測量儀器

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

輻射計有特定的光譜感應，通常都會使用到光學濾鏡。這樣的光學濾鏡簡單可靠，并且行之有效。

輻射計在工業(yè)上的應用，主要包括輻射照度測量和輻射亮度測量。?如果計算從光源出來的輻射量，通常會用到輻射亮度。如

果關(guān)心的是曝光的級別，那么就要進行輻射照度或累積輻射照度的測量。

3.1.1 輻射計應用
輻射計通常使用在計算可見光普段外的輻射測量時，例如，紅外和紫外的測量。紫外線（UV）在各種工業(yè)應用中也是很常見的

，例如，

半導體制造中的光阻加工
印刷及制版中的乳劑加工
色彩牢固度測試
生物學應用
要使用輻射計進行UV 測量，無論輻射照度或輻射亮度測量，光譜感應（波長范圍和特征波長）應該和特定的應用相吻合。

除了UV 以外，紅外線測量也是輻射計測量的一個重要部分。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，

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

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

測量的情況，請參閱我們出版的《溫度測量漫談》。

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

到幾何學的測量，光通量計和光強計應用并不廣泛，如果要使用，也需要根據(jù)特定的應用領(lǐng)域而定制。

輻射計和光度計基本的區(qū)別，是后者必須以CIE標準觀察者的特性去測量光。也就是說，光度計的光譜感應必須要吻合CIE

標準光度函數(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度。但是，它與Vλ之間還是有一定的偏離的，對于精

確的光度測量不是非常適合，通常運用在自動光開關(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

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

CIE 意識到，需要建立一套有效且國際化的應用方法來標識光度計傳感器的質(zhì)量等級。因此，建立了f1值。f1值指的是一個百

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
3.2.2 校準方法
除了f1值外，光度計的校準方法也是決定儀器是否適合特定應用領(lǐng)域的一個重要因素。例如，對于一臺f1值相對較大的光度計

，只要校準用的標準燈和被測光源相類似時，也能夠得到很精確的結(jié)果。

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

源至國家標準實驗室/國家標準機構(gòu)。光度計校準時，其顯示結(jié)果會被調(diào)整至和標準燈輸出一致。第二種校準方法是使用標準

檢測儀。這樣的檢測儀有內(nèi)建的，完美吻合CIEVλ曲線的傳感器。用這樣的校準方法，仍舊需要一盞標準燈，輸出可以調(diào)節(jié)但

必須要穩(wěn)定。先用標準檢測儀測量標準燈的輸出，然后用待校光度計測量，調(diào)整至標準檢測儀測量到的相同數(shù)值。當然，這些

標準檢測儀也要被驗證并可溯源至國家標準。

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，校準時所用燈的色溫是很關(guān)鍵的

。當大多數(shù)的光度計以鎢絲燈作校準時，用來測量白熾燈、鹵素燈和太陽光時能得到精確的值。但是，測量單色光和窄帶輻射

體，例如，藍色和白色LED時不是非常適合。測量氣體放電燈，例如，冷光燈，會在可見光譜區(qū)內(nèi)顯示清晰的特征波峰。

因此，現(xiàn)在的光度計為了彌補傳感器的光譜敏感度和CIE標準光度函數(shù)曲線Vλ之間的誤差，都有一個相對應的色彩修正系數(shù)，

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

，由輻射計測量的數(shù)據(jù)）轉(zhuǎn)換為光度計數(shù)據(jù)的簡單有效的方法。CCF也可被作為用戶校準的特性參數(shù)，尤其是需要室內(nèi)標準

溯源時更有實際使用價值。

3.2 光度計
3.2.3 光度計應用
在光的測量中，有很多量可以被測量。不足為奇，光度計的不當選用是造成測量錯誤的一個主要原因。對于多數(shù)使用者而言，

進行有效的光度測量的障礙是缺少光度測量的相關(guān)知識，尤其是想在光度單位間進行轉(zhuǎn)換會導致基本的錯誤。例如，遇到的

常見的錯誤，是試圖使用照度計（lumen/m2）去測量光通量（lumen），或者，是想用亮度計（candela/m2）去測量光強

（candela）。

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

3.2.3.1 亮度計
亮度計用來測量光源發(fā)射出的可見光譜段能量。因為亮度是具有方向性的，為了更方便的進行測量結(jié)果的溝通交流，在測量時

，必須要明確儀器的測量角，測量區(qū)域和對于光源的測量幾何結(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，所以上述的這些測量因素都是相當重要的。

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

制，以避免測量到微小角度偏差而出現(xiàn)的不必要光線。

亮度測量對產(chǎn)品質(zhì)量很重要，如交通信號燈，電視屏幕和汽車尾燈。

3.2 光度計
3.2.3.2 照度計
照度計是用來測量落在某物體表面的可見光能量的儀器。照度測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

量面上某處的光線應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，許多照度計并不嚴

格按照余弦法則去接收光線。

余弦感應特性通過在傳感器和濾鏡上覆蓋余弦修正漫射罩來實現(xiàn)。需要注意的是，因為系統(tǒng)幾何結(jié)構(gòu)的差異，會產(chǎn)生不同的余

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