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。