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1、积分球光通量测量不确定度分量说明 虞再道 上海时代之光照明电器检测有限公司上海时代之光照明电器检测有限公司 测量不确定度评定的难点在于厘清测量系统的不确定度分量，不重复、不遗漏。本文结合 CALiPER 流明测量不确定的说明，对积分球光通量测量系统的不确定度分量进行说明。 在不确定度的实际评定过程中，了解测量过程、测量系统的组成和原理是非常必要的。测量过程中包含的设备、仪器、环境和人员等因素都可能包含着对测量结果的不确定度贡献，因此，从系统的输入、处理、输出等三个阶段对测量系统进行分析，以测量过程为主线，可以得到测量不确定度的各个分量。 1积分球光通量测量过程 在积分球的光通量测量过程中，首先
2、需要检查系统的完好性，检查环境是否符合要求。然后积分球合上，关上内部所有光源，将系统归零，消除暗电流的影响。然后测量其自吸收系数，再用参考标准灯对系统进行标定，供电电源提供稳定的、合适的电流/电压，使稳定测量环境下的参考标准灯正常发光。产生的光在积分球中多次反射，在积分球的内球面上均匀分布。积分球的反射率越高，反射过程中损耗的能量也越少，同时，该反射层应对全波长均有较好的反应。积分球的球形误差也应控制在一定范围内。光度计利用光电效应的原理，在测量范围内其输出响应（电压或电流）能够与光通量成正比，将积分球某一单元面积内的光信号收集起来，转换成电信号，通过信号处理系统，计算给出相应的数值，老炼过的
3、试验灯的测量亦是如此。 最后通过两者数值的比以及参考标准灯的标定光通量和自吸收系数等参数，代入公式测得所需要的试验灯的光通量的值。 图 1 为积分球光通量测量系统的组成。 图 1 积分球光通量测量系统的组成 2光通量计算公式 以下公式给出了光通量的计算公式，公式较为完整的反映了各个影响因素。公式中下标 R 代表参考标准灯，试验灯没有下标。 tsfTtsfT JRcU UcU yy yyRRRRRmRRRmUAARRRRJU 110以下是对各个变量的说明。 1）R：参考标准灯的标定光通量，其值由校准证书给出。 2）RJ：参考标准灯的标定工作电流，其值由校准证书给出。 3）RU：用于测量RJ的分流
4、电阻 R 上的电压值，其不确定度为 A 类，需要通过多次测量获得。电阻 R 的标称值和不确定度由校准证书给出。试验时，如果参考标准灯给出的是标定工作电流，标定时需要调节工作电流到标定工作电流，此时需要用电压表测量电路中分流电阻 R 上的电压值，通过计算得到实际的工作电流。 4）U：试验灯工作时的输入电压值。其不确定度需考虑供电电源提供电压的稳定性、调值的准确性、监控用电表的不确定度等因素。 5）0U ：试验灯的额定电压，例如 220 V。试验灯工作时，一般情况下需要将工作电压调到额定电压，以获得灯的良好工作状态。 6）c：电表校准常数，通常用标称值的分数表示，其值由电表校准证书给出。公式中的U
5、c是指用于测量试验灯工作电压时所用的电压表的校准常数。公式中的Rc是指用于测量分流电阻 R 上的电压时所用的电压表的校准常数。 7）Um：输入电压对光通量的影响。如果是白炽灯，Um为 4；自镇流紧凑型荧光灯或 SSL 的光输出对输入电压的变化不敏感，可以忽略。 8）RJm：电流对光通量的影响。对于在相关色温（CCT）接近 2,856 K 下工作的白炽灯或卤素灯，RJm为 7。 注：理论上光输出与Te25000 成正比，其中灯丝温度 T 采用绝对温度。 9）y:灯在一个稳定的电流下工作时光度计测得的信号。其不确定度为 A 类，需要通过多次测量获得。公式中的Ry是参考标准灯在标定工作电流下工作时光
6、度计测得的信号。 注：自吸收系数，是在辅助灯开的情况下，试验灯安装在积分球中但不开灯得到的流明相关信号Ay，与在辅助灯开的情况下，参考标准灯安装在积分球中但不开灯得到的流明相关信号ARy的比，即，ARA yy。它考虑的主要为灯的结构、表面材料等对光的反射和吸收等情况对测得信号的影响。 为使每个不确定度能够清晰地保留，一般使用Ay和ARy，并不直接使用自吸收系数。对于制造商提供的自吸收系数程序对用户不开放的系统，制造商的软件不能用来获得该值及其不确定度。 10）f：光谱失配。光信号与从理想的亮度/色度曲线滤波器得到的信号的比。光度计的 1f等级可用于评估光谱失配及其不确定度。 需要注意的是， 1
7、f值是在可见光区域的平均值，它仅适用于白光光源，对于SSL 和荧光灯需特别考虑，避免引起误解。 由于大多数参考标准灯的光谱接近 CIE Illuminant-A 的光谱，对于参考标准灯，光谱失配通常很小，可以忽略。 11）sf：空间失配。这个变量表示对各向同性创建的一个信号的偏差。在一个理想球体内的光源，每一个方向的辐射都应相等。其值的评定取决于球的尺寸、涂层反射和灯的角度分布。 12）T：环境温度的影响。 大多数灯对环境温度的变化非常敏感。 因此应将积分球的环境温度限制在一个给定的温度区域内。 温度的影响用产品的温度系数和与标称温度的偏离温度T来表示。对于参考标准灯，温度系数R相当小，通常可
8、以忽略。 13）t：老化效应。 灯的燃烧时间会影响灯的光输出。 其影响用燃烧时间t和光输出随时间的变化率来表示。例如：参考标准灯工作 50 小时光输出改变 1。对于试验灯，其燃烧时间很短，因此老化效应的影响可以忽略。 3标准不确定度的计算过程 分析不确定度分量是评定不确定度过程中最重要的工作，在分析完成后，即可通过多次的试验来获得 A 类不确定度分量的值及其自由度， 通过查校准证书或相关的技术说明等来获得 B 类不确定度分量的值及其自由度， 在得到所有分量相应的值之后，即可按照规定的流程进行标准不确定度的计算。 1）评定输入变量的相关系数 一般认为在该系统中没有一个分量是相关的，所以认为相关系
9、数为 0。 2）确定合成标准不确定度 根据如下公式可计算光通量的合成标准不确定度。 inn icxuxfu2212 式中的偏导数项常用灵敏系数ic表示，即， innicxucu22123）计算扩展不确定度 通常情况下，通过合成不确定度乘以包含因子k得到扩展不确定度，即， cukU 通常取k2，代表 95的置信区间，如果需要的话，取k=3，代表 99的置信区间。也可以利用各个分量的自由度iv来计算有效自由度，有效自由度的计算公式如下： ni iic effvuuv144在得到有效自由度后，结合置信概率p，查 JJF 1059-1999 中附录 A 的表，即可确定不确定度包含因子k的值。 4）结果的表达 结果的表达方式有很多，主要要说明预期发生的值的概率分布，以及在何种条件下得出的结果。以下为例： 光通量=测量值（1U） k=2 p=95%
