积分球光通量测量不确定度分量说明[1]

　　测量不确定度评定的难点在于厘清测量系统的不确定度分量，不重复、不遗漏。本文结合CALiPER 流明测量不确定的说明，对积分球光通量测量系统的不确定度分量进行说明。

　　在不确定度的实际评定过程中，了解测量过程、测量系统的组成和原理是非常必要的。测量过程中包含的设备、仪器、环境和人员等因素都可能包含着对测量结果的不确定度贡献，因此，从系统的输入、处理、输出等三个阶段对测量系统进行分析，以测量过程为主线，可以得到测量不确定度的各个分量。

　　1.积分球光通量测量过程

　　在积分球的光通量测量过程中，首先需要检查系统的完好性，检查环境是否符合要求。然后积分球合上，关上内部所有光源，将系统归零，消除暗电流的影响。然后测量其自吸收系数，再用参考标准灯对系统进行标定，供电电源提供稳定的、合适的电流/电压，使稳定测量环境下的参考标准灯正常发光。产生的光在积分球中多次反射，在积分球的内球面上均匀分布。积分球的反射率越高，反射过程中损耗的能量也越少，同时，该反射层应对全波长均有较好的反应。积分球的球形误差也应控制在一定范围内。光度计利用光电效应的原理，在测量范围内其输出响应(电压或电流)能够与光通量成正比，将积分球某一单元面积内的光信号收集起来，转换成电信号，通过信号处理系统，计算给出相应的数值，老炼过的试验灯的测量亦是如此。最后通过两者数值的比以及参考标准灯的标定光通量和自吸收系数等参数，代入公式测得所需要的试验灯的光通量的值。

　　图 1 为积分球光通量测量系统的组成。

　　2.光通量计算公式

　　以下公式给出了光通量  的计算公式，公式较为完整的反映了各个影响因素。公式中下标R 代表参考标准灯，试验灯没有下标。

　　以下是对各个变量的说明。

　　1) R  ：参考标准灯的标定光通量，其值由校准证书给出。

　　2) R J ：参考标准灯的标定工作电流，其值由校准证书给出。

　　3) R U ：用于测量R J 的分流电阻R 上的电压值，其不确定度为A 类，需要通过多次测量获得。电阻R 的标称值和不确定度由校准证书给出。试验时，如果参考标准灯给出的是标定工作电流，标定时需要调节工作电流到标定工作电流，此时需要用电压表测量电路中分流电阻R 上的电压值，通过计算得到实际的工作电流。

　　4)U ：试验灯工作时的输入电压值。其不确定度需考虑供电电源提供电压的稳定性、调值的准确性、监控用电表的不确定度等因素。

　　5) 0 U ：试验灯的额定电压，例如220 V。试验灯工作时，一般情况下需要将工作电压调到额定电压，以获得灯的良好工作状态。

　　6) c ：电表校准常数，通常用标称值的分数表示，其值由电表校准证书给出。公式中的U c 是指用于测量试验灯工作电压时所用的电压表的校准常数。公式中的R c 是指用于测量分流电阻R 上的电压时所用的电压表的校准常数。

　　7) U m ：输入电压对光通量的影响。如果是白炽灯， U m 为4;自镇流紧凑型荧光灯或SSL 的光输出对输入电压的变化不敏感，可以忽略。

　　8) JR m ：电流对光通量的影响。对于在相关色温(CCT)接近2,856 K 下工作的白炽灯或卤素灯， JR m 为7。

　　注：理论上光输出与成正比，其中灯丝温度T 采用绝对温度。

　　9) y :灯在一个稳定的电流下工作时光度计测得的信号。其不确定度为A 类，需要通过多次测量获得。公式中的R y 是参考标准灯在标定工作电流下工作时光度计测得的信号。

　　注：自吸收系数α，是在辅助灯开的情况下，试验灯安装在积分球中但不开灯得到的流明相关信号A y ，与在辅助灯开的情况下，参考标准灯安装在积分球中但不开灯得到的流明相关信号AR y 的比，即，。它考虑的主要为灯的结构、表面材料等对光的反射和吸收等情况对测得信号的影响。