CN102692272B - 一种光度测量方法及可旋转的光度测量积分球装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种光度测量方法及可旋转的光度测量积分球装置，它是由两个小于整个球体一半的小半球球壳和中间连接框体构成的中空球体作为积分球进行光度测量，可根据灯或灯具不同的安装方式旋转积分球，可同时实现2π测量法和4π测量法。本发明结构更加稳固，测试环境更接近使用环境，性能测量更加精确。

Description

一种光度测量方法及可旋转的光度测量积分球装置

技术领域

本发明涉及一种光度测量方法及可旋转的光度测量积分球装置，属于光学测量装置技术领域。

背景技术

积分球是一种中空的球体，内壁涂有白色、均匀的漫反射层，对各种波长的入射光线具有高反射比，可对放置于其内部球心或球壁窗口上的光源进行光收集，通过球壁内表面多次漫射，在球壁上某一个位置测量光照信号，来测量光源的光通量或辐通量或光谱、色度等参数。因此被广泛用于各种光源、灯具测试，以及显示屏测试等，是光学测量领域的一种常用装置。

传统积分球由对称的两个半球体组合而成，在球壁上开孔用于安装光电探测器，测试灯安装在位于球心的灯架上，这种结构也称中心安装法或4π法结构。测试时为了装取灯，积分球的半个球壁可以打开。

另一种积分球称为侧面安装法或2π法结构，在球壁上除探测口外，至少还有一个开口用于安装测试灯或灯具，测量的光束从该窗口投射到积分球内，通常该出口处于积分球的侧面，开口面的法线处于水平方向，也有一些球体的测试灯或灯具的开口处于球体的顶部，灯具发光向下投射到积分球内。

也有一种积分球是可旋转的，正常工作时积分球是封闭的中空球体，通过两侧的旋转轴与支架连接，在球体的顶部有一开口用于安装灯或灯具，在球壁侧面有一隘口用于安装光电测量光纤或探头。尽管这种旋转积分球也能实现不同方向的测量目的，但存在以下不足：

1.侧面开口上安装的光纤和光电探测器会随着积分球旋转而改变位置和朝向，而光纤绕动或光电探测器和位置及方向改变都会明显影响测量精度。

2.测量灯的电源线及探测器引线均外露在球体的外表面，安全性和美观度不好。

3.不能同时实现2π和4π两种测量方法。

发明内容

为了实现被测发光体在不同安装角度下的准确测量，本发明提供了一种光度测量方法及可旋转的光度测量积分球装置，其测光口固定，且可同时实现2π和4π两种测量方法。本结构可以减少外部的干扰因素，结构更加稳固，测量更加精确。

本发明的技术方案：一种光度测量方法，其特点是：以两个小于整个球体一半的小半球球壳和中间连接框体构成的中空球体作为积分球进行光度测量，所述积分球的中间连接框体两侧设置有旋转轴，从而使积分球旋转到任意倾角，使测量灯或灯具的发光方向处于任意角度（朝下、一定的倾角及朝上等）位置，适用于不同安装方式的灯或灯具的光通量或辐通量或光谱、色度等参数的测试。

上述的光度测量方法中，积分球的光信号探测口设置在中间连接框体上，并且位于旋转轴线上。探测装置与光信号探测口相配合安装，使探测装置与支架相对静止。方便光电探测器或光纤的安装，探测装置位置固定，测量精度高。

前述的光度测量方法中，所述积分球有两种测试灯或灯具的安装方法：一种是中心安装法，积分球其中的一小半球球壳可绕着一固定轴旋转打开；球内有一装灯或灯具的连接杆，连接杆靠近球心的一端上可安装测量的灯或灯具；另一种是侧面安装法，在积分球的中间连接框体的顶面或底面的球壁上开有测试口，测量的灯或灯具安装于该球壁开口上，测量灯或灯具的发光朝向球内。当积分球旋转到不同角度时，测试灯可以处于不同的朝向方位进行测量。符合灯或灯具的测量要求。因此所述积分球既能实现2π法测量又能实现4π法测量，应用对象更广泛。

实现上述方法的一种可旋转的光度测量积分球装置，包括积分球、旋转轴、旋转驱动装置和支架，其特点是：所述积分球为内表面为球面的中空球体，包括两个小于整个球体一半的小半球球壳和位于两个小半球球壳之间的中间连接框体。两个小半球球壳和中间连接框体可以做成分体式连接结构，也可以做成一体式结构。所述积分球的中间连接框体两侧设有旋转轴，旋转轴至少有一侧与旋转驱动装置相连，使积分球可以绕旋转轴的轴线旋转，旋转轴固定在支架上。所述的中间连接框体的设置可以避免被测灯或灯具的第一次反射发生在积分球接缝处而影响测量精度，所述的中间连接框体的内侧球面与外侧球面之间是空腔，可以用于安装摄像头以监测球内灯的发光状态，以及安装对中激光装置等附属装置，也可方便球壁上的测试灯、探测器等电缆线的布置。而且通过中间连接框体的结构可以加强球体的强度。上述的可旋转的光度测量积分球装置中，所述积分球的两侧设有旋转轴，至少一侧的旋转轴与旋转驱动装置相连，使积分球可以绕旋转轴的轴线旋转。满足不同安装条件的灯或灯具测试。旋转驱动装置上有锁定装置，使积分球旋转到一定角度后锁紧固定，始终保持球体的密封性和安全性，保证测量的精度。

前述的可旋转的光度测量积分球装置中，所述的积分球的中间连接框体上开设有光信号测量口，用于探测装置的安装；所述的光信号测量口位于积分球的旋转轴的轴线上，探测装置与光信号测量口相配合安装，使探测装置与支架相对静止。光信号探测口位置不随球体的旋转而改变，减少了光电探测器及其导线因旋转可能产生的松动、弯曲等不利影响。且易与积分球旋转后的测试灯或灯具形成不同的相对角度，改善不同灯或灯具的测试安装条件。探测装置可以为光谱辐照度接收装置或光谱辐亮度接收装置；光谱辐照度接收装置可以是一个具有余弦响应的漫射透光片，也可以是一个小型的积分球，光谱辐照度接收装置将与安装位置对应的球壁上的接收到的光照信号传输给测量仪器；光谱辐亮度接收装置可以是一个光纤接收器，也可以是一个成像镜头，光谱辐亮度接收装置将与安装位置正对的球壁另外一侧的光照信号传输给测量仪器。

前述的可旋转的光度测量积分球装置中，所述积分球的中间连接框体上设有发光体安装口，用于测试灯或灯具的安装；发光体安装口的法线与旋转轴的轴线正交，并随积分球旋转，使被测发光体安装口分别处于积分球的从顶部到底部任意倾角的位置，适用于发光面朝下、一定倾角的侧面及朝上的任意安装角度的灯具测试。被测发光体安装口位于中间连接框体上，开孔更隐蔽，且可配置专门的密封盖，保证积分球外观的完整性和美观性。

前述的可旋转的光度测量积分球装置中，所述的中间连接框体外侧面是由八个正多边形面构成的连接框，需保证有两个平行侧面在水平方向，用以开孔作为测试灯安装口；保证有两个平行侧面在竖直方向，与水平方向的旋转轴垂直安装，方便积分球的旋转。此时中间连接框体的上下两个侧面处于水平方向、左右两个侧面处于竖直方向。所述的中间连接框体内可设有线槽空腔，用于安装线路的整理。避免了普通积分球的导线暴露在积分球外的不足，将导线整理在中间连接框体内，外形整洁美观。

前述的可旋转的光度测量积分球装置中，所述的两个小半球球壳，至少有一个可以打开，可由连杆装置控制开合，打开的开口面与旋转轴平行，但不重合。因为可打开的活动小半球球壳小于整个积分球的一半，所以这种结构的积分球开门轻巧，且开口面不在测试灯的正下方，可减少门缝的吸光影响。

前述的可旋转的光度测量积分球装置中，所述的发光体安装口与积分球的开口面互不干扰，积分球内有中心测光用的安装杆，测试灯具安装在安装杆靠近积分球中心的一端上；安装杆的另一端底座可固定在发光体安装口上，底座完全遮掩住该安装口的球壁缺口，且安装杆的底座和发光体安装口之间的连接可拆卸。这样有利于所述积分球进行2π或4π法测量时更换安装杆。所述的积分球可设有锁紧装置，使积分球翻转时保持闭合。锁紧装置可以是电动连杆装置、卡口锁或螺栓等。

前述的可旋转的光度测量积分球装置中，八角形的连接框体的宽度占积分球直径的1/3，可加固积分球的刚性，也方便测试灯具的安装。两侧小半球壳的弧面高度分别为积分球直径的1/3。

所述积分球上还开孔有摄像头安装孔，用来安装小型摄像头，这样便可通过显示屏来直接观察位于球壁安装口上或安装于积分球中心的测试灯具的发光状况。显示屏可安装在中间连接框体上。

旋转驱动装置由控制屏、单片机、驱动电机、电源等组成，可通过单片机的程序实现积分球的定位旋转，也可以通过控制屏手动操作进行旋转控制。主要是通过驱动电机驱动旋转轴按测量需求进行转动。

积分球转动时，为保证其密封性，积分球有锁紧装置，锁紧装置可以是电动连杆装置、卡口锁或螺栓等。旋转驱动装置上还装有锁定装置，使积分球旋转到一定角度后锁紧固定。还在旋转轴的一侧设置有角度仪，便于安装时或长时间的运行之后，对积分球旋转角度进行校准。

积分球内壁的白色涂层可涂覆有硫酸钡、氧化镁、聚四氟乙烯或喷砂的铝质材料，充分形成漫反射表面。为了防止发光体的光源直射到球壁测量区域上，在光信号测量区域的前端装有挡屏，且挡屏表面也涂覆白色涂层。

与现有技术相比，本发明具有的显著进步有：

1、本发明所述的可旋转的光度测量积分球装置可绕旋转轴旋转，实现发光体安装口处于积分球的顶端、一定倾角的侧面及底部等，适用于发光面朝下、一定倾角及朝上等不同角度的位置，能更准确地测试灯或灯具在不同安装条件下的光通量或辐射通量或光谱、色度等参数。

2、本发明所述的可旋转的光度测量积分球装置是由两个小于整个积分球一半的、对称的小半球球壳，以及中间连接框体三部分组成的中空积分球，可打开的活动积分球部分小于整个积分球的一半，这种结构的优点是开门轻巧，且门边不位于测试灯的正下方，可减少门缝的吸光影响，提高测量精度。

3、本发明所述的可旋转的光度测量积分球装置的中间连接框体加固了积分球的刚性，也方便被测发光体、光电探测装置等的安装；同时可将被测发光体的电源线等整理在中间连接框体的线槽内，避免了普通积分球的导线暴露在积分球外的缺陷，外形整洁美观。

4、本发明所述的可旋转的光度测量积分球装置可同时实现2π和4π法的测量。

5、本发明所述的可旋转的光度测量积分球装置的旋转可通过控制屏自动或手动控制。

附图说明

图1本发明的结构示意图；

图2是图1的俯视图；

图3本发明实施例的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步的说明，但并不作为对本发明限制的依据。

实施例。一种光度测量方法，以两个小于整个球体一半的小半球球壳和中间连接框体构成的中空球体作为积分球进行光度测量。所述小半球球壳至少一个可以打开，积分球的发光体安装口和光信号探测口设在在中间连接框体上，从而不会影响影响小半球球壳的开口面。在所述积分球的两侧设置旋转轴，使被测发光体安装口可以定位在任意倾角，从而使积分球适用于发光面朝下、一定倾角的侧面及朝上的不同安装角度的灯具的测试。

实现上述方法的一种可旋转的光度测量积分球装置，如图1和图2所示，主要由积分球1、旋转轴2、旋转驱动装置3、探测装置4和支架5组成，所述积分球1是由两个小于整个积分球一半的小半球球壳1-1和1-2，以及中间连接框体1-3三部分构成的中空积分球，中间连接框体1-3位于两个小半球球壳1-1和1-2之间。所述的中间连接框体1-3由八个大小相同多边形面构成的连接框。其中上下两个侧面与旋转轴2的轴线平行，上顶面开口有被测发光体安装口1-4，用于测试灯具9的安装。左右两个侧面至少有一个侧面与旋转轴2垂直，有利于积分球1的旋转；另一个侧面上开设有光信号测量口1-5，用于探测装置4的安装，所述的光信号测量口1-5位于积分球1的旋转轴2的轴线上，探测装置4与光信号测量口1-5相配合安装，而且探测装置4与支架5相对静止。

所述积分球1其中小半球球壳1-2与中间连接框体1-3安装成一体，其中一个小半球球壳1-1是可打开的，由连杆装置来控制开合，开口面与旋转轴线平行，但不重合，即开口面不位于测试灯具9的正下方。中间连接框体1-3内留有引线空腔，如图3所示，沿着积分球1到两侧的旋转轴2方向，有线槽1-7，可将电源线等埋藏在该线槽1-7内，整齐地梳理到积分球1之外，使积分球1旋转时不会绕线，外形整洁。连接框体1-3的俯视宽度占积分球直径的1/3，，两侧小半球壳1-1,1-2的弧面高度分别为积分球直径的1/3。这种结构可加固积分球的刚性，也方便测试灯具9的安装。

旋转轴2用于驱动积分球1的转动，旋转轴2安装在中间连接框体1-3与其垂直的两个侧面上。积分球两侧旋转轴2中，至少一侧旋转轴2-1与旋转驱动装置3相连，驱动积分球1可以绕旋轴线旋转±180°。在测试灯具9的安装或拆卸时，可根据需要将积分球1旋转至±180°内任意位置，方便操作。旋转驱动装置3上还装有锁定装置1-10，使积分球1旋转到一定角度后锁紧固定。

积分球1上开孔有被测发光体（灯或灯具等）安装口1-4、光信号测量口1-5和摄像头安装口1-6，分别用于测试灯具9、探测装置4和摄像头6的安装。其中被测发光体安装口1-4开口在连接框体1-3的顶面开口，则发光体安装口1-4的法线与旋转轴2的轴线正交。此外，根据不同测试灯具9的发光面朝下、一定倾角的侧面及朝上，旋转积分球1使测试时的发光体安装口1-4分别处于积分球1系统的顶端、一定倾角的侧面及底部，使用灵活。

光信号测量口1-5位于另一侧旋转轴2-2的中心轴线和积分球1的相交处，用于安装探测器4，测量测试灯具9的发光性能。探测装置4与支架5相对固定，不随积分球1的旋转而改变位置。探测装置4可以是光电探测器、光纤接收器，连接到光谱仪等其它仪器上，光学镜头将光成像到外部探测器上。

发光体安装口1-4和光信号探测口1-5因开口在中间连接框体1-3上，故与积分球1的开口面互不干扰，同时方便安装杆1-9的安装。安装杆1-9的底座可固定在发光体安装口1-4上，底座完全遮掩住该安装口1-4，且安装杆1-9可拆卸。

在上述发光体安装口1-4和探测口1-5的对面球壁上，即在积分球1的下部有一个摄像头开孔处1-6，用来安装小型摄像头6，这样便可通过显示屏来直接观察位于球壁安装口上或安装于积分球1中心的测试灯具9的发光状况，更直观可靠。

积分球1上还装有辅助灯8，用于进行测试时对比放入标准灯和放入待测灯的数据差异，进行补偿计算。

旋转驱动装置3由控制屏3-1、单片机3-2、驱动电机3-3、电源3-4等组成，可通过单片机3-2的程序实现积分球1的定位旋转，也可以通过控制屏3-1手动操作进行旋转控制。该装置主要是通过驱动电机3-3驱动旋转轴2按测量需求进行转动。操作方便，控制精度高。

积分球1转动时，为保证其密封性，积分球1有锁紧装置1-8，锁紧装置1-8可以是电动连杆装置、卡口锁或螺栓等。还在旋转轴2的一侧设置有角度仪10，便于安装时或长时间的运行之后，对积分球1旋转角度进行校准。

积分球1内壁的白色涂层涂覆有硫酸钡、氧化镁、聚四氟乙烯，或喷砂的铝质材料，充分形成漫反射表面。为了防止测试灯具9的光源直射到探测器4上，在光信号测量口1-5 的前端装有挡屏7，且挡屏7表面也涂覆白色涂层，减少对光测量的影响。

Claims (8)

1.一种光度测量方法，其特征在于：以两个小于整个球体一半的小半球球壳和中间连接框体构成的中空球体作为积分球进行光度测量，所述积分球的中间连接框体两侧设置有旋转轴，从而可以使积分球旋转到任意倾角，使测量灯或灯具的发光方向处于任意角度位置，适用于不同安装方式的灯或灯具的光通量、辐射通量或光谱的测试；所述积分球的光信号探测口设置在中间连接框体上，并且位于旋转轴线上。

2.根据权利要求1所述的光度测量方法，其特征在于，所述的积分球有两种测试灯或灯具的安装方法为：中心安装法，积分球其中的一小半球球壳可绕着一固定轴旋转打开，球内有一装灯或灯具的连接杆，连接杆靠近球心的一端上可安装测量的灯或灯具；或者是侧面安装法，在积分球的中间连接框体的顶面或底面的球壁上开有测试口，测量的灯或灯具安装于该球壁开口上，测量灯或灯具的发光朝向球内。

3.一种可旋转的光度测量积分球装置，包括积分球(1)、旋转轴(2)、旋转驱动装置(3)和支架(5)，其特征在于：所述积分球(1)包括两个小于整个球体一半的小半球球壳(1-1，1-2)和位于两个小半球球壳(1-1，1-2)之间的中间连接框体(1-3)；所述积分球(1)的中间连接框体（1-3）两侧设有旋转轴(2-1，2-2)，旋转轴(2-1，2-2)至少有一侧与旋转驱动装置(3)相连，使积分球(1)可以绕旋转轴（2）的轴线旋转，旋转轴（2）固定在支架（5）上；所述的积分球(1)的中间连接框体（1-3）上开设有光信号测量口(1-5)，用于探测装置(4)的安装；所述的光信号测量口(1-5)位于积分球（1）的旋转轴（2）的轴线上，探测装置（4）与光信号测量口（1-5）相配合安装，而且探测装置（4）与支架（5）相对静止。

4.根据权利要求3所述的可旋转的光度测量积分球装置，其特征在于：所述积分球（1）的中间连接框体（1-3）上设有发光体安装口(1-4)，用于测试灯具（9）的安装；发光体安装口（1-4）的法线与旋转轴（2）的轴线正交，并随积分球(1)旋转，使被测发光体安装口(1-4)分别处于积分球(1)的从顶部到底部任意倾角的位置，适用于发光面朝下、一定倾角的侧面及朝上的任意安装角度的灯具测试。

5.根据权利要求3所述的可旋转的光度测量积分球装置，其特征在于：所述的中间连接框体(1-3)的外侧面是由八个正多边形的面构成的连接框，连接框体（1-3）上下两个侧面处于水平方向、左右两个侧面处于竖直方向，旋转轴(2)与中间连接框体(1-3)的左右侧面安装，方便积分球(1)的旋转。

6.根据权利要求3所述的可旋转的光度测量积分球装置，其特征在于：所述的两个小半球球壳（1-1，1-2），至少有一个可以打开，打开的开口面与旋转轴（2）平行，但不重合。

7.根据权利要求4所述的可旋转的光度测量积分球装置，其特征在于：所述积分球（1）内有中心测光用的安装杆（1-9），测试灯具（9）安装在安装杆（1-9）靠近积分球（1）中心的一端上；安装杆（1-9）的另一端底座可固定在发光体安装口（1-4）上，底座完全遮掩住发光体安装口（1-4）的球壁缺口，且安装杆（1-9）的底座与发光体安装口（1-4）之间的连接可拆卸。

8.根据权利要求3所述的可旋转的光度测量积分球装置，其特征在于：所述连接框体（1-3）的宽度占积分球直径的1/3，两侧小

半球壳（1-1，1-2）的弧面高度分别占积分球直径的1/3。

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