積分球球內(nèi)溫度對光通量測量值的影響

盧雍宇 黃偉均

（威凱檢測技術(shù)有限公司 廣州 510663）

引言

在日常試驗室設(shè)備正常使用的情況下，我們發(fā)現(xiàn)即使使用同一套積分球測量系統(tǒng)對同一盞燈具在不同時間進行光通量測量時也會得到不同的測量結(jié)果。在發(fā)現(xiàn)這個現(xiàn)象后，我們提出過不少假設(shè)，且由于整個測試使用的是同一套測量系統(tǒng)和同一盞燈具，我們最終想到有可能是因為不同的環(huán)境溫度使得積分球內(nèi)溫度不同導(dǎo)致了測量的結(jié)果也有所不同。

1 積分球測試系統(tǒng)受溫度影響的判斷

想要弄清楚積分球球內(nèi)溫度變化后光通量測量值發(fā)生變化的具體原因，首先要先清楚積分球測量光通量的工作原理和基本結(jié)構(gòu)。積分球測量光通量的基本原理是通過把積分球球內(nèi)測試樣品發(fā)出的光線進行無數(shù)次的漫反射后使其均勻地射入光感探頭，經(jīng)過一系列模數(shù)處理、轉(zhuǎn)換和對比后就能得到我們所熟悉的的光通量值[1]。而積分球的基本結(jié)構(gòu)包括一個圓球形的腔體，并在球腔內(nèi)均勻的涂上反射系數(shù)接近1的材料涂層。并在積分球內(nèi)開一個盡可能小的開口來放置光感探頭，同時在探頭前加裝一塊有同樣反射材料涂層的擋光板（如圖1），防止未經(jīng)過均勻的光線直接照到探頭上。

圖1 積分球基本結(jié)構(gòu)[2]

由于積分球內(nèi)放置探頭的開口越小越好，現(xiàn)在大多數(shù)傳感器都是外置的，測試樣品發(fā)出的光線經(jīng)過積分球均勻后通過光纖探頭傳輸?shù)酵饷娴膫鞲衅?。因此球?nèi)溫度對傳感器不存在影響，而球內(nèi)溫度在15～30 ℃下傳導(dǎo)衰減幾乎一致[3]，且使用的光纖長度一般只有幾米長，所以積分球內(nèi)溫度對光纖探頭的影響也可以忽略。

最后本實驗室積分球內(nèi)使用的反射涂層為硫酸鋇涂層，而硫酸鋇涂層對積分球內(nèi)這種相對來說小幅度的溫度變化[4]，其反射率也幾乎沒有影響，因此積分球球內(nèi)溫度變化導(dǎo)致光通量測量值變化的原因可以排除是由測量系統(tǒng)引起的了。

2 多組燈具對照試驗

排除了積分球球內(nèi)溫度對測量系統(tǒng)的影響，那就只剩積分球球內(nèi)溫度對測試樣品發(fā)光工作的影響了。為了能夠可靠的分析出積分球球內(nèi)溫度對光通量測量值的影響是否由溫度對燈具發(fā)光工作的影響所導(dǎo)致，試驗將使用自鎮(zhèn)流熒光燈、鎢絲燈和LED燈三種類型的燈具進行橫向?qū)Ρ确治?，同時每種燈具將通過空調(diào)來控制積分球內(nèi)達到不同的測試溫度，記錄測量時的球內(nèi)溫度、光通量、工作電壓、工作電流、功率和功率因數(shù)。

2.1 自鎮(zhèn)流熒光燈積分球試驗

通過控制空調(diào)的溫度來改變積分球外部溫度，從而影響積分球內(nèi)部溫度，以達到控制積分球球內(nèi)溫度的效果，每次改變測試溫度后都將至少進行15 min或以上的預(yù)熱，穩(wěn)定后再進行試驗數(shù)據(jù)的記錄，最終篩選得到五組自鎮(zhèn)流熒光燈的測試數(shù)據(jù)如表1。

表1 自鎮(zhèn)流熒光燈不同球內(nèi)溫度下的測量值

根據(jù)表1測量數(shù)據(jù)，各項變量對比前一個數(shù)據(jù)的相對變化情況，總結(jié)數(shù)據(jù)如表2。

表2 自鎮(zhèn)流熒光燈各項變量變化情況

2.2 鎢絲燈積分球試驗

同樣通過控制空調(diào)溫度來改變積分球求內(nèi)溫度，并且記錄試驗數(shù)據(jù)前進行至少15 min或以上的預(yù)熱穩(wěn)定，最終從記錄的鎢絲燈試驗數(shù)據(jù)中篩選出4組數(shù)據(jù)記錄如表3。

表3 鎢絲燈不同球內(nèi)溫度下的測量值

根據(jù)表3測量數(shù)據(jù)，各項變量對比前一個數(shù)據(jù)的相對變化情況，總結(jié)數(shù)據(jù)如表4。

表4 鎢絲燈各項變量變化情況

2.3 LED燈積分球試驗

LED燈的測試同樣是通過控制空調(diào)溫度來改變積分球球內(nèi)溫度，并且記錄試驗數(shù)據(jù)前進行至少15 min或以上的預(yù)熱穩(wěn)定，最終從記錄的LED燈試驗數(shù)據(jù)中篩選出5組數(shù)據(jù)記錄如表5。

根據(jù)表5測量數(shù)據(jù)，各項變量對比前一個數(shù)據(jù)的相對變化情況，總結(jié)數(shù)據(jù)如表6。

表5 LED燈不同球內(nèi)溫度下的測量值

表6 LED燈各項變量變化情況

3 分析對比三種燈具測試數(shù)據(jù)

由于上面三份燈具不同溫度下的測量值表中，各項記錄參數(shù)間的數(shù)值大小相差較大，無法在圖表中直觀的觀察各項參數(shù)間是否存在關(guān)聯(lián)。因此表7中的部分參數(shù)以首個數(shù)據(jù)為100 %，其余數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為百分?jǐn)?shù)形式。

表7 自鎮(zhèn)流熒光燈測量變量調(diào)整

然后將表7中的數(shù)據(jù)繪制成折現(xiàn)圖如圖2，由圖2可以看出自鎮(zhèn)流熒光燈隨著球內(nèi)溫度的上升，它的工作電流、功率和光通量都呈現(xiàn)下降的趨勢，只有功率因數(shù)幾乎不隨溫度的變化而下降。

圖2 自鎮(zhèn)流熒光燈各測量量變化圖

而對于鎢絲燈來說，從表4可以得知其電流、功率和光通量隨溫度升高而產(chǎn)生的變化量不足0.1 %，因此可以忽略球內(nèi)溫度對鎢絲燈的影響。同樣LED燈也與鎢絲燈的結(jié)果類似，從表6中的各項測量值變化率來看，其變化率也不足1 %，同樣也可以忽略球內(nèi)溫度變化對LED燈產(chǎn)生的影響[5]。

4 試驗結(jié)論

積分球內(nèi)溫度變化引起的光通量測量值的變化，不是由積分球測量系統(tǒng)所造成的，而是由于試驗樣品對球內(nèi)溫度的敏感性所造成的，從圖2可知自鎮(zhèn)流熒光燈的發(fā)光量會隨積分球球內(nèi)溫度升高而稍微下降，這就造成了測量值的下降，這是一款對溫度比較敏感的燈具。而從表4和表6可以看出鎢絲燈和LED燈的發(fā)光量基本不受積分球內(nèi)溫度的變化而變化，這兩款燈具對積分球內(nèi)溫度的變化并不敏感。

5 總結(jié)

通過上述試驗與分析，我們所觀察到的光通量測量值隨積分球球內(nèi)溫度變化而變化，實際上并不是由于測量系統(tǒng)受溫度的影響所造成的，因為在本次試驗中可以排除積分球球內(nèi)溫度對測量系統(tǒng)的影響，再結(jié)合三款燈具的測量結(jié)果可以知道受球內(nèi)溫度影響的是燈具的發(fā)光量，不過也不是每款燈具都對積分球內(nèi)溫度十分敏感，在三款燈具的試驗中只有自鎮(zhèn)流熒光燈的光通量會隨球內(nèi)溫度的升高而稍微下降，而鎢絲燈和LED燈光通量的變化可以忽略。因此只有對溫度變化敏感的燈具才會出現(xiàn)光通量測量值隨積分球球內(nèi)溫度變化而變化的情況。