fotometria i kolorymetria - if.pwr.edu.plwozniak/fotometria_pliki/fotometria_6.pdf · pomiary mogą...

Fotometria i kolorymetria

Dr hab. inż. Władysław Artur Woźniak

6. Podstawowe pomiary radio- i fotometryczne (pomiar światłości,

luminancji, wyznaczanie przestrzennego rozkładu światła; pomiar

strumienia świetlnego; fizyczny pomiar natężenia oświetlenia;

pomiar temperatury rozkładu widmowego).

http://www.if.pwr.wroc.pl/~wozniak/Miejsce konsultacji: pokój 18/11 bud. A-1;

terminy: patrz strona www

Fotometria i kolorymetria Dr hab. inż. Władysław Artur Woźniak

Pomiar światłości

PRZYPOMNIENIE: Światłość (natężenie źródła światła, luminous

intensity) to strumień świetlny wysyłany w pewnym kącie

bryłowym

Światłość możemy wyznaczyć metodami wzrokowymi i fizycznymi.

Pomiary wzrokowe odbywają się na ławie fotometrycznej (do

osłabiania światła stosujemy prawo odwrotności kwadratów) albo

za pomocą fotometrów przenośnych.

d

dI



1. Pomiar na ławie fotometrycznej

Pomiar może być wykonany różnymi metodami, najczęściej

metodą bezpośrednią oraz podstawienia.



1. Pomiar na ławie fotometrycznej – cd.

Pomiar metodą bezpośrednią zakłada, że zarówno lampa o

znanej światłości(N) jak i lampa mierzona (X) znajdują się na

obu końcach ławy, a pomiędzy nimi przesuwany jest wózek z

(obrotową – JAK i CZEMU?) głowicą fotometryczną.

N X

d

rN rX

XN LL Równość luminancji obu lamp:

oznacza równość natężeń oświetlenia obu powierzchni ekranu gipsowego głowicy, a

więc natężenia oświetlenia obu połówek pola widzenia wynosi:

XXNN EE a na podstawie prawa odległości:

XN , - wsp. odbicia

X

X

XN

N

N

r

I

r

I

22

co dla jednakowych daje ostatecznie:XN ,

22

2

2

X

XN

N

XNX

rd

rI

r

rII




Pomiar metodą bezpośrednią może być obarczony błędem niesymetrii głowicy

optycznej, wynikającym z różnic współczynnika odbicia obu powierzchni płytki

fotometrycznej. Można je wyeliminować stosując metodę podstawienia. Przy tej

metodzie oprócz lampy mierzonej (X) i wzorcowej (N) używa się dodatkowej lampy

porównawczej (V), która powinna mieć stałą, choć niekoniecznie znaną, wartość

światłości.

Lampę V ustawia się z jednej strony ławy, a z drugiej kolejno lampy X i N.

Światłość IX można obliczyć wtedy ze wzoru:

V X,N

d

rVX,rVN rX,rN

2

2

2

2

2

2

2

2

N

N

X

XN

N

VN

VX

XNX

r

rd

rd

rI

r

r

r

rII




Pomiar metodą podstawienia upraszcza się, gdy odległość między głowicą

fotometryczną a jedną z lamp (V, X lub N) jest stała.

a) Lampa V połączona z głowicą,

obie przesuwane

2

2

N

XNX

r

rII

V X,NrN,rX

b) Lampa V i głowica stałe, lampy X

i N przesuwane

2

2

N

XNX

r

rII

V X,NrN,rX

c) Lampy N i X oraz głowica stałe,

lampy V przesuwana

2

2

VX

VNNX

r

rII

V X,N

rVX,rVN



2. Pomiar za pomocą przenośnego fotometru wzrokowego

Wykorzystując metodę podstawienia, można za pomocą takiego

fotometru wykonać niemal wszystkie pomiary.



2. Pomiar za pomocą przenośnego fotometru wzrokowego – cd.

Fotometry przenośne wyróżniają się przede wszystkim urządzeniem

osłabiającym światło. Tutaj są to rozpraszające folie (albo płytka za szkła

mlecznego), przesuwne względem lampy porównawczej, których

położenie odczytuje się na podziałce (i stosuje prawo odległości).

Dodatkowe filtry szare umożliwiają zmianę „zakresu pomiarowego”.



2. Pomiar za pomocą przenośnego fotometru wzrokowego – cd.

Mały fotometr uniwersalny Bechsteina – przykład zastosowania przesłon

jako metody osłabiania:

sektorowe urządzenie

pomiarowe

filtr upodobnienia barw

układ płytek ze szkła

mlecznego i niebieskiegolampa porównawcza

filtr nieselektywne „zakresowe”

przesłona



Źródła błędów przy pomiarze światłości

1. Błędy pochodzące od światła „obcego” (w tym rozproszone

światło od lamp, używanych w pomiarze).

wnęka do pochłaniania

światła „wstecznego”

Rozwiązanie: użycie ekranów przesłaniających (zwykle pokrytych

czarnym aksamitem).



Źródła błędów przy pomiarze światłości – cd.

2. Dokładność odczytu odległości

r

dr

I

dI2

Przykład: dla zadanego błędu względnego pomiaru światłości 0,5%:

5 mm

2000 mm

Trywialne: ponieważ odległość występuje w prawie odległości w

kwadracie, to jej wpływ na błąd pomiaru światłości jest równy:



Źródła błędów przy pomiarze światłości – cd.

3. Inne źródła błędów:

Ogólnie: łatwe do korekcji, wpływ pomijalny.

a) Błąd wynikający z przekręcenia głowicy fotometrycznej – płaszczyzna

ekranu głowicy powinna być prostopadła do osi optycznej.

b) Błąd wynikający z grubości ekranu – wózek fotometru nie leży w tej

samej płaszczyźnie, co obie powierzchnie ekranu.



3. Pomiar światłości metodą fizyczną

Pomiar może być wykonany metodą odchyłową i zrównania.

Pomiar metodą odchyłową zakłada oczywiście, że pomiędzy prądami

fotoelektrycznymi (lub inna wielkością elektryczną) a dochodzącymi do

odbiornika strumieniami świetlnymi (a tym samym także światłościami)

istnieje zależność liniowa:

fN

fX

N

X

I

I

I

Iświatłości prądy

Aby uniezależnić się od odchyleń od proporcjonalności wskazań urządzeń

pomiarowych, zalecane jest stosowanie metody zrównania.


Pomiar luminancji

PRZYPOMNIENIE: Luminancja L danego elementu dS powierzchni

świecącej w danym kierunku to stosunek światłości I do pola

powierzchni prostopadłej do danego kierunku:

coscos dSd

d

dS

dIL

Luminancja jest zależna (z wyjątkiem przypadku rozpraszania równomiernego) od

kierunku, pod którym świecący element powierzchni jest obserwowany, natomiast

nie jest zależna od odległości płaszczyzny obserwacji.

Luminancję można mierzyć bezpośrednio, tzn. przez

bezpośrednie porównanie ze znaną luminancją, lub pośrednio

czyli wyznaczając inną wielkość fotometryczną – stosuje się przy

tym metody wzrokowe i fizyczne.


Pomiar luminancji

1. Metody bezpośrednie wzrokowe

Wszystkie wzrokowe pomiary fotometryczne opierają się na

porównaniu luminancji. Pomiary mogą być przeprowadzone np. z

wykorzystaniem głowicy fotometru Lummera-Brodhuna.

Schemat podstawowy urządzenia do

pomiaru luminancji:

1 – luminancja wzorcowa i mierzona;

2 – płytka ze szkła mlecznego;

3 – porównawcze źródło światła.

Klin szary służy do osłabiania promieni

mierzonych, a na drodze promieni

porównawczych osłabienie może być

realizowane zmianą odległości


Pomiar luminancji

1. Metody bezpośrednie wzrokowe – cd.

Bieg promieni świetlnych w głowicy fotometrycznej przy pomiarach

luminancji:

a) Pojedyncza soczewka, odwzorowująca pole fotometryczne na

źrenicę oka – duża część powierzchni objęta pomiarem, ziarnistość

mierzonej powierzchni świecącej oraz zabrudzenia ekranu

gipsowego głowicy (np. Lummera-Brodhuna) są nieistotne.


Pomiar luminancji



luminancji:

b) Dwie soczewki – światło przenika pole fotometryczne równolegle,

a obraz optyczny mierzonej części powierzchni tworzy się na

źrenicy oka. Można w ten sposób mierzyć luminancję bardzo małych

powierzchni.


Pomiar luminancji



luminancji:

c) Również układ dwóch soczewek, ale tym razem obraz optyczny

mierzonej powierzchni tworzy się na polu fotometrycznym. Można

w ten sposób odtworzyć małe powierzchnie świecące w

powiększeniu aż do całkowitego oświetlenia pola fotometrycznego.


Pomiar luminancji

1. Metody bezpośrednie wzrokowe – uwagi

Wymiary części powierzchni 1, biorącej udział w pomiarze, można

obliczyć z danych geometrycznych fotometru albo wyznaczyć

doświadczalnie (JAK?)

Należy uważać, aby soczewka 2 znajdowała się dostatecznie daleko

do mierzonego źródła, aby światło odbite od soczewki nie

powiększyło luminancji źródła.

Ogólnie uważa się, że wzrokowe metody pomiarów luminancji, przy

stosunkowo małym nakładzie pracy stwarzają możliwość

wyznaczenia nawet bardzo małych luminancji małych powierzchni.


Pomiar luminancji

2. Urządzenia do wzrokowego pomiaru luminancji

Luminancję można mierzyć np. za pomocą głowicy fotometrycznej

Lummera-Brodhuna, ale używa się tez specjalnie zbudowanych

przyrządów.

Przyrządy takie powinny mieć duży zakres pomiarowy – kąt

rozwarcia od ułamków stopnia do 20.

Błędy pomiaru są z reguły większe, niż przy innych pomiarach i

sięgają do 2%.

Ponieważ mierniki luminancji są często używane również poza

laboratorium jako mierniki przenośne, ich obsługa powinna być

łatwa i nie powinny być ciężkie.


Pomiar luminancji

2. Urządzenia do wzrokowego pomiaru luminancji (wg Becka)

1,2 – kostka Lummera-Brodhuna

3,4 – matowo-białe komory cylindryczne

5 – lampa porównawcza

6 – sektorowe urządzenie pomiarowe

7 – płytka ze szkła mlecznego

8 – bębenek z podziałką

9,11 – filtr nieselektywny

10 – filtry barwne

12,13 - obiektywy

14 - okular

14

15 – krzyż nitkowy

16 – ostrze pomiarowe

17,18 – tarcze podziałowe


Pomiar luminancji

3. Metody bezpośrednie fizyczne wyznaczania luminancji

Dla strumienia świetlnego padającego na powierzchnię S z kąta

bryłowego można (przy małych S i ) napisać: SL

Natężenie oświetlenia E na tej powierzchni wyrazi się więc

wzorem: LE

Luminancję można więc wyznaczyć, mierząc przy znanym* kącie

bryłowym natężenie oświetlenia E na znanej powierzchni S:

EL

* albo po prostu takim samym, jak przy wzorcowaniu urządzenia!


Pomiar luminancji

3. Metody bezpośrednie fizyczne wyznaczania luminancji – cd.

Pomiar natężenia oświetlenia też można wykonać (najlepiej!)

metodą porównania prądu fotoelektrycznego płynącego przez

detektor dla badanego i znanego źródła.

Kąt bryłowy, w którym mierzy się luminancję, można zmniejszać za

pomocą otworu lub soczewki oraz przesłon.

f

Dtg

22


Pomiar luminancji

4. Przyrządy do fizycznego pomiaru luminancji

W zasadzie każdy odbiornik fotoelektryczny można zastosować do

pomiaru luminancji, jeżeli tylko ma wystarczającą czułość

całkowitą i właściwą czułość widmową.

Przy dużych wartościach luminancji i dużych kątach bryłowych

wywołane na odbiorniku natężenia oświetlenia są tak duże, że

można do pomiaru zastosować ogniwa fotoelektryczne i

wykorzystać zmodyfikowane luksomierze do pomiaru luminancji.

Użycie fotokomórki lub fotopowielacza umożliwia pomiar

mniejszych luminancji. Czułość widmowa fotokomórki próżniowej

jest dobrze dopasowana do krzywej V().


Pomiar luminancji

5. Wzorcowanie mierników luminancji

Mierniki luminancji wzorcuje się na ogół przy użyciu powierzchni o

znanej i stałej luminancji.

a) Płytka ze szkła mlecznego o możliwie dużym wskaźniku rozpraszania,

oświetlona z niewielkiej odległości; znając powierzchnię płytki S mierzy się

jej światłość I (przez porównanie z wzorcem) a następnie oblicza

luminancję:

S

IL

B) świeżo napylona tlenkiem magnezu powierzchnia, oświetlona

prostopadle światłem o stałym natężeniu. Według Gordona i Smitha

współczynnik luminancji dla takiej powierzchni przy kącie obserwacji 45

wynosi:

lxasbl /1

ntsbmcdasb

110

111 42

Apostilb (blondel) [układ CGS]


Pomiar luminancji

6. Metody pośrednie wyznaczania luminancji

Jeśli wystarczy tylko przybliżona wartość luminancji, można dla

większych powierzchni świecących zastosować metodę przybliżoną.

Opiera się ona na fakcie, że powierzchnia rozpraszacza

równomiernego o wymiarach nieskończonych i luminancji L

wywołuje na powierzchni leżącej naprzeciwko w niewielkiej

odległości natężenie oświetlenia E:

)/()( 2mcdLlxE

Można więc wyznaczyć

luminancję za pomocą prostego

pomiaru natężenia oświetlenia,

jeżeli odbiornik umieści się

blisko mierzonej powierzchni.

Rozkład luminancji w łuku świetlnym wysokoprężnej lampy ksenonowej.


Wyznaczanie przestrzennego rozkładu światła

Znajomość przestrzennego rozkładu wysyłanego

światła ma znaczenie dla stosowania wybranych

źródeł światła. W fotometrii znajomość

przestrzennego rozkładu światła umożliwia

wyznaczenie całkowitego strumienia świetlnego

wysyłanego ze źródła (rachunkowo lub

wykreślnie).

1. Metoda nieruchomego fotometru – źródło

światła obraca się i przechyla za pomocą

urządzenia o dwóch osiach, względem siebie

prostopadłych i przecinających się w środku

świetlnym – jest to tzw. goniometr świetlny.



2. Jeśli bada się lampy lub oprawy, których

właściwości świetlne zmieniają się przy

nachylaniu, nie można stosować poprzedniej

metody. Zamiast tego można obracać fotometr

wokół źródła światła umocowanego na stałe.

Metoda nadaje się tylko do pomiarów fizycznych

(CZEMU?).

1 - oś obrotu

2 – tarcza podziałowa

3 – półkoliste ramię

4 - fotoogniwo

5 – pokrętło do poruszania fotoogniwa

6 – pokrętło do obracania łuku kołowego



3. Modyfikacja metody nieruchomego fotometru – źródło światła obracane

wokół osi pionowej, a wokół tej osi porusza się również obrotowy układ

luster.



3. cd. – przyrząd z jednym

zwierciadłem, wg de Witta:



Najpełniejszą charakterystyką

rozkładu światła jest obraz

przestrzenny. Mierzone w różnych

kierunkach światłości (czasami też

luminancja) nanosi się jako wektory

wodzące w sferycznym układzie

współrzędnych, w którym źródło

światła jest biegunem a wektory

tworzą tzw. bryłę fotometryczną.

Kąty wzniesienia odkłada się na

półosi pionowej skierowanej w dół, a

kąty azymutu od pewnego kierunku

oznaczonego na badanym źródle.



Obraz przestrzenny sprawia

trudności w stworzeniu i

interpretacji, stąd wykresy

na płaszczyźnie w postaci

tzw. krzywej rozsyłu

światła. Wyznacza się je w

kilku płaszczyznach

południkowych (ilość zależy

od stopnia symetrii układu).


Pomiar strumienia świetlnego

Całkowity strumień świetlny wypromieniowywany ze źródła światła

może być wyznaczony dwiema metodami:

1. Przez wyznaczenie przestrzennego rozkładu rozsyłu światła i

związaną z tym oceną obliczeniową lub wykreślną

(tak tak, w czasach, gdy nie było komputerów, dużo łatwiej było

„całkować” graficznie, niż na palcach…)

2. Przez pomiar w kuli Ulbrichta

(duże i kosztowne, ale skuteczne)

PRZYPOMNIENIE: Strumień świetlny to ilość energii

wypromieniowywanej w jednostce czasu.



1. Wyznaczanie strumienia świetlnego na podstawie przestrzennego

rozsyłu światła

Wychodząc z zależności pomiędzy światłością I a strumieniem świetlnym :

Id

można dla całkowitego strumienia

świetlnego danego źródła światła

wyprowadzić zależność:

0

2

0

sin, ddI




rozsyłu światła – cd.

Strumień świetlny można wyznaczyć też (z definicji) z rozkładu natężenia

oświetlenia na powierzchni otaczającej źródło światła. Jeżeli jako

powierzchnię pomiarową przyjmie się powierzchnię kuli o promieniu r, to

otrzymamy zależność:

0

2

0

2 sin, ddEr

Jeżeli dla wszystkich kątów azymutalnych rozkład światła jest jednakowy

(czyli bryła fotometryczna jest osiowo-symetryczna)

0

sin2 dI




rozsyłu światła – cd.

Całkowanie można wykonać, gdy światłość I() podana jest w postaci funkcji

analitycznej. Dla promienników w postaci prostych kształtów geometrycznych,

świecących zgodnie z prawem Lamberta, można podać gotowe formuły:

1) Płytka świecąca

maxI

cosmaxII

2) Powierzchnia kulista

maxII

max2 I

3) Powierzchnia półkolista (tył nie świeci)

max4 I

2

cos1max

II

4) Powierzchnia walcowa (podstawy nie świecą)

sinmaxII

max

2I




rozsyłu światła – LICZBOWE

W praktyce całkowanie zastępujemy sumowaniem; mnoży się średnie

światłości przez wartości odpowiadających im małych kątów bryłowych.

Istotny jest sposób podziału przestrzeni dookoła źródła światła na strefy

kątowe – zwykle źródła światłą maja pewną symetrię sferyczną/obrotową.

Innym sposobem jest podział na strefy o

równej wielkości – metoda Russela.




rozsyłu światła – WYKREŚLNE

a) Metoda Liebenthala i Rousseau

Światłości nanosi się na prostokątny układ współrzędnych: na osi odciętych

kosinusy kąta wypromieniowania , na osi rzędnych – światłość I w skali

liniowej. Następnie światłości nanosi się na wykresie biegunowym, wektory

światłości przedłuża się do pomocniczego półokręgu jednostkowego i tak

znalezione punkty przecięcia rzutuje się na oś odciętych układu

prostokątnego.

Fotometria i

kolorymetria Dr hab. inż. Władysław Artur Woźniak


1. Wyznaczanie strumienia

świetlnego na podstawie

przestrzennego rozsyłu światła

– WYKREŚLNE (metoda

Liebenthala i Rousseau)

Pole pod krzywą na górnym

wykresie jest proporcjonalne

do całkowitego strumienia




rozsyłu światła – WYKREŚLNE

b) Metoda Helwiga

Światłości mnoży się przez sinus kąta promieniowania a iloczyny odkłada się

od odpowiednich punktów skali kątów promieniowania. Strumień świetlny

jest proporcjonalny do powstającego w ten sposób pola.



1. Wyznaczanie strumienia

świetlnego na podstawie

przestrzennego rozsyłu

światła – WYKREŚLNE (metoda

Helwiga)



2. Pomiar strumienia świetlnego za pomocą kuli Ulbrichta

Kula Ulbrichta – pusta kula, pomalowana wewnątrz na „biało”.

Źródło światła świecące w kuli Ulbrichta wywołuje na ścianach natężenie

oświetlenia, które jest suma dwóch składowych: bezpośredniej, wywołanej

przez światło ze źródła, oraz pośredniej, wywołanej przez światło odbite

(nawet wielokrotnie) od ścian kuli. Pośrednie natężenie oświetlenia E jest

we wszystkich miejscach ściany wewnętrznej kuli stałe i proporcjonalne do

całkowitego strumienia źródła. Między E i istnieje zależność:

14 2rE

r – promień kuli, – współczynnik odbicia

Przy stałych parametrach kuli:

kE k – współczynnik kuli



2. Pomiar strumienia świetlnego za pomocą kuli Ulbrichta – cd.

Przy pomiarze strumienia świetlnego, dokonywanym przeważnie metodą

podstawienia, zawiesza się w tym samym miejscu kolejno źródło światła

mierzone (X) oraz źródło wzorcowe (N). Biorąc pod uwagę wcześniejszą

zależność: kE

otrzymujemy dla szukanego strumienia zależność:

N

XNX

E

E

Wartości bezwzględne natężenia oświetlenia nie muszą być znane, znany

musi być ich stosunek, który można zmierzyć metodą wzrokową lub

fizyczną. Wystarczy np. wyznaczyć prądy fotoelektryczne proporcjonalne do

natężenia oświetlenia.




Urządzenie pomiarowe:

Pomiędzy źródłem 1 (w środku kuli!) a oknem pomiarowym 3 znajduje się przesłona 2

(osłona przed światłem bezpośrednim). W oknie pomiarowym umieszczona jest płytka

rozpraszająca (pomiar wzrokowy) lub detektor (pomiar fizyczny). Metodą wzrokową mierzy

się luminancje lub światłość płytki; metodą fizyczną mierzy się bezpośrednio natężenie

oświetlenia tego fragmentu kuli.

Rys. b – modyfikacja metody; przez otwór wejściowy 6 mierzy się luminancję leżącego

naprzeciw fragmentu ściany kuli.




Inne urządzenie pomiarowe:

Inna wersja pomiaru – równoczesna. Lampa mierzona i wzorcowa znajdują się w kuli

jednocześnie. Lampy włączane są kolejno. W tym przypadku potrzebne są trzy przesłony, z

których środkowa nie dopuszcza, by światła świeciły bezpośrednio na siebie (odbicia od

lampy/osłony).




Założenia poprawnej pracy kuli Ulbrichta:

1) Wnętrze ma kształt kuli;

2) W kuli nie ma żadnych przedmiotów, które wpływają na rozchodzenie się

światłą lub je pochłaniają;

3) Wewnętrzna powierzchnia kuli odbija całkowicie rozpraszająco i we

wszystkich miejscach jednakowo;

4) Powłoka wewnętrzna kuli jest aselektywna (ze względu na długość fali).

Ad. 1 niekoniecznie – jeśli porównywane źródła mają podobny rozkład przestrzenny

wysyłanego światła, kształt urządzenia może odbiegać od kulistego;

Ad. 2 założenie z góry niespełnione – w kuli są źródła z oprawami/zamocowaniami

oraz przesłony; istnieją normy dotyczące wielkości i położenia przysłon;

Ad. 3 ściana kuli nigdy nie odbija równomiernie (zabrudzenia, okno pomiarowe;

wewnętrzna ściana kuli powinna być odnawiana co najmniej raz do roku;

Ad. 4 jeżeli widmowy rozkład promieniowania lampy mierzonej i wzorcowej jest taki

sam, to selektywność pochłaniania powłoki kuli nie ma znaczenia.


Pomiar natężenia oświetlenia

W praktyce przy pomiarach natężenia oświetlenia nie wymaga się

stosowania fotometrów precyzyjnych – potrzebne są raczej lekkie przyrządy

przenośne, łatwe w obsłudze, niedrogie.

PRZYPOMNIENIE: Natężeniem oświetlenia E nazywamy stosunek

strumienia padającego na element powierzchni odbiornika do

wielkości tej powierzchni S:

Wzrokowy pomiar natężenia oświetlenia wykonuje się podobnie jak

wszystkie inne pomiary wzrokowe – przez porównanie luminancji.

Luksomierze wzrokowe nie są już dziś praktycznie używane; zostały wyparte

przez podręczne przyrządy oparte na fizycznej zasadzie pomiaru.



Fizyczne mierniki natężenia oświetlenia muszą spełniać przede

wszystkim następujące wymagania:

(1) Ocena promieniowania musi być zgodna z widmową czułością

ludzkiego oka V();

(2) Ocena musi być zgodna z prawem kosinusa;

(3) Możliwie liniowy związek między natężeniem oświetlenia a

wartością mierzoną;

(4) Ocena wartości czasowej średniej natężenia oświetlenia

nawet przy dużym współczynniku tętnienia powinna być zgodna z

prawem Talbota;

(5) Mały wpływ bezwładności i zmęczenia oraz temperatury

otoczenia na wskazania;

(6) Małe wymiary i mała masa;

(7) Prosta obsługa.



Niektóre aspekty pomiaru natężenia oświetlenia

Wzorcowanie luksomierzy wykonuje się na ogół za pomocą światła lamp

żarowych (wolframowych) o temperaturze 2856K. Stąd duże odstępstwa

przy pomiarze np. lamp wyładowczych (CZEMU?)

W zasadzie można wykonywać także pomiary przy użyciu odbiorników

niedopasowanych do krzywej V() jeśli dla mierzonych rodzajów światła

znane są odpowiednie współczynniki korekcyjne.

Także przy braku dopasowania z punktu widzenia prawa kosinusa można

wykonać bezbłędny pomiar, jeśli skręcimy płaszczyznę pomiarową o

znany kąt. Metoda ta nie może być stosowana, gdy światło pada z

różnych kierunków (np. pomiar oświetlenia dziennego).

Starzenie odbiorników fotoelektrycznych stosowanych do luksomierzy

wymaga wzorcowania w pewnych odstępach czasu.


Pomiar temperatury rozkładu widmowego

Na podstawie tej definicji można mierzyć T0 poprzez pomiary

spektralne, ale jest to kosztowne i czasochłonne.

PRZYPOMNIENIE: Temperatura rozkładu widmowego T0

promiennika to temperatura, przy której względny widmowy

rozkład promieniowania ciała czarnego jest zgodny z rozkładem

danego promiennika.

Jeżeli promieniowanie ciała, które dla zakresu widmowego może

być uznane jako szare, ma temperaturę rozkładu widmowego T0,

to wywołuje ono takie wrażenie barwy jak promieniowanie ciała

czarnego przy tej temperaturze. Na tym zjawisku opiera się

wzrokowa metoda wyznaczania temperatury rozkładu

widmowego, w której wrażenie barwy wywołane przez dane

promieniowanie porównuje się z wrażeniem wywołanym przez

promieniowanie ciała czarnego.



Zamiast ciała czarnego stosuje się przeważnie prostsze w obsłudze,

odpowiednie żarówki wolframowe, uprzednio porównane fotometrycznie

z promiennikiem Plancka. Żarówki umożliwiają przedstawienie

temperatury rozkładu do około 3000K. Dla utrzymania stabilności

czasowej żarówki pracują praktycznie do 2856K.

Do wytworzenia wyższych wartości temperatury rozkładu można użyć np.

łuku węglowego. W praktyce jednak stosuje się wciąż żarówki

wolframowe z odpowiednim układem filtrów konwersyjnych (cieczowych,

szklanych, żelatynowych).

Według danych Priesta, oko jest w stanie ustalić różnicę temperatur

rozkładu widmowego wartości około: 2

01000

7,0

TT

co np. przy 3000K daje różnice ok. 6K.



1) Wyznaczanie temperatury rozkładu widmowego poniżej 2856K

Jako lampa wzorcowa służy żarówka o znanej charakterystyce T0 w

funkcji natężenia prądu. Zmieniamy natężenie prądu lampy wzorcowej aż

do zrównania wrażenia barwy obu połówek pola fotometrycznego.

Odczytujemy T0 z krzywej wzorcowania.

2) Wyznaczanie temperatury rozkładu widmowego powyżej 2856K

Jako lampa wzorcowa służy żarówka o znanej charakterystyce oraz filtr

konwersyjny (przykład: M=-47 miredów).

Wkładamy filtr konwersyjny przed lampą wzorcową, doprowadzamy do

zrównania wrażenia barwy obu połówek pola fotometrycznego,

odczytujemy T0 z krzywej wzorcowania (przykład: T0=2750K).

Przeliczamy znalezioną T0 na miredy (przykład: M=363 miredy).

Obliczamy wartość M’ oraz temperatury T0’ lampy z dodatkiem filtru:

miredMMM 31647363' K

MT 3165

316

10

'

10'

66

0



3) Wyznaczanie temperatury rozkładu widmowego na podstawie

stosunku mocy promieniowania dla dwóch długości fal

Jeśli T0 to temperatura ciała doskonale czarnego, które emituje

promieniowanie o takim samym rozkładzie energii, jak badane, to

stosunek luminancji obu ciał dla dwóch wybranych długości fal 1 i 1 jest

stały:

Mierząc stosunek mocy ciała badanego (przy założeniu, ze jest „szare”)

dla dwóch długości fal (stosunek luminancji energetycznych badanego ciała

mierzy się zwykle dla 1=655nm i 1=470nm – nazywany jest ilorazem czerwono-

niebieskim) można wyznaczyć temperaturę rozkładu widmowego ciała

przez porównaniu tego stosunku z analogicznym dla ciała czarnego.

120

2

5

1

20

11exp

T

cTv



3) Wyznaczanie temperatury rozkładu widmowego na podstawie

stosunku mocy promieniowania dla dwóch długości fal – cd.

Stosunek luminancji energetycznych badanego ciała mierzy się

zwykle dla 1=655nm i 1=470nm – nazywany jest on ilorazem

czerwono-niebieskim.

12

2

2

1

11

,

,ln

11

C

TA

TA

TT C

fotometria i kolorymetria - if.pwr.edu.plwozniak/fotometria_pliki/fotometria_6.pdf · pomiary mogą...

Documents