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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(shè)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(zhǔn)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(shè)備的光通量。
本文關(guān)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(chǎn)品測量和評估至關(guān)重要的技術(shù)問題，還將討論與實驗室中普遍存在條件有關(guān)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(zhì)可以相對簡單快速地比較不同照明產(chǎn)品的光度參數(shù)。放置在球體中的物體可以在幾秒鐘內(nèi)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(shè)備總光通量[lm]和確定照明設(shè)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(shù)與參考標(biāo)準(zhǔn)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(fù)的測量結(jié)果。這點在比較多個照明產(chǎn)品并測量不同光源時尤為重要。假設(shè)我們有一個現(xiàn)成，基于標(biāo)準(zhǔn)且合格的原型燈具。如果電源設(shè)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(xué)元件的類型，那么當(dāng)我們想要快速驗證總通量時，積分球?qū)⒊蔀檎彰鳟a(chǎn)品日常工作中*的工具。
積分球與光譜輻射計結(jié)合除了測量總光通量外，還可以測量白光的相關(guān)色溫CCT[K]，顯色指數(shù)CRI和R f，確定相對于普朗克曲線位置的D uv參數(shù)，色度坐標(biāo)x，y和表征照明產(chǎn)品的其他參數(shù)。積分球測量將提供能源登記評估所有必要的數(shù)據(jù)，符合歐洲指令第2009/125 / EC號或美洲能源之星評級等相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)中定義的能源相關(guān)產(chǎn)品的低功能要求和生態(tài)設(shè)計要求的標(biāo)準(zhǔn)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(chǎn)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(shè)備中的紅外輻射測量–在這種情況下，可以使用經(jīng)過適當(dāng)校準(zhǔn)并配備有高質(zhì)量測量設(shè)備的積分球來快速驗證不同光譜范圍所產(chǎn)生光輻射的能量效率。
另外，根據(jù)近發(fā)布的新標(biāo)準(zhǔn)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(jù)燈具輻射通量的測量數(shù)據(jù)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(jié)構(gòu)。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(jié)果的風(fēng)險。
應(yīng)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(biāo)準(zhǔn)和EN 13032-4：2015中描述的光度學(xué)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(nèi)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(jù)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(shù)。如果我們將來要建立一個認證實驗室，則必須考慮適用標(biāo)準(zhǔn)的建議。對于工廠質(zhì)量控制，可以采用自己的規(guī)程，但是必須考慮球體內(nèi)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(nèi)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(shè)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(jié)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(shù)據(jù)，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(yīng)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(yīng)用光學(xué)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(shù)學(xué)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(nèi)部并確保信號正確，重復(fù)反射的漫射涂層的質(zhì)量非常重要。1970年代，已有一個有效標(biāo)準(zhǔn)表明應(yīng)使用反射系數(shù)為?80的涂層。經(jīng)過多年測試和出版，2015年推出的現(xiàn)行CIE標(biāo)準(zhǔn)要求使用反射系數(shù)高于?90的涂層。反射系數(shù)越高，球體中可能發(fā)生的反射次數(shù)越多，因此可以獲得更多可重復(fù)的測量結(jié)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(zhì)量差的涂層在整個光譜范圍內(nèi)沒有適當(dāng)?shù)姆瓷涮匦裕@可能會導(dǎo)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(zhì)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(dǎo)致嚴重的測量誤差和系統(tǒng)校準(zhǔn)問題。*，白光LED使用藍色二極管，設(shè)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(zhǔn)確的結(jié)果非常重要。高質(zhì)量的涂層對機械損傷很敏感（因此應(yīng)加以注意），但作為回報，它可以長期保持其優(yōu)異的光學(xué)性能。積分球的制造商應(yīng)在系統(tǒng)維護培訓(xùn)期間指導(dǎo)客戶如何維護積分球。