Измерване на интензитета на светлината
1. Целта на работата
Целта на тази работа е да се проучат методи за измерване на светлинния интензитет и да се сертифицира лампа за измерване на светлина с нажежаема жичка по отношение на светлинния интензитет като спомагателен инструмент за измерване. За да се получи по-надеждна стойност на светлинния интензитет на тази лампа, измерванията се извършват чрез различни методи на визуална и физическа фотометрия. Резултатите от измерванията се обработват по статистически методи.
Статията също така изследва характеристиките на фотометрията на светлинни устройства с концентрираща оптика.
2. Въведение
Интензитетът на светлината е пространствената плътност на светлинния поток на светлинен източник в дадена посока. Той е равен на отношението на светлинния поток dФ към стойността на телесния ъгъл d, в рамките на който този поток е равномерно разпределен
(1.1)
В лабораторни условия измерването на интензитета на светлината най-често се извършва на фотометричен стенд, наричан още линеен фотометър. Фотометричната пейка е устройство, в което количките с монтирана върху тях фотометрична глава, фотоклетка и сравнени източници на светлина могат да се движат по водачи с отпечатана милиметрова скала.
Техническите измервания на интензитета на светлината чрез визуален метод се извършват чрез директно сравнение на изследвания източник с примерен или работещ (както в тази работа) измервателен уред съгласно схемата на фиг. 1.1 а. Постигайки равенство на яркостта на сравнителните полета на фотометричната глава, което в идеалния случай съответства на равенството на осветеността на двете страни на светлоразсейващата плоча, интензитетът на светлината се определя от израза
където Ix и I0 са интензитетът на светлината на изследвания източник и еталонната лампа при напрежението, посочено в паспорта по време на сертифицирането;
lxиl0- разстояния от изследваните иреферентни лампи към плочата на фотометричната глава.
На практика загубите на светлина в два оптични канала на фотометрична глава не са еднакви и равенството (1.2) е приблизително. Това се превръща в източник на систематична грешка при измерването на интензитета на светлината Ix. За да се елиминира, при измерване на повишена точност се използва еквивалентна схема. В този случай, когато се движи, фотометричната глава обикновено остава неподвижно свързана с допълнителна референтна лампа (фиг. 1.1b).
При фотометрия според еквивалентната схема яркостта на полетата за сравнение, осветени от еталонната лампа и лампата за сравнение, първо се изравнява. При това вземете предвид равенството
където С е коефициент, зависещ от отношението на загубите в двата оптични канала на фотометричната глава;
lcp- разстояние от лампата за сравнение до челната плоча;
Icp е светлинният интензитет на лампата за сравнение.
След това вместо примерната лампа се монтира тестовата лампа. След достигане на фотометричното равенство ще имаме
Решавайки двете уравнения заедно, отново получаваме формула (1.2), в която този път разстоянията са определени без систематична грешка, причинена от несъвършенството на главата.
Полученото уравнение се основава на закона за квадрата на разстоянията, който е валиден за точкови излъчватели, при които размерите на светещото тяло са многократно по-малки от фотометричното разстояние.
Относителната грешка на закона за квадрата на разстоянията в случай на изчисляване на осветеността от еднакво ярък диск с диаметър d е свързана с фотометричното разстояниеlчрез отношението
При относително фотометрично разстояние l/d=5 тази грешка е 1%. За еднакво ярки източници с различна форма, с изключение на пръстеновидна, с максимален размер dгрешката AE/E ще бъде дори по-малка отколкото при диска. Трябва да се има предвид, че за излъчватели с оптика с концентрираща леща и огледало тези съображения са валидни само като се започне от пълното разстояние на светене, при което целият светлинен отвор на устройството става светъл.
При измерване на интензитета на светлината на фотометричен стенд чрез физическа (обективна) фотометрия обикновено се използват силициеви, понякога селенови фотоклетки, оборудвани със светлинни филтри, които коригират спектралната чувствителност на приемника към стандартната функция на относителната спектрална светлинна ефективност V().
Зависимостта на фототока на фотоклетката от осветеността i = f(E) може да се различава от линейната. Най-простият метод за премахване на нелинейността е използването на системата "фотоклетка-микроамперметър" в режим на индикация на една и съща осветеност, създадена от примерните и изследваните източници на светлина (равносигнален метод). При измерване на интензитета на светлината по този метод фотоклетката се осветява последователно от тези източници и се избират такива разстоянияl0иlx, при които показанията на микроамперметъра i0 и ix ще бъдат еднакви. Светлинният интензитет на изследваната лампа също се определя в този случай по формула (1.2).
По-точно изравняване на осветеността Ex = E0 може да се постигне с помощта на потенциометрична (компенсационна) схема за включване на фотоклетка (фиг. 1.2). Фототокът, който възниква при осветяване на фотоклетката, се компенсира с помощта на потенциометъра R2, включен във веригата на спомагателния електрически елемент Е. За да се фиксира равенството на фототока iph и компенсиращия ток ik, се използва нулевият индикатор NI.
Когато извършвате измерването, първо инсталирайте еталонна лампа с интензитет на светлината на определено разстояниеl0от фотоклетката и с помощта на потенциометърR2 постига нулево отчитане на нулевия индикатор. След това вместо примерния източник се инсталира изследваният източник и без да се променя състоянието на компенсиращата верига, каретката с фотоклетката се премества по стенда, докато се получи нулево отчитане на нулевия индикатор. Чрез измерване на полученото разстояние от изследваната лампа до фотоклеткатаlx, интензитетът на светлината на изследваната лампа се определя по формулата (1.2).
Точността на изравняване на осветеността Ex=E0 и, следователно, точността на измерване на интензитета на светлината Ix сега ще се определя от чувствителността на нулевия индикатор и постоянството на компенсиращия ток. Следователно като нулев индикатор се използва чувствително устройство със стойност на делението не повече от 10 -8 A/div. За контрол и поддържане на постоянството на компенсиращия ток във веригата са предвидени милиамперметър и реостат R.