Fotometria i kolorymetria

Transkrypt

1 6. Podstawowe pomiary radio- i fotometryczne (pomiar światłości, luminancji, wyznaczanie przestrzennego rozkładu światła; pomiar strumienia świetlnego; fizyczny pomiar natężenia oświetlenia; pomiar temperatury rozkładu widmowego). Miejsce konsultacji: pokój 18/11 bud. A-1; terminy: patrz strona www

2 Pomiar światłości PRZYPOMNIENIE: Światłość (natężenie źródła światła, luminous intensity) to strumień świetlny wysyłany w pewnym kącie bryłowym I d d Światłość możemy wyznaczyć metodami wzrokowymi i fizycznymi. Pomiary wzrokowe odbywają się na ławie fotometrycznej (do osłabiania światła stosujemy prawo odwrotności kwadratów) albo za pomocą fotometrów przenośnych.

3 Pomiar światłości 1. Pomiar na ławie fotometrycznej Pomiar może być wykonany różnymi metodami, najczęściej metodą bezpośrednią oraz podstawienia.

4 Pomiar światłości 1. Pomiar na ławie fotometrycznej cd. Pomiar metodą bezpośrednią zakłada, że zarówno lampa o znanej światłości(n) jak i lampa mierzona (X) znajdują się na obu końcach ławy, a pomiędzy nimi przesuwany jest wózek z (obrotową JAK i CZEMU?) głowicą fotometryczną. N r N Równość luminancji obu lamp: d LN L X oznacza równość natężeń oświetlenia obu powierzchni ekranu gipsowego głowicy, a więc natężenia oświetlenia obu połówek pola widzenia wynosi: a na podstawie prawa odległości: co dla jednakowych N, X I r r X I N X N 2 2 N rx daje ostatecznie: X I X X I N r r 2 X 2 N E N I N, X N N r 2 X - wsp. odbicia E d r 2 X X X

5 Pomiar światłości 1. Pomiar na ławie fotometrycznej cd. Pomiar metodą bezpośrednią może być obarczony błędem niesymetrii głowicy optycznej, wynikającym z różnic współczynnika odbicia obu powierzchni płytki fotometrycznej. Można je wyeliminować stosując metodę podstawienia. Przy tej metodzie oprócz lampy mierzonej (X) i wzorcowej (N) używa się dodatkowej lampy porównawczej (V), która powinna mieć stałą, choć niekoniecznie znaną, wartość światłości. V r VX,r VN d r X,r N X,N Lampę V ustawia się z jednej strony ławy, a z drugiej kolejno lampy X i N. Światłość I X można obliczyć wtedy ze wzoru: I X I N r r 2 X 2 VX r r 2 VN 2 N I N r 2 X d r X 2 d r r N 2 N 2

6 Pomiar światłości 1. Pomiar na ławie fotometrycznej cd. Pomiar metodą podstawienia upraszcza się, gdy odległość między głowicą fotometryczną a jedną z lamp (V, X lub N) jest stała. a) Lampa V połączona z głowicą, obie przesuwane 2 I I X N r r X 2 N V r N,r X X,N b) Lampa V i głowica stałe, lampy X i N przesuwane I I X N r r 2 X 2 N V r N,r X X,N c) Lampy N i X oraz głowica stałe, lampy V przesuwana I I X N r r 2 VN 2 VX V r VX,r VN X,N

7 Pomiar światłości 2. Pomiar za pomocą przenośnego fotometru wzrokowego Wykorzystując metodę podstawienia, można za pomocą takiego fotometru wykonać niemal wszystkie pomiary.

8 Pomiar światłości 2. Pomiar za pomocą przenośnego fotometru wzrokowego cd. Fotometry przenośne wyróżniają się przede wszystkim urządzeniem osłabiającym światło. Tutaj są to rozpraszające folie (albo płytka za szkła mlecznego), przesuwne względem lampy porównawczej, których położenie odczytuje się na podziałce (i stosuje prawo odległości). Dodatkowe filtry szare umożliwiają zmianę zakresu pomiarowego.

9 Pomiar światłości 2. Pomiar za pomocą przenośnego fotometru wzrokowego cd. Mały fotometr uniwersalny Bechsteina przykład zastosowania przesłon jako metody osłabiania: przesłona filtr upodobnienia barw filtr nieselektywne zakresowe układ płytek ze szkła mlecznego i niebieskiego lampa porównawcza sektorowe urządzenie pomiarowe

10 Pomiar światłości Źródła błędów przy pomiarze światłości 1. Błędy pochodzące od światła obcego (w tym rozproszone światło od lamp, używanych w pomiarze). Rozwiązanie: użycie ekranów przesłaniających (zwykle pokrytych czarnym aksamitem). wnęka do pochłaniania światła wstecznego

11 Pomiar światłości Źródła błędów przy pomiarze światłości cd. 2. Dokładność odczytu odległości Trywialne: ponieważ odległość występuje w prawie odległości w kwadracie, to jej wpływ na błąd pomiaru światłości jest równy: di I 2 dr r Przykład: dla zadanego błędu względnego pomiaru światłości 0,5%: 5 mm 2000 mm

12 Pomiar światłości Źródła błędów przy pomiarze światłości cd. 3. Inne źródła błędów: a) Błąd wynikający z przekręcenia głowicy fotometrycznej płaszczyzna ekranu głowicy powinna być prostopadła do osi optycznej. b) Błąd wynikający z grubości ekranu wózek fotometru nie leży w tej samej płaszczyźnie, co obie powierzchnie ekranu. Ogólnie: łatwe do korekcji, wpływ pomijalny.

13 Pomiar światłości 3. Pomiar światłości metodą fizyczną Pomiar może być wykonany metodą odchyłową i zrównania. Pomiar metodą odchyłową zakłada oczywiście, że pomiędzy prądami fotoelektrycznymi (lub inna wielkością elektryczną) a dochodzącymi do odbiornika strumieniami świetlnymi (a tym samym także światłościami) istnieje zależność liniowa: światłości I I X N I I fx fn prądy Aby uniezależnić się od odchyleń od proporcjonalności wskazań urządzeń pomiarowych, zalecane jest stosowanie metody zrównania.

14 Pomiar luminancji PRZYPOMNIENIE: Luminancja L danego elementu ds powierzchni świecącej w danym kierunku to stosunek światłości I do pola powierzchni prostopadłej do danego kierunku: L di ds cos d dds cos Luminancja jest zależna (z wyjątkiem przypadku rozpraszania równomiernego) od kierunku, pod którym świecący element powierzchni jest obserwowany, natomiast nie jest zależna od odległości płaszczyzny obserwacji. Luminancję można mierzyć bezpośrednio, tzn. przez bezpośrednie porównanie ze znaną luminancją, lub pośrednio czyli wyznaczając inną wielkość fotometryczną stosuje się przy tym metody wzrokowe i fizyczne.

15 Pomiar luminancji 1. Metody bezpośrednie wzrokowe Wszystkie wzrokowe pomiary fotometryczne opierają się na porównaniu luminancji. Pomiary mogą być przeprowadzone np. z wykorzystaniem głowicy fotometru Lummera-Brodhuna. Schemat podstawowy urządzenia do pomiaru luminancji: 1 luminancja wzorcowa i mierzona; 2 płytka ze szkła mlecznego; 3 porównawcze źródło światła. Klin szary służy do osłabiania promieni mierzonych, a na drodze promieni porównawczych osłabienie może być realizowane zmianą odległości

16 Pomiar luminancji 1. Metody bezpośrednie wzrokowe cd. Bieg promieni świetlnych w głowicy fotometrycznej przy pomiarach luminancji: a) Pojedyncza soczewka, odwzorowująca pole fotometryczne na źrenicę oka duża część powierzchni objęta pomiarem, ziarnistość mierzonej powierzchni świecącej oraz zabrudzenia ekranu gipsowego głowicy (np. Lummera-Brodhuna) są nieistotne.

17 Pomiar luminancji 1. Metody bezpośrednie wzrokowe cd. Bieg promieni świetlnych w głowicy fotometrycznej przy pomiarach luminancji: b) Dwie soczewki światło przenika pole fotometryczne równolegle, a obraz optyczny mierzonej części powierzchni tworzy się na źrenicy oka. Można w ten sposób mierzyć luminancję bardzo małych powierzchni.

18 Pomiar luminancji 1. Metody bezpośrednie wzrokowe cd. Bieg promieni świetlnych w głowicy fotometrycznej przy pomiarach luminancji: c) Również układ dwóch soczewek, ale tym razem obraz optyczny mierzonej powierzchni tworzy się na polu fotometrycznym. Można w ten sposób odtworzyć małe powierzchnie świecące w powiększeniu aż do całkowitego oświetlenia pola fotometrycznego.

19 Pomiar luminancji 1. Metody bezpośrednie wzrokowe uwagi Wymiary części powierzchni 1, biorącej udział w pomiarze, można obliczyć z danych geometrycznych fotometru albo wyznaczyć doświadczalnie (JAK?) Należy uważać, aby soczewka 2 znajdowała się dostatecznie daleko do mierzonego źródła, aby światło odbite od soczewki nie powiększyło luminancji źródła. Ogólnie uważa się, że wzrokowe metody pomiarów luminancji, przy stosunkowo małym nakładzie pracy stwarzają możliwość wyznaczenia nawet bardzo małych luminancji małych powierzchni.

20 Pomiar luminancji 2. Urządzenia do wzrokowego pomiaru luminancji Luminancję można mierzyć np. za pomocą głowicy fotometrycznej Lummera-Brodhuna, ale używa się tez specjalnie zbudowanych przyrządów. Przyrządy takie powinny mieć duży zakres pomiarowy kąt rozwarcia od ułamków stopnia do 20. Błędy pomiaru są z reguły większe, niż przy innych pomiarach i sięgają do 2%. Ponieważ mierniki luminancji są często używane również poza laboratorium jako mierniki przenośne, ich obsługa powinna być łatwa i nie powinny być ciężkie.

21 Pomiar luminancji 2. Urządzenia do wzrokowego pomiaru luminancji (wg Becka) 1,2 kostka Lummera-Brodhuna 3,4 matowo-białe komory cylindryczne 14 5 lampa porównawcza 6 sektorowe urządzenie pomiarowe 7 płytka ze szkła mlecznego 8 bębenek z podziałką 9,11 filtr nieselektywny 10 filtry barwne 12,13 - obiektywy 14 - okular 15 krzyż nitkowy 16 ostrze pomiarowe 17,18 tarcze podziałowe

22 Pomiar luminancji 3. Metody bezpośrednie fizyczne wyznaczania luminancji Dla strumienia świetlnego padającego na powierzchnię S z kąta bryłowego można (przy małych S i ) napisać: L S Natężenie oświetlenia E na tej powierzchni wyrazi się więc wzorem: E L Luminancję można więc wyznaczyć, mierząc przy znanym* kącie bryłowym natężenie oświetlenia E na znanej powierzchni S: L E * albo po prostu takim samym, jak przy wzorcowaniu urządzenia!

23 Pomiar luminancji 3. Metody bezpośrednie fizyczne wyznaczania luminancji cd. Pomiar natężenia oświetlenia też można wykonać (najlepiej!) metodą porównania prądu fotoelektrycznego płynącego przez detektor dla badanego i znanego źródła. Kąt bryłowy, w którym mierzy się luminancję, można zmniejszać za pomocą otworu lub soczewki oraz przesłon. tg 2 D 2 f

24 Pomiar luminancji 4. Przyrządy do fizycznego pomiaru luminancji W zasadzie każdy odbiornik fotoelektryczny można zastosować do pomiaru luminancji, jeżeli tylko ma wystarczającą czułość całkowitą i właściwą czułość widmową. Przy dużych wartościach luminancji i dużych kątach bryłowych wywołane na odbiorniku natężenia oświetlenia są tak duże, że można do pomiaru zastosować ogniwa fotoelektryczne i wykorzystać zmodyfikowane luksomierze do pomiaru luminancji. Użycie fotokomórki lub fotopowielacza umożliwia pomiar mniejszych luminancji. Czułość widmowa fotokomórki próżniowej jest dobrze dopasowana do krzywej V().

25 Pomiar luminancji 5. Wzorcowanie mierników luminancji Mierniki luminancji wzorcuje się na ogół przy użyciu powierzchni o znanej i stałej luminancji. a) Płytka ze szkła mlecznego o możliwie dużym wskaźniku rozpraszania, oświetlona z niewielkiej odległości; znając powierzchnię płytki S mierzy się jej światłość I (przez porównanie z wzorcem) a następnie oblicza luminancję: L I S B) świeżo napylona tlenkiem magnezu powierzchnia, oświetlona prostopadle światłem o stałym natężeniu. Według Gordona i Smitha współczynnik luminancji dla takiej powierzchni przy kącie obserwacji 45 wynosi: l 1asb / lx 1asb Apostilb (blondel) [układ CGS] 1 cd m sb 1 nt

26 Pomiar luminancji 6. Metody pośrednie wyznaczania luminancji Jeśli wystarczy tylko przybliżona wartość luminancji, można dla większych powierzchni świecących zastosować metodę przybliżoną. Opiera się ona na fakcie, że powierzchnia rozpraszacza równomiernego o wymiarach nieskończonych i luminancji L wywołuje na powierzchni leżącej naprzeciwko w niewielkiej odległości natężenie oświetlenia E: E( lx) L( cd / 2 m Można więc wyznaczyć luminancję za pomocą prostego pomiaru natężenia oświetlenia, jeżeli odbiornik umieści się blisko mierzonej powierzchni. ) Rozkład luminancji w łuku świetlnym wysokoprężnej lampy ksenonowej.

27 Wyznaczanie przestrzennego rozkładu światła Znajomość przestrzennego rozkładu wysyłanego światła ma znaczenie dla stosowania wybranych źródeł światła. W fotometrii znajomość przestrzennego rozkładu światła umożliwia wyznaczenie całkowitego strumienia świetlnego wysyłanego ze źródła (rachunkowo lub wykreślnie). 1. Metoda nieruchomego fotometru źródło światła obraca się i przechyla za pomocą urządzenia o dwóch osiach, względem siebie prostopadłych i przecinających się w środku świetlnym jest to tzw. goniometr świetlny.

28 Wyznaczanie przestrzennego rozkładu światła 2. Jeśli bada się lampy lub oprawy, których właściwości świetlne zmieniają się przy nachylaniu, nie można stosować poprzedniej metody. Zamiast tego można obracać fotometr wokół źródła światła umocowanego na stałe. Metoda nadaje się tylko do pomiarów fizycznych (CZEMU?). 1 - oś obrotu 2 tarcza podziałowa 3 półkoliste ramię 4 - fotoogniwo 5 pokrętło do poruszania fotoogniwa 6 pokrętło do obracania łuku kołowego

29 Wyznaczanie przestrzennego rozkładu światła 3. Modyfikacja metody nieruchomego fotometru źródło światła obracane wokół osi pionowej, a wokół tej osi porusza się również obrotowy układ luster.

30 Wyznaczanie przestrzennego rozkładu światła 3. cd. przyrząd z jednym zwierciadłem, wg de Witta:

31 Wyznaczanie przestrzennego rozkładu światła Najpełniejszą charakterystyką rozkładu światła jest obraz przestrzenny. Mierzone w różnych kierunkach światłości (czasami też luminancja) nanosi się jako wektory wodzące w sferycznym układzie współrzędnych, w którym źródło światła jest biegunem a wektory tworzą tzw. bryłę fotometryczną. Kąty wzniesienia odkłada się na półosi pionowej skierowanej w dół, a kąty azymutu od pewnego kierunku oznaczonego na badanym źródle.

32 Wyznaczanie przestrzennego rozkładu światła Obraz przestrzenny sprawia trudności w stworzeniu i interpretacji, stąd wykresy na płaszczyźnie w postaci tzw. krzywej rozsyłu światła. Wyznacza się je w kilku płaszczyznach południkowych (ilość zależy od stopnia symetrii układu).

33 Pomiar strumienia świetlnego PRZYPOMNIENIE: Strumień świetlny to ilość energii wypromieniowywanej w jednostce czasu. Całkowity strumień świetlny wypromieniowywany ze źródła światła może być wyznaczony dwiema metodami: 1. Przez wyznaczenie przestrzennego rozkładu rozsyłu światła i związaną z tym oceną obliczeniową lub wykreślną (tak tak, w czasach, gdy nie było komputerów, dużo łatwiej było całkować graficznie, niż na palcach ) 2. Przez pomiar w kuli Ulbrichta (duże i kosztowne, ale skuteczne)

34 Pomiar strumienia świetlnego 1. Wyznaczanie strumienia świetlnego na podstawie przestrzennego rozsyłu światła Wychodząc z zależności pomiędzy światłością I a strumieniem świetlnym : Id można dla całkowitego strumienia świetlnego danego źródła światła wyprowadzić zależność: I, sin dd

35 Pomiar strumienia świetlnego 1. Wyznaczanie strumienia świetlnego na podstawie przestrzennego rozsyłu światła cd. Strumień świetlny można wyznaczyć też (z definicji) z rozkładu natężenia oświetlenia na powierzchni otaczającej źródło światła. Jeżeli jako powierzchnię pomiarową przyjmie się powierzchnię kuli o promieniu r, to otrzymamy zależność: r E, sin dd Jeżeli dla wszystkich kątów azymutalnych rozkład światła jest jednakowy (czyli bryła fotometryczna jest osiowo-symetryczna) 0 2 I sin d

36 Pomiar strumienia świetlnego 1. Wyznaczanie strumienia świetlnego na podstawie przestrzennego rozsyłu światła cd. Całkowanie można wykonać, gdy światłość I() podana jest w postaci funkcji analitycznej. Dla promienników w postaci prostych kształtów geometrycznych, świecących zgodnie z prawem Lamberta, można podać gotowe formuły: 1) Płytka świecąca I I max cos 2) Powierzchnia kulista I I max I max 4I max 3) Powierzchnia półkolista (tył nie świeci) I I max 2I max 1 cos 2 4) Powierzchnia walcowa (podstawy nie świecą) I I max sin 2 Imax

37 Pomiar strumienia świetlnego 1. Wyznaczanie strumienia świetlnego na podstawie przestrzennego rozsyłu światła LICZBOWE W praktyce całkowanie zastępujemy sumowaniem; mnoży się średnie światłości przez wartości odpowiadających im małych kątów bryłowych. Istotny jest sposób podziału przestrzeni dookoła źródła światła na strefy kątowe zwykle źródła światłą maja pewną symetrię sferyczną/obrotową. Innym sposobem jest podział na strefy o równej wielkości metoda Russela.

38 Pomiar strumienia świetlnego 1. Wyznaczanie strumienia świetlnego na podstawie przestrzennego rozsyłu światła WYKREŚLNE a) Metoda Liebenthala i Rousseau Światłości nanosi się na prostokątny układ współrzędnych: na osi odciętych kosinusy kąta wypromieniowania, na osi rzędnych światłość I w skali liniowej. Następnie światłości nanosi się na wykresie biegunowym, wektory światłości przedłuża się do pomocniczego półokręgu jednostkowego i tak znalezione punkty przecięcia rzutuje się na oś odciętych układu prostokątnego.

39 Fotometria i kolorymetria Pomiar strumienia świetlnego 1. Wyznaczanie strumienia świetlnego na podstawie przestrzennego rozsyłu światła WYKREŚLNE (metoda Liebenthala i Rousseau) Pole pod krzywą na górnym wykresie jest proporcjonalne do całkowitego strumienia

40 Pomiar strumienia świetlnego 1. Wyznaczanie strumienia świetlnego na podstawie przestrzennego rozsyłu światła WYKREŚLNE b) Metoda Helwiga Światłości mnoży się przez sinus kąta promieniowania a iloczyny odkłada się od odpowiednich punktów skali kątów promieniowania. Strumień świetlny jest proporcjonalny do powstającego w ten sposób pola.

41 Pomiar strumienia świetlnego 1. Wyznaczanie strumienia świetlnego na podstawie przestrzennego rozsyłu światła WYKREŚLNE (metoda Helwiga)

42 Pomiar strumienia świetlnego 2. Pomiar strumienia świetlnego za pomocą kuli Ulbrichta Kula Ulbrichta pusta kula, pomalowana wewnątrz na biało. Źródło światła świecące w kuli Ulbrichta wywołuje na ścianach natężenie oświetlenia, które jest suma dwóch składowych: bezpośredniej, wywołanej przez światło ze źródła, oraz pośredniej, wywołanej przez światło odbite (nawet wielokrotnie) od ścian kuli. Pośrednie natężenie oświetlenia E jest we wszystkich miejscach ściany wewnętrznej kuli stałe i proporcjonalne do całkowitego strumienia źródła. Między E i istnieje zależność: E r r promień kuli, współczynnik odbicia Przy stałych parametrach kuli: E k k współczynnik kuli

43 Pomiar strumienia świetlnego 2. Pomiar strumienia świetlnego za pomocą kuli Ulbrichta cd. Przy pomiarze strumienia świetlnego, dokonywanym przeważnie metodą podstawienia, zawiesza się w tym samym miejscu kolejno źródło światła mierzone (X) oraz źródło wzorcowe (N). Biorąc pod uwagę wcześniejszą zależność: E k otrzymujemy dla szukanego strumienia zależność: X Wartości bezwzględne natężenia oświetlenia nie muszą być znane, znany musi być ich stosunek, który można zmierzyć metodą wzrokową lub fizyczną. Wystarczy np. wyznaczyć prądy fotoelektryczne proporcjonalne do natężenia oświetlenia. N E E X N

44 Pomiar strumienia świetlnego 2. Pomiar strumienia świetlnego za pomocą kuli Ulbrichta cd. Urządzenie pomiarowe: Pomiędzy źródłem 1 (w środku kuli!) a oknem pomiarowym 3 znajduje się przesłona 2 (osłona przed światłem bezpośrednim). W oknie pomiarowym umieszczona jest płytka rozpraszająca (pomiar wzrokowy) lub detektor (pomiar fizyczny). Metodą wzrokową mierzy się luminancje lub światłość płytki; metodą fizyczną mierzy się bezpośrednio natężenie oświetlenia tego fragmentu kuli. Rys. b modyfikacja metody; przez otwór wejściowy 6 mierzy się luminancję leżącego naprzeciw fragmentu ściany kuli.

45 Pomiar strumienia świetlnego 2. Pomiar strumienia świetlnego za pomocą kuli Ulbrichta cd. Inne urządzenie pomiarowe: Inna wersja pomiaru równoczesna. Lampa mierzona i wzorcowa znajdują się w kuli jednocześnie. Lampy włączane są kolejno. W tym przypadku potrzebne są trzy przesłony, z których środkowa nie dopuszcza, by światła świeciły bezpośrednio na siebie (odbicia od lampy/osłony).

46 Pomiar strumienia świetlnego 2. Pomiar strumienia świetlnego za pomocą kuli Ulbrichta cd. Założenia poprawnej pracy kuli Ulbrichta: 1) Wnętrze ma kształt kuli; 2) W kuli nie ma żadnych przedmiotów, które wpływają na rozchodzenie się światłą lub je pochłaniają; 3) Wewnętrzna powierzchnia kuli odbija całkowicie rozpraszająco i we wszystkich miejscach jednakowo; 4) Powłoka wewnętrzna kuli jest aselektywna (ze względu na długość fali). Ad. 1 niekoniecznie jeśli porównywane źródła mają podobny rozkład przestrzenny wysyłanego światła, kształt urządzenia może odbiegać od kulistego; Ad. 2 założenie z góry niespełnione w kuli są źródła z oprawami/zamocowaniami oraz przesłony; istnieją normy dotyczące wielkości i położenia przysłon; Ad. 3 ściana kuli nigdy nie odbija równomiernie (zabrudzenia, okno pomiarowe; wewnętrzna ściana kuli powinna być odnawiana co najmniej raz do roku; Ad. 4 jeżeli widmowy rozkład promieniowania lampy mierzonej i wzorcowej jest taki sam, to selektywność pochłaniania powłoki kuli nie ma znaczenia.

47 Pomiar natężenia oświetlenia PRZYPOMNIENIE: Natężeniem oświetlenia E nazywamy stosunek strumienia padającego na element powierzchni odbiornika do wielkości tej powierzchni S: W praktyce przy pomiarach natężenia oświetlenia nie wymaga się stosowania fotometrów precyzyjnych potrzebne są raczej lekkie przyrządy przenośne, łatwe w obsłudze, niedrogie. Wzrokowy pomiar natężenia oświetlenia wykonuje się podobnie jak wszystkie inne pomiary wzrokowe przez porównanie luminancji. Luksomierze wzrokowe nie są już dziś praktycznie używane; zostały wyparte przez podręczne przyrządy oparte na fizycznej zasadzie pomiaru.

48 Pomiar natężenia oświetlenia Fizyczne mierniki natężenia oświetlenia muszą spełniać przede wszystkim następujące wymagania: (1) Ocena promieniowania musi być zgodna z widmową czułością ludzkiego oka V(); (2) Ocena musi być zgodna z prawem kosinusa; (3) Możliwie liniowy związek między natężeniem oświetlenia a wartością mierzoną; (4) Ocena wartości czasowej średniej natężenia oświetlenia nawet przy dużym współczynniku tętnienia powinna być zgodna z prawem Talbota; (5) Mały wpływ bezwładności i zmęczenia oraz temperatury otoczenia na wskazania; (6) Małe wymiary i mała masa; (7) Prosta obsługa.

49 Pomiar natężenia oświetlenia Niektóre aspekty pomiaru natężenia oświetlenia Wzorcowanie luksomierzy wykonuje się na ogół za pomocą światła lamp żarowych (wolframowych) o temperaturze 2856K. Stąd duże odstępstwa przy pomiarze np. lamp wyładowczych (CZEMU?) W zasadzie można wykonywać także pomiary przy użyciu odbiorników niedopasowanych do krzywej V() jeśli dla mierzonych rodzajów światła znane są odpowiednie współczynniki korekcyjne. Także przy braku dopasowania z punktu widzenia prawa kosinusa można wykonać bezbłędny pomiar, jeśli skręcimy płaszczyznę pomiarową o znany kąt. Metoda ta nie może być stosowana, gdy światło pada z różnych kierunków (np. pomiar oświetlenia dziennego). Starzenie odbiorników fotoelektrycznych stosowanych do luksomierzy wymaga wzorcowania w pewnych odstępach czasu.

50 Pomiar temperatury rozkładu widmowego PRZYPOMNIENIE: Temperatura rozkładu widmowego T 0 promiennika to temperatura, przy której względny widmowy rozkład promieniowania ciała czarnego jest zgodny z rozkładem danego promiennika. Na podstawie tej definicji można mierzyć T 0 poprzez pomiary spektralne, ale jest to kosztowne i czasochłonne. Jeżeli promieniowanie ciała, które dla zakresu widmowego może być uznane jako szare, ma temperaturę rozkładu widmowego T 0, to wywołuje ono takie wrażenie barwy jak promieniowanie ciała czarnego przy tej temperaturze. Na tym zjawisku opiera się wzrokowa metoda wyznaczania temperatury rozkładu widmowego, w której wrażenie barwy wywołane przez dane promieniowanie porównuje się z wrażeniem wywołanym przez promieniowanie ciała czarnego.

51 Pomiar temperatury rozkładu widmowego Zamiast ciała czarnego stosuje się przeważnie prostsze w obsłudze, odpowiednie żarówki wolframowe, uprzednio porównane fotometrycznie z promiennikiem Plancka. Żarówki umożliwiają przedstawienie temperatury rozkładu do około 3000K. Dla utrzymania stabilności czasowej żarówki pracują praktycznie do 2856K. Do wytworzenia wyższych wartości temperatury rozkładu można użyć np. łuku węglowego. W praktyce jednak stosuje się wciąż żarówki wolframowe z odpowiednim układem filtrów konwersyjnych (cieczowych, szklanych, żelatynowych). Według danych Priesta, oko jest w stanie ustalić różnicę temperatur rozkładu widmowego wartości około: 2 co np. przy 3000K daje różnice ok. 6K. T 0 T 0,7 1000

52 Pomiar temperatury rozkładu widmowego 1) Wyznaczanie temperatury rozkładu widmowego poniżej 2856K Jako lampa wzorcowa służy żarówka o znanej charakterystyce T 0 w funkcji natężenia prądu. Zmieniamy natężenie prądu lampy wzorcowej aż do zrównania wrażenia barwy obu połówek pola fotometrycznego. Odczytujemy T 0 z krzywej wzorcowania. 2) Wyznaczanie temperatury rozkładu widmowego powyżej 2856K Jako lampa wzorcowa służy żarówka o znanej charakterystyce oraz filtr konwersyjny (przykład: M=-47 miredów). Wkładamy filtr konwersyjny przed lampą wzorcową, doprowadzamy do zrównania wrażenia barwy obu połówek pola fotometrycznego, odczytujemy T 0 z krzywej wzorcowania (przykład: T 0 =2750K). Przeliczamy znalezioną T 0 na miredy (przykład: M=363 miredy). Obliczamy wartość M oraz temperatury T 0 lampy z dodatkiem filtru: M' M M mired T0 ' 3165K M ' 316

53 Pomiar temperatury rozkładu widmowego 3) Wyznaczanie temperatury rozkładu widmowego na podstawie stosunku mocy promieniowania dla dwóch długości fal Jeśli T 0 to temperatura ciała doskonale czarnego, które emituje promieniowanie o takim samym rozkładzie energii, jak badane, to stosunek luminancji obu ciał dla dwóch wybranych długości fal 1 i 1 jest stały: v 2 c2 1 1 T exp T 2 1 Mierząc stosunek mocy ciała badanego (przy założeniu, ze jest szare ) dla dwóch długości fal (stosunek luminancji energetycznych badanego ciała mierzy się zwykle dla 1 =655nm i 1 =470nm nazywany jest ilorazem czerwononiebieskim) można wyznaczyć temperaturę rozkładu widmowego ciała przez porównaniu tego stosunku z analogicznym dla ciała czarnego. 0

54 Pomiar temperatury rozkładu widmowego 3) Wyznaczanie temperatury rozkładu widmowego na podstawie stosunku mocy promieniowania dla dwóch długości fal cd. Stosunek luminancji energetycznych badanego ciała mierzy się zwykle dla 1 =655nm i 1 =470nm nazywany jest on ilorazem czerwono-niebieskim ,, ln 1 1 C T A T A T T C