積分球球內溫度對光通量測量值的影響

盧雍宇 黃偉均

（威凱檢測技術有限公司 廣州 510663）

引言

在日常試驗室設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果。在發(fā)現(xiàn)這個現(xiàn)象后，我們提出過不少假設，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溫度不同導致了測量的結果也有所不同。

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構。積分球測量光通量的基本原理是通過把積分球球內測試樣品發(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]。而積分球的基本結構包括一個圓球形的腔體，并在球腔內均勻的涂上反射系數(shù)接近1的材料涂層。并在積分球內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 積分球基本結構[2]

由于積分球內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?。因此球內溫度對傳感器不存在影響，而球內溫度?5～30 ℃下傳導衰減幾乎一致[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使用的反射涂層為硫酸鋇涂層，而硫酸鋇涂層對積分球內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，因此積分球球內溫度變化導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

排除了積分球球內溫度對測量系統(tǒng)的影響，那就只剩積分球球內溫度對測試樣品發(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對比分析，同時每種燈具將通過空調來控制積分球內達到不同的測試溫度，記錄測量時的球內溫度、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

通過控制空調的溫度來改變積分球外部溫度，從而影響積分球內部溫度，以達到控制積分球球內溫度的效果，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

同樣通過控制空調溫度來改變積分球求內溫度，并且記錄試驗數(shù)據(jù)前進行至少15 min或以上的預熱穩(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溫度來改變積分球球內溫度，并且記錄試驗數(shù)據(jù)前進行至少15 min或以上的預熱穩(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，總結數(shù)據(jù)如表6。

表5 LED燈不同球內溫度下的測量值

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)轉化為百分數(shù)形式。

表7 自鎮(zhèn)流熒光燈測量變量調整

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 %，因此可以忽略球內溫度對鎢絲燈的影響。同樣LED燈也與鎢絲燈的結果類似，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溫度變化對LED燈產(chǎn)生的影響[5]。

4 試驗結論

積分球內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溫度的變化而變化，這兩款燈具對積分球內溫度的變化并不敏感。

5 總結

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溫度對測量系統(tǒng)的影響，再結合三款燈具的測量結果可以知道受球內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溫度變化而變化的情況。