个方向上的亮度是相同的,计算在距发光面为r 处被照面ds 的光照度. 如图有:由dA →ds 的光通量为:则ds 上的照度为：①发光体看作服从朗伯定律的点光源②实际工作中用照度计测量照度，计算意义不大③此式可计算各种有限尺寸光源（如盘形光源,线状光源，球形光源等）在被照明表面产生的照度。
举例：2/x x xE I r =2/sssE I r =2(/)xsxsI d I r r =⋅⋅1212cos cos Ld dA ds l φθθ=122cos cos d LdE dA dS lφθθ==1N 2N一圆盘型朗伯光源dA,半径为r,求在圆盘中心轴线上c 处的光照度?如下图所示 解：圆盘距离圆心x 处的照度dE 为:由图有故整个圆盘在c 点处产生的照度E 为：而—法线方向的光强§２-6 照度的测量与照度计的定标照度计的种类：1.目视照度计：使用不便，精度不高，很少使用2.光电照度计：常用硅光电池照度计光电池照度计的组成与使用要求：1. 组成:微安表、换挡旋纽、零点调节、接线柱、光电池、2cos cos LdE dA l θϕ=cos cos /a θϕ==2222,dA xdx l a x π==+22222()x dx dE La a x π⋅=⋅+2220222222212()()rrx dx Lr E dE La La a x a x r a πππ⋅===⋅-=+++⎰⎰222200/r A Lr L A I E I r a ππ=→=⋅=→=+0IV (λ)修正滤光器等组成。