測(cè)量儀器

3.1 輻射計(jì)
輻射計(jì)是用來測(cè)量輻射能量強(qiáng)度的儀器。大多數(shù)的輻射計(jì)只使用一塊光電傳感器，為了測(cè)定特定光譜段的輻射能量，或是為使

輻射計(jì)有特定的光譜感應(yīng)，通常都會(huì)使用到光學(xué)濾鏡。這樣的光學(xué)濾鏡簡單可靠，并且行之有效。

輻射計(jì)在工業(yè)上的應(yīng)用，主要包括輻射照度測(cè)量和輻射亮度測(cè)量。?如果計(jì)算從光源出來的輻射量，通常會(huì)用到輻射亮度。如

果關(guān)心的是曝光的級(jí)別，那么就要進(jìn)行輻射照度或累積輻射照度的測(cè)量。

3.1.1 輻射計(jì)應(yīng)用
輻射計(jì)通常使用在計(jì)算可見光普段外的輻射測(cè)量時(shí)，例如，紅外和紫外的測(cè)量。紫外線（UV）在各種工業(yè)應(yīng)用中也是很常見的

，例如，

半導(dǎo)體制造中的光阻加工
印刷及制版中的乳劑加工
色彩牢固度測(cè)試
生物學(xué)應(yīng)用
要使用輻射計(jì)進(jìn)行UV 測(cè)量，無論輻射照度或輻射亮度測(cè)量，光譜感應(yīng)（波長范圍和特征波長）應(yīng)該和特定的應(yīng)用相吻合。

除了UV 以外，紅外線測(cè)量也是輻射計(jì)測(cè)量的一個(gè)重要部分。所有的物體都根據(jù)本身的熱能量向外輻射紅外線，利用這一點(diǎn)，

通過測(cè)量物體的紅外線發(fā)射情況，就能知道物體的溫度。這種非接觸式的測(cè)量儀器就是紅外測(cè)溫儀。因此，這樣的測(cè)溫儀也通

常被稱作“輻射測(cè)溫儀”。使用不同特性的濾鏡，就能夠有不同的應(yīng)用領(lǐng)域、不同的應(yīng)用溫度范圍。如果想知道更多關(guān)于紅外

測(cè)量的情況，請(qǐng)參閱我們出版的《溫度測(cè)量漫談》。

3.2 光度計(jì)
光度計(jì)是對(duì)可見光區(qū)域進(jìn)行測(cè)量的儀器。亮度計(jì)和照度計(jì)是常見的光度計(jì)，也是有效的可見光測(cè)量解決方案。由于要牽扯

到幾何學(xué)的測(cè)量，光通量計(jì)和光強(qiáng)計(jì)應(yīng)用并不廣泛，如果要使用，也需要根據(jù)特定的應(yīng)用領(lǐng)域而定制。

輻射計(jì)和光度計(jì)基本的區(qū)別，是后者必須以CIE標(biāo)準(zhǔn)觀察者的特性去測(cè)量光。也就是說，光度計(jì)的光譜感應(yīng)必須要吻合CIE

標(biāo)準(zhǔn)光度函數(shù)Vλ。

3.2.1 傳感器

不帶濾鏡的傳感器，例如硒和硫化鎘，擁有與Vλ曲線相類似的光譜感應(yīng)度。但是，它與Vλ之間還是有一定的偏離的，對(duì)于精

確的光度測(cè)量不是非常適合，通常運(yùn)用在自動(dòng)光開關(guān)領(lǐng)域。大多數(shù)的帶濾鏡傳感器使用硅光電管，并在傳感器前面放置了特定

透射特性的光學(xué)濾鏡。通過濾鏡和傳感器的有機(jī)組合，就能得到光譜特性極其接近CIEVλ曲線的傳感器組。

CIE 意識(shí)到，需要建立一套有效且國際化的應(yīng)用方法來標(biāo)識(shí)光度計(jì)傳感器的質(zhì)量等級(jí)。因此，建立了f1值。f1值指的是一個(gè)百

分比誤差，表示傳感器特性曲線與CIEVλ曲線的吻合程度。
3.2 光度計(jì)
3.2.2 校準(zhǔn)方法
除了f1值外，光度計(jì)的校準(zhǔn)方法也是決定儀器是否適合特定應(yīng)用領(lǐng)域的一個(gè)重要因素。例如，對(duì)于一臺(tái)f1值相對(duì)較大的光度計(jì)

，只要校準(zhǔn)用的標(biāo)準(zhǔn)燈和被測(cè)光源相類似時(shí)，也能夠得到很精確的結(jié)果。

有兩種基本的方法用來校準(zhǔn)光度計(jì)。第一種也是常用的方法是使用一盞標(biāo)準(zhǔn)燈（通常是鎢絲燈），這些燈都是驗(yàn)證過并可溯

源至國家標(biāo)準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)室/國家標(biāo)準(zhǔn)機(jī)構(gòu)。光度計(jì)校準(zhǔn)時(shí)，其顯示結(jié)果會(huì)被調(diào)整至和標(biāo)準(zhǔn)燈輸出一致。第二種校準(zhǔn)方法是使用標(biāo)準(zhǔn)

檢測(cè)儀。這樣的檢測(cè)儀有內(nèi)建的，完美吻合CIEVλ曲線的傳感器。用這樣的校準(zhǔn)方法，仍舊需要一盞標(biāo)準(zhǔn)燈，輸出可以調(diào)節(jié)但

必須要穩(wěn)定。先用標(biāo)準(zhǔn)檢測(cè)儀測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)燈的輸出，然后用待校光度計(jì)測(cè)量，調(diào)整至標(biāo)準(zhǔn)檢測(cè)儀測(cè)量到的相同數(shù)值。當(dāng)然，這些

標(biāo)準(zhǔn)檢測(cè)儀也要被驗(yàn)證并可溯源至國家標(biāo)準(zhǔn)。

3.2.2.1 色彩修正系數(shù)
傳感器－濾鏡組合的特性和CIEVλ曲線的吻合度，在可見光譜邊緣范圍通常是較差的，因此，校準(zhǔn)時(shí)所用燈的色溫是很關(guān)鍵的

。當(dāng)大多數(shù)的光度計(jì)以鎢絲燈作校準(zhǔn)時(shí)，用來測(cè)量白熾燈、鹵素?zé)艉吞柟鈺r(shí)能得到精確的值。但是，測(cè)量單色光和窄帶輻射

體，例如，藍(lán)色和白色LED時(shí)不是非常適合。測(cè)量氣體放電燈，例如，冷光燈，會(huì)在可見光譜區(qū)內(nèi)顯示清晰的特征波峰。

因此，現(xiàn)在的光度計(jì)為了彌補(bǔ)傳感器的光譜敏感度和CIE標(biāo)準(zhǔn)光度函數(shù)曲線Vλ之間的誤差，都有一個(gè)相對(duì)應(yīng)的色彩修正系數(shù)，

簡稱為CCF。當(dāng)傳感器的光譜敏感度和光源的光譜能量分布已知時(shí)，就能夠計(jì)算出CCF值。改變CCF值是將當(dāng)前測(cè)量數(shù)據(jù)（例如

，由輻射計(jì)測(cè)量的數(shù)據(jù)）轉(zhuǎn)換為光度計(jì)數(shù)據(jù)的簡單有效的方法。CCF也可被作為用戶校準(zhǔn)的特性參數(shù)，尤其是需要室內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)

溯源時(shí)更有實(shí)際使用價(jià)值。

3.2 光度計(jì)
3.2.3 光度計(jì)應(yīng)用
在光的測(cè)量中，有很多量可以被測(cè)量。不足為奇，光度計(jì)的不當(dāng)選用是造成測(cè)量錯(cuò)誤的一個(gè)主要原因。對(duì)于多數(shù)使用者而言，

進(jìn)行有效的光度測(cè)量的障礙是缺少光度測(cè)量的相關(guān)知識(shí)，尤其是想在光度單位間進(jìn)行轉(zhuǎn)換會(huì)導(dǎo)致基本的錯(cuò)誤。例如，遇到的

常見的錯(cuò)誤，是試圖使用照度計(jì)（lumen/m2）去測(cè)量光通量（lumen），或者，是想用亮度計(jì)（candela/m2）去測(cè)量光強(qiáng)

（candela）。

現(xiàn)在常見的有四種光度測(cè)量儀器，分別是亮度計(jì)，照度計(jì)，光通量計(jì)和光強(qiáng)計(jì)。

3.2.3.1 亮度計(jì)
亮度計(jì)用來測(cè)量光源發(fā)射出的可見光譜段能量。因?yàn)榱炼仁蔷哂蟹较蛐缘?，為了更方便的進(jìn)行測(cè)量結(jié)果的溝通交流，在測(cè)量時(shí)

，必須要明確儀器的測(cè)量角，測(cè)量區(qū)域和對(duì)于光源的測(cè)量幾何結(jié)構(gòu)。幾乎所有的光源都不是朗伯發(fā)光源（亮度值在所有方向上

都是一致的），從光源發(fā)出的光線并不均勻，所以上述的這些測(cè)量因素都是相當(dāng)重要的。

由于亮度測(cè)量是要瞄著光源進(jìn)行的，所以可以使用光學(xué)鏡頭系統(tǒng)來得到測(cè)量結(jié)果。視場(chǎng)角和光學(xué)鏡頭的測(cè)量角必須要有一定限

制，以避免測(cè)量到微小角度偏差而出現(xiàn)的不必要光線。

亮度測(cè)量對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量很重要，如交通信號(hào)燈，電視屏幕和汽車尾燈。

3.2 光度計(jì)
3.2.3.2 照度計(jì)
照度計(jì)是用來測(cè)量落在某物體表面的可見光能量的儀器。照度測(cè)量特別容易受光軸以外光線的影響而產(chǎn)生誤差。根據(jù)定義，測(cè)

量面上某處的光線應(yīng)和其入射角的余弦值成正比，但是，由于探頭內(nèi)傳感器的原因，或是儀器本身的原因，許多照度計(jì)并不嚴(yán)

格按照余弦法則去接收光線。

余弦感應(yīng)特性通過在傳感器和濾鏡上覆蓋余弦修正漫射罩來實(shí)現(xiàn)。需要注意的是，因?yàn)橄到y(tǒng)幾何結(jié)構(gòu)的差異，會(huì)產(chǎn)生不同的余

弦感應(yīng)特性，導(dǎo)致在不同入射角下得到不一樣的余弦誤差。
因此，當(dāng)比較照度測(cè)量結(jié)果，尤其是涉及到偏離光軸線測(cè)量時(shí)，一定要理解系統(tǒng)的余弦感應(yīng)特性。