光的測量法

孟霞 萬建美

摘? 要：準確測量豬接收到的光量非常重要，本文詳細介紹了3種測量方法，即光能測量法、輻射光測量法和光子計數法。測量時光探測器的擺放位置至關重要，需考慮到整個生產區光強度的空間變異性和燈光位置。

關鍵詞：光;豬舍;測量

中圖分類號：S815 文獻標志碼：C 文章編號：1001-0769（2021）01-0004-03

在測定參數時，使用與最終報告數值相關的單位很重要。例如，如果一棟建筑的價格以元/m2為單位，那么以英尺和英寸計算面積就可能在單位轉換時產生不準確的結果。盡管不同單位可以相互轉換，但應盡可能避免出現這種情況。對不同單位的光進行轉換非常復雜，因為它們依賴于光譜。單位轉換不準確可能會產生一些錯誤，甚至會嚴重影響最終的結果。

1? 光的測量法：流明和勒克斯

大多數人工照明系統是根據人類的視覺開發的，因此，大多數技術數據是用基于人眼的光度學術語報道的。光通量（也稱為“光功率”）用流明來表示，它是指一盞燈（向各個方向發出的光）能被人眼探測到的總輸出量。燈具的能源效率通常稱為“光視效能（luminous efficacy）”，單位為流明/瓦（lm/W）。流明在定義燈具的總輸出量和效率時非常有用，但在大多數實際用途中，使用到達某一個物體表面的光量（如豬圈接收到的光強度）更切合，這需要考慮燈反射器的設計和效率，以及所安裝燈的數量和間距。

照明度是光射到某一物體表面的度量標準，單位為勒克斯（Lux），特指光在每平方米上的流明數（1 Lux=l lm/m2）。測量流明或勒克斯的儀器設計為對不同區段的電磁光譜具有與人眼相同的靈敏度（圖1），人眼對綠光（波長約550 nm）最敏感。

2? 輻射光測量法：輻照明度（W/m2）

人造光源通常以光度學術語（流明和勒克斯）來定義，但太陽光通常用輻射度術語來表示，用來衡量太陽光所包含的能量。照明度的輻射對應詞是輻照度（有時稱為“輻射通量 密度”）。

該值可以估測射到某一物體表面的光量，單位為瓦特/平方米（W/m2）或瓦特/平方厘米（W/cm2）。盡管光度傳感器的光譜靈敏度是按眼睛的光譜響應定義的，但并非所有輻射度傳感器都可對同一波長進行測量。許多常用的傳感器可以測量太陽光的全部光譜（稱為“總輻射”）。盡管傳感器可以在自然光層面上提供有用的數據，但是在比較日光與人造光源時，這些傳感器的作用有限。

3? 光子計數法：光子輻照度[μmol/（m2·s）]

測量光的第三種方法是計算到達某一物體表面的光子數——在此稱為光子輻照度。這測量以每平方米每秒的微摩爾數[μmol/（m2·s）]為單位。這種類型的可用傳感器通常用于測量波長介于400 nm～700 nm的光，它們通常稱為光合有效輻射（Photosynthetically active radiation，PAR）或光合光子流量密度（Photosynthetic photon flux density，PPFD）傳感器，這些儀器已被用于農作物生產。由于波長范圍與人和豬的視覺范圍相似，這些測量設備可能仍有用。該測量方法還可以量化每個波段中提供的光量（即藍光、綠光和紅光的量）。

4? 測量豬的可視光時使用的單位

如果測量豬的可視光的目的是為養豬生產創造一個均勻的光照環境，那么所有種類的傳感器都非常有用。勒克斯（Lux）表的價格通常較低，因此在沒有更理想的測定設備的情況下，該設備可能最具成本效益。然而，這些測量系統不是根據豬的視覺設計的，因此無法提供理想的解決方案，每一種測量方法都有優點和缺點。

勒克斯（Lux）測量法根據人眼察覺光的方式，應用生物學加權函數和可視光譜綠色區域中的最大靈敏度實現測量。與人眼相比，豬的眼睛對可視光譜的藍色區域更敏感，這表明以勒克斯為單位的測量法可能會低估豬可察覺的光。

輻照度測量法和光子輻照度測量法根據的是光的物理特性，兩者都沒有向測定值提供以豬為中心的有傾向性的觀點。這些傳感器可以探測人或豬看不到的光線，所以在購買前應該檢查一下光譜范圍。能夠測量波長介于? ? 400 nm～700 nm的光的傳感器最合適。

對于光子輻照度測量法，可見光譜所有區域的比重是完全相同的（紅色光子的計數與藍色光子的計數相同），因此可以為燈的總發光量提供一個有用的估測值。然而，這種方法很可能會高估用于視覺的紅光和藍光的數量。

進一步的研究可能有助于確定一個最適合豬視覺的光譜，屆時有可能創建出一種新的測量標準，暫時將其稱為“pig-lux”。利用可以測量PPFD的設備，并在藍光、綠光和紅外線波段之間“分割”測量結果，可能提供一種確定有多少可用光到達豬眼的過渡方法。

5? 如何測量光

在測量光時，所有光探測器應與地板平行放置——請勿將光探測器指向光源，因為這會高估所測光的強度。理想情況下，應測量與豬的頭部等高水平的光。測量時要避免遮擋光探測器，應該將光探測器安裝在三腳架上，檢測員遠離光探測器或低于光探測器的高度，以使光探測器能夠檢測到所有向下的光線。測量時應考慮整個生產區光強度的空間變異性和燈光位置。測量應該在整個感興趣區域上以網格圖形方式進行，或者沿著橫穿整個感興趣區域的樣線進行。通常情況下，測量的區域和次數越多，對光的均勻性/可變性的描述越詳細。作為一個粗略的估計，要評估兩個相鄰燈之間的光強度演變情況，應在兩個燈之間的一條線上按等距離方式選擇5個測量點測定，第一個和最后一個測量點應直接位于燈下方（圖2）。

原題名：Lighting in pig buildings： the principles（英文）

原作者：Phillip Davis、Nina Wainwright、Sandra Edwards和AHDB