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如何選用積分球？
- 如何選擇積分球系統(tǒng)
積分球是測量光源，燈具和照明設備的基本工具之一。傳統(tǒng)上，積分球也稱為烏布利希球，其名稱源自德國工程師Richard Ulbricht的名字。他在準備火車站電氣化和照明過程中進行光度測量，以便找到的照明方法。他證明了在放置光源的球壁上測得的照度與光源的總光通量成正比。
如今，積分球常用于光度法和輻射度法，能夠可靠地比較不同光源，燈具和照明設備的光通量。
本文關于組建光度實驗室的這一部分將重點討論積分球的類型，并討論對照明產品測量和評估至關重要的技術問題，還將討論與實驗室中普遍存在條件有關的問題，并給出實用技巧，這些技巧對選擇和操作測量系統(tǒng)特別有用。
為什么要使用積分球，可以測量什么值？
積分球的性質可以相對簡單快速地比較不同照明產品的光度參數。放置在球體中的物體可以在幾秒鐘內進行測量（除了穩(wěn)定所需時間外-請見下文）。這是在已知電源情況下測量照明設備總光通量[lm]和確定照明設備發(fā)光效率[lm /W]的方法。積分球中的測量非常簡單，可以直接將讀數與參考標準進行比較。
測角儀由長期局部測量組成，以計算總光通量，與之相比，球體中的測量則更加直接和簡單。一個描述充分，合格的測量程序，可使每個操作員都能獲得可靠且可重復的測量結果。這點在比較多個照明產品并測量不同光源時尤為重要。假設我們有一個現成，基于標準且合格的原型燈具。如果電源設備替換為另一種類型，或者有必要替換發(fā)光二極管或光學元件的類型，那么當我們想要快速驗證總通量時，積分球將成為照明產品日常工作中*的工具。
積分球與光譜輻射計結合除了測量總光通量外，還可以測量白光的相關色溫CCT[K]，顯色指數CRI和R f，確定相對于普朗克曲線位置的D uv參數，色度坐標x，y和表征照明產品的其他參數。積分球測量將提供能源登記評估所有必要的數據，符合歐洲指令第2009/125 / EC號或美洲能源之星評級等相關標準中定義的能源相關產品的低功能要求和生態(tài)設計要求的標準建議。
此外，烏布利希球體系統(tǒng)還可以進行可見光譜范圍之外的測量。對于用于植物照明的產品，可以測量諸如PPF光子通量或光譜擴展的PBAR光子通量之類的量。積分球還可以用于視覺系統(tǒng)和工業(yè)設備中的紅外輻射測量–在這種情況下，可以使用經過適當校準并配備有高質量測量設備的積分球來快速驗證不同光譜范圍所產生光輻射的能量效率。
另外，根據近發(fā)布的新標準CIE S026 2018的建議，對人類白天/夜晚周期（晝夜節(jié)律）的有效照明影響還可以根據燈具輻射通量的測量數據進行評估，然后通過ipRGC的效率曲線計算得出。
積分球的另一個實際優(yōu)勢是它的基本特性，即不透光的結構。因此，積分球可以放置在正常的辦公室環(huán)境和明亮的房間中，而不存在一般照明影響測量結果的風險。
應該選擇什么尺寸和類型的積分球？
IESNA LM 79中包含的CIE S025 / E：2015標準和EN 13032-4：2015中描述的光度學黃金原則規(guī)定，球體尺寸必須比燈具尺寸大10倍[2] [ 3]。這不適用于外殼總面積小的線性燈具。另一方面，許多內部測量實驗室采用的實踐原則可以測量尺寸為球體直徑30％的燈具，詳情請見以下文章：根據CIE025 在積分球和測角儀上進行LED測量的實用技巧[4]。請記住，引入積分球的每個元素都會干擾測量（并因此限制了多次反射的可能性）和吸收了一部分光通量。通過在球體中放置輔助光源可以補償此影響，從而確定吸收系數。如果我們將來要建立一個認證實驗室，則必須考慮適用標準的建議。對于工廠質量控制，可以采用自己的規(guī)程，但是必須考慮球體內所放燈具尺寸引起的誤差。
在為實驗室選擇積分球尺寸時，必須考慮球體內待測燈具的大尺寸。對于一般照明目的的燈具，選擇直徑為1.5 m或2.0 m的大型積分球。測量LED模塊，組件或小型照明設備（例如疏散照明）的實驗室通常購買直徑為1m的積分球。在研發(fā)部門中，直徑為0.2和0.5 m的積分球，這樣既可以測量單個COB二極管又可以測量的LED模塊。
在市場上，有結合光度計的積分球，即典型的光度球，以及使用分光輻射計作為測量裝置的球，即分光輻射球。后者的優(yōu)點是能夠測量光通量，包括計算其他數據，例如色溫，人本照明或植物照明的任何有效曲線，以及用于特殊應用的其他有效曲線。此外，使用分光輻射計的積分球不會遭受所謂的光譜失配誤差，這種誤差由簡單的光度計測量系統(tǒng)引起，并且取決于匹配V（λ）曲線的應用光學校正濾波器的類別[5]。光度計等級越高，失配誤差越小。積分球中使用的分光輻射計可數學計算出V曲線（λ），因此可以更地測量具有不同光譜功率分布的發(fā)光二極管。
圖2.完整的測量系統(tǒng)的示例，包括直徑為50 cm的積分球，珀耳帖模塊，配備分析和報告軟件的計算機以及光譜儀，電源和可編程溫度控制器（放置在機柜中）。
覆蓋球體內部并確保信號正確，重復反射的漫射涂層的質量非常重要。1970年代，已有一個有效標準表明應使用反射系數為?80的涂層。經過多年測試和出版，2015年推出的現行CIE標準要求使用反射系數高于?90的涂層。反射系數越高，球體中可能發(fā)生的反射次數越多，因此可以獲得更多可重復的測量結果。所謂的孔徑誤差對分布和入射光輸出的影響更小。積分球涂覆有各種類型的涂料和硫酸鋇混合物(BaSO 4)。質量差的涂層在整個光譜范圍內沒有適當的反射特性，這可能會導致更大或更小的誤差，具體取決于待測光源的類型。另外，隨著時間的流逝，劣質涂料會泛黃；這意味著來自藍色波長范圍的信號會逐漸衰減，從而導致嚴重的測量誤差和系統(tǒng)校準問題。*，白光LED使用藍色二極管，設計使用近紫外二極管，因此在球體中進行測量時，這部分輻射的反射對于獲得準確的結果非常重要。高質量的涂層對機械損傷很敏感（因此應加以注意），但作為回報，它可以長期保持其優(yōu)異的光學性能。積分球的制造商應在系統(tǒng)維護培訓期間指導客戶如何維護積分球。