CN202274926U - 司辰视觉光通量测量装置 - Google Patents

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Abstract

本实用新型提供了一种 司辰视觉光通量测量装置， 由 积分球，灯座，照度计，光谱仪，光纤，电子计算机，数据传输线，挡板和恒流电源组成，灯座通过电线与恒流电源相连，灯座设置在积分球内的中心位置，光纤的一端由积分球一边的上半部开孔的积分球内壁引出，引出光纤端的端面与积分球内壁平齐，光纤另一端与光谱仪的光输入端口相连，照度计的探头设置在积分球一边的下半部开孔内，照度计探头端面与积分球内壁平齐，积分球内照度计探头前设置有挡板，光谱仪和照度计分别通过数据传输线与 电子计算机相连。 本实用新型的 司辰视觉光通量测量装置 进一步扩大了光通量的测量范围， 并且结构简单、易于制造、测量操作方便易行。

Description

司辰视觉光通量测量装置
技术领域
本实用新型涉及红外光、可见光、紫外光的强度的测量，特别是指一种测量司辰视觉下光源光通量的司辰视觉光通量测量装置。
背景技术
在环境亮度大于3Cd/m2时，人眼主要由视锥细胞获得视觉，为明视觉；环境亮度在0.001Cd/m2以下时，人眼主要由视杆细胞获得视觉，为暗视觉；在0.001Cd/m2到3Cd/m2之间，人眼由视锥细胞和视杆细胞共同获得视觉，为中间视觉。国际照明委员会CIE已公布了明视觉、暗视觉和中间视觉下人眼的光谱灵敏度。2002年，美国布朗大学的戴维·波森发现了第三种感光细胞，即视网膜上的神经结细胞，它对人眼视觉没有作用，但是影响了人的生物节律和强度，并且影响人眼瞳的大小，这种效应称为司辰视觉(Cirtopic Vision)，其光谱灵敏度曲线峰值波长位于约490nm附近，最大光谱光效能为3616 lm/W。
目前市场上的光通量测量仪器一般是根据国际照明委员会CIE规定的明视觉光度学标准设计的，实验室也有暗视觉和中间视觉下测量光通量的仪器，但是，这些测量都不能反映出光源对人眼第三种感光细胞的光功效，因此有必要设计司辰视觉光通量测量仪器装置。
发明内容
本实用新型所要解决的技术问题就在于针对现有光通量测量仪器都不能反映出光源对人眼第三种感光细胞的光功效的状况，提供一种采用光谱仪与照度计相结合结构并通过计算机进行处理计算的司辰视觉光通量测量装置。
本实用新型的司辰视觉光通量测量装置由积分球，灯座，照度计，光谱仪，光纤，电子计算机，数据传输线，挡板和恒流电源组成，灯座通过电线与恒流电源相连，灯座设置在积分球内的中心位置，光纤的一端由积分球一边的上半部开孔的积分球内壁引出，引出光纤端的端面与积分球内壁平齐，光纤另一端与光谱仪的光输入端口相连，照度计的探头设置在积分球一边的下半部开孔内，照度计探头端面与积分球内壁平齐，积分球内照度计探头前设置有挡板，光谱仪和照度计分别通过数据传输线与电子计算机相连。
灯座应同时适合标准光源和待测光源。标准光源是指在规定电流下，光通量为一定值的光源；标准光源必须具有良好的时间稳定性和光谱丰富性，本实用新型的标准光源采用BDX-3、BDX-4、BDX-6、BDX-7四种标准灯，依据待测光源的光通量水平选择不同的标准灯，具体对应关系如下：
标准灯 待测光源光通量（lm）
BDX-3 50左右
BDX-4 100左右
BDX-6 400左右
BDX-7 700左右及其以上
光谱仪的作用是测量归一化光功率谱，可以选择由单色仪和光电探测器组成的机械扫描式光谱仪，也可以选择有阵列探测器作为光电转换器的快速光谱仪，测试波长范围应包括330～780nm。照度计为明视觉照度计，其光谱灵敏度与国际照明委员会CIE规定的明视觉光谱灵敏度V(λ)相匹配，匹配误差小于3%。积分球为一个球体，其内壁涂白色漫反射层，球内壁各点的漫反射是均匀的，服从朗伯定律，积分球的内径有φ1m和φ2m两种，一般车辆照明灯具用内径为φ1m的积分球，其他照明灯具用内径为φ2m积分球。设置挡板主要是挡住光源直射到照度计上的光，挡板的中心在球心与照度计的探头连线上，距离球心0.66倍的积分球内半径处，挡板成圆形，半径为0.1倍的积分球内半径。光纤和数据传输线的长度在2到10米之间。光纤为多模光纤，外径φ125微米，芯径φ15到50微米。连接光谱仪的数据传输线的输出端为USB2.0型，输入端端口型号与光谱仪输出端型号相同。连接照度计的数据传输线的输出端为USB2.0型，输入端端口型号与照度计输出端型号相同。
当本实用新型的司辰视觉光通量测量装置进行测量时，测量司辰视觉光通量的方法如下：
①测量待测光源的明视觉光通量
定标：将标准光源装入积分球中的灯座，接通电源将标准光源点亮，并使稳定工作时电流为该标准光源的额定电流。用照度计测量照度E1并将结果送至电子计算机，断开电源，取下标准光源；
测量：将待测光源装入积分球中的灯座，接通电源将待测光源点亮，并使稳定工作时电流为该待测光源的额定电流。用照度计测量照度E2后将结果送至电子计算机。
计算：标准光源的光通量                                               
Figure DEST_PATH_IMAGE002
和待测光源的光通量
Figure DEST_PATH_IMAGE004
之比与E1/E2相等，因此：
    （1）
电子计算机通过软件按上式计算出结果。
②保持待测光源在额定电流下稳定工作，用光谱仪测量待测光源的相对光功率谱，并送至电子计算机。
③根据相对光功率谱和明视觉光通量，计算机软件计算出待测光源的绝对光功率谱
Figure DEST_PATH_IMAGE008
，计算方法是，绝对光功率谱
Figure 568020DEST_PATH_IMAGE008
与相对光功率
Figure DEST_PATH_IMAGE010
谱呈线性关系：
Figure DEST_PATH_IMAGE012
 （2）
式中：k为待定常数。
再由计算机软件计算光源的光通量：
Figure DEST_PATH_IMAGE014
 （3）
式中：
Figure DEST_PATH_IMAGE016
为明视觉最大光谱光视效率，为631 lm/w, 
Figure DEST_PATH_IMAGE018
一般取380nm和780nm, 为明视觉光谱灵敏度。
联立（2）、（3）两式，可以计算出k，代入（2），可以得到绝对光功率谱。
然后由计算机软件将绝对光功率谱
Figure 451848DEST_PATH_IMAGE008
乘以归一化司辰视觉光谱灵敏度，积分并乘以系数
Figure DEST_PATH_IMAGE024
，就得到待测光源的司辰视觉光通量，公式如下：
Figure DEST_PATH_IMAGE026
      （4）
式中，
Figure 909374DEST_PATH_IMAGE024
为司辰视觉的最大光谱光效率，值为3616 lm/W。
本实用新型的司辰视觉光通量测量装置采用计算机进行处理、计算和测量司辰视觉光通量，工作程序过程如下：开机 → 启动计算程序→装上标准光源→获取照度→断开电源→将标准光源换为待测光源→获取照度→计算待测光源的光通量→获取待测光源的相对光功率谱→计算出待测光源的绝对光功率谱→从内存读入归一化司辰视觉光谱灵敏度和系数
Figure 608526DEST_PATH_IMAGE024
→计算司辰视觉光通量。
本实用新型的优点就在于采用光谱仪与照度计相结合结构并通过计算机处理计算完成司辰视觉光通量的测量，使对光源光通量的测量不仅具有明视觉、暗视觉以及中间视觉的光通量测量仪器，而且增加了新的司辰视觉光通量测量仪器装置，进一步扩大了光通量的测量范围，适应了技术发展的需要。本实用新型的司辰视觉光通量测量装置结构简单、易于制造并且测量操作方便易行。 因而本实用新型的司辰视觉光通量测量装置具有很好的推广应用前景。
附图说明
以下结合附图对本实用新型做进一步的说明；
图1是本实用新型司辰视觉光通量测量装置的结构示意图； 
图2是本实用新型司辰视觉光通量测量装置的计算机软件工作程序的方框流程图； 
图3是分别表示司辰视觉光谱灵敏度Ve和CIE明视觉光谱灵敏度V以及暗视觉光谱灵敏度的曲线示意图。
参照附图1：1、积分球，2、灯座，3、照度计，4、光谱仪，5、光纤，6、电子计算机， 7-1～2、数据传输线，8、挡板，9、恒流电源。
具体实施方式
以下是本实用新型的实施例，本实用新型的实际使用并不局限于实施例。
实施例1，司辰视觉光通量测量装置
采用本实用新型结构的司辰视觉光通量测量装置，选用标准光源BDX-7和明视觉光通量约1000lm的LED球形灯泡分别作为标准光源和待测光源。
参阅附图，如图1，司辰视觉光通量测量装置由积分球1，灯座2，照度计3，光谱仪4，光纤5，电子计算机6，数据传输线7-1～2，挡板8和恒流电源9组成，灯座2通过电线与恒流电源9相连，灯座2设置在积分球1内的中心位置，光纤5的一端由积分球一边的上半部开孔的积分球内壁引出，引出光纤端的端面与积分球内壁平齐，光纤5另一端与光谱仪4的光输入端口相连，照度计3的探头设置在积分球一边的下半部开孔内，照度计探头端面与积分球内壁平齐，积分球内照度计探头前设置有挡板8，光谱计4和照度计3分别通过数据传输线7-1～2与电子计算机6相连。
光谱仪由单色仪和光电探测器组成的机械扫描式光谱仪，测试波长范围200～1000nm，测量间隔1nm,有USB2.0型输出接口。 
照度计为明视觉照度计，其光谱灵敏度与国际照明委员会CIE规定的明视觉光谱灵敏度V(λ)相匹配，匹配误差小于3%,照度计有USB2.0输出接口。
积分球为一个球体，其内壁涂白色漫反射层，球内壁各点的漫反射是均匀的，服从朗伯定律，积分球内直径为φ2m。挡板的中心在球心与照度计的探头连线上，距离球心0.66米，挡板成圆形，直径为0.2米。
光纤和数据传输线的长度均为3米；光纤为多模光纤，直径φ125微米，芯径φ50微米，数据传输线7-1~2的输入端端口和输出端端口均为USB2.0型.
电子计算机配置：CPU:1.86G, 内存：1G，硬盘：40G，操作系统Windows XP。
当司辰视觉光通量测量装置进行测量时，测量过程如下：
接通电脑电源，光谱仪电源，照度计电源，使装置处于待测状态。启动软件，通过软件控制，依次完成以下操作：
①测量待测光源的明视觉光通量
定标：将标准光源装入积分球中的灯座，接通电源将标准光源点亮，并使稳定工作时电流为该标准光源的额定电流。用照度计测量照度E1并将结果送至电子计算机，断开电源，取下标准光源；
测量：将待测光源装入积分球中的灯座，接通电源将待测光源点亮，并使稳定工作时电流为该待测光源的额定电流。用照度计测量照度E2后将结果送至电子计算机。
计算：标准光源的光通量
Figure 937876DEST_PATH_IMAGE002
和待测光源的光通量
Figure 136776DEST_PATH_IMAGE004
之比与E1/E2相等，因此：
      
Figure 805655DEST_PATH_IMAGE006
    （1）
电子计算机通过软件按上式计算出结果。
②保持待测光源在额定电流下稳定工作，用光谱仪测量待测光源的相对光功率谱，并送至电子计算机。
③根据相对光功率谱和明视觉光通量，计算机软件计算出待测光源的绝对光功率谱，计算方法是，绝对光功率谱
Figure 615665DEST_PATH_IMAGE008
与相对光功率
Figure 352677DEST_PATH_IMAGE010
谱呈线性关系：
Figure 938379DEST_PATH_IMAGE012
 （2）
式中：k为待定常数。
再由计算机软件计算光源的光通量：
Figure 368224DEST_PATH_IMAGE014
 （3）
式中：
Figure 609849DEST_PATH_IMAGE016
为明视觉最大光谱光视效率，为631 lm/w, 
Figure 947289DEST_PATH_IMAGE018
取380nm和780nm, 
Figure 590760DEST_PATH_IMAGE020
为明视觉光谱灵敏度。
联立（2）、（3）两式，可以计算出k，代入（2），得到绝对光功率谱。
然后由计算机软件将绝对光功率谱
Figure 717165DEST_PATH_IMAGE008
乘以归一化司辰视觉光谱灵敏度
Figure 795980DEST_PATH_IMAGE022
，积分并乘以系数
Figure 356274DEST_PATH_IMAGE024
，就得到待测光源的司辰视觉光通量，公式如下：
Figure 127921DEST_PATH_IMAGE026
      （4）
式中，
Figure 78559DEST_PATH_IMAGE024
为司辰视觉的最大光谱光效率，值为3616 lm/W。
如图3，分别给出了司辰视觉光谱灵敏度Ve和CIE明视觉光谱灵敏度V以及暗视觉光谱灵敏度的曲线。
如图2，提供了计算机软件工作程序的方框流程图。司辰视觉光通量测量装置通过计算机进行处理计算测量司辰视觉光通量，工作程序过程如下：开机 → 启动计算程序→装上标准光源→获取照度→断开电源→将标准光源换为待测光源→获取照度→计算待测光源的光通量→获取待测光源的相对光功率谱→计算出待测光源的绝对光功率谱→从内存读入归一化司辰视觉光谱灵敏度
Figure 375866DEST_PATH_IMAGE022
和系数
Figure 380731DEST_PATH_IMAGE024
→计算司晨视觉光通量。
使用本实用新型的司辰视觉光通量测量装置进行司辰视觉光通量的测量，使用效果良好。

Claims (10)

1.一种司辰视觉光通量测量装置，其特征在于由积分球，灯座，照度计，光谱仪，光纤，电子计算机，数据传输线，挡板和恒流电源组成，灯座通过电线与恒流电源相连，灯座设置在积分球内的中心位置，光纤的一端由积分球一边的上半部开孔的积分球内壁引出，引出光纤端的端面与积分球内壁平齐，光纤另一端与光谱仪的光输入端口相连，照度计的探头设置在积分球一边的下半部开孔内，照度计探头端面与积分球内壁平齐，积分球内照度计探头前设置有挡板，光谱仪和照度计分别通过数据传输线与电子计算机相连。
2.根据权利要求1所述的司辰视觉光通量测量装置，其特征在于灯座同时适合标准光源和待测光源，标准光源采用BDX-3标准灯。
3.根据权利要求1所述的司辰视觉光通量测量装置，其特征在于灯座同时适合标准光源和待测光源，标准光源采用BDX-4标准灯。
4.根据权利要求1所述的司辰视觉光通量测量装置，其特征在于灯座同时适合标准光源和待测光源，标准光源采用BDX-6标准灯。
5.根据权利要求1所述的司辰视觉光通量测量装置，其特征在于灯座同时适合标准光源和待测光源，标准光源采用BDX-7标准灯。
6.根据权利要求1所述的司辰视觉光通量测量装置，其特征在于光谱仪选择由单色仪和光电探测器组成的机械扫描式光谱仪，测试波长范围包括330～780nm；照度计光谱灵敏度与国际照明委员会CIE规定的明视觉光谱灵敏度V(λ)相匹配，匹配误差小于3%。
7.根据权利要求1所述的司辰视觉光通量测量装置，其特征在于光谱仪选择有阵列探测器作为光电转换器的快速光谱仪，测试波长范围包括330～780nm；照度计光谱灵敏度与国际照明委员会CIE规定的明视觉光谱灵敏度V(λ)相匹配，匹配误差小于3%。
8.根据权利要求1所述的司辰视觉光通量测量装置，其特征在于积分球内壁涂白色漫反射层，积分球的内径为φ1m。
9.根据权利要求1所述的司辰视觉光通量测量装置，其特征在于积分球内壁涂白色漫反射层，积分球的内径为φ2m。
10.根据权利要求1所述的司辰视觉光通量测量装置，其特征在于光纤和数据传输线的长度为2到10米；其中光纤为多模光纤，外径φ125微米，芯径φ15到50微米。
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