照度计的测试原理和方法

照度计的测试原理和方法

1．照度的测试原理

照度是受照平面上接受的光通量的面密度。照度汁是用于测量被照面上的光照度的仪器，是光照度测量中用得最多的仪器之一。

2．照度计的结构原理照度计由光度头（又称受光探头，包括接收器、V（λ）对滤光器、余弦修正器）和读数显示器两部分组成。其结构见图1。

图1 照度计的结构原理图

四、测量步骤和方法

在工作房间内，应该在每个工作地点（如书桌、工作台）测量照度，然后加以平均。对于没有确定工作地点的空房间或非工作房间，如果单用一般照明，通常选 0.8m 高的水平面测量照度。将测量区域划分成大小相等的方格（或接近方形），测量每个方格中心的照度Ei，其平均照度等于各点照度的平均值，即

式中E av ——测量区域的平均照度，lx；

E i ——每个测量网格中心的照度，lx；

N——测点数。

照度均匀度是指规定表面上的最小照度与平均照度之比，即：

式中E min ——指所测表面上的最小照度，lx。

本实验中，可以房间所布置的测点面为指定表面，最小照度可认为所测点中的最小照度值。

测量房间每个方格的边长为lm，大房间可

式中E av ——测量区域的平均照度，lx；

E i ——每个测量网格中心的照度，lx；

N——测点数。

照度均匀度是指规定表面上的最小照度与平均照度之比，即：

式中E min ——指所测表面上的最小照度，lx。

本实验中，可以房间所布置的测点面为指定表面，最小照度可认为所测点中的最小照度值。

测量房间每个方格的边长为lm，大房间可取2 -4 m 。走道、楼梯等狭长的交通地段沿长度方向中心线布置测点，间距1 -2 m ；测量平面为地平面或地面以上 150mm 水平面。

测点数目越多，得到的平均照度值越精确，不过也要花费更多的时间和精力。如果E av的允许测量误差为±10%，可以用根据室形指数选择最少测点的办法减少工作量，两者的关系列于表1。若灯具数与表给出的测点数恰好相等，则必须增加测点。

表1 室形指数与测点数的关系

式中L、W为房间的长和宽，h r为由灯具至测量平面的高度。

当以局部照明补充一般照明时，要按人的正常工作位置来测量工作点的照度，将照度计的光电池置于工作面上或进行视觉作业的操作表面上。

发光强度单位坎德拉在物理学上是如何定义的？

1967年法国第十三届国际计量大会规定了以坎德拉、坎德拉/平方米、流明、勒克斯分别作为发光强度、光亮度、光通量和光照度等的单位，为统一工程技术中使用的光学度量单位有重要意义。为了解和使用便利，以下将有关知识做一简单介绍：

名称单位符号定义

光强度cd

坎德拉

(Candela) I = F/Ω 光源在指定方向的单位立体角内发出的光通量。

光亮度cd/m2表示发光面明亮程度的，指发光表面在指定方向的发光强度与垂直且指定方向的发光面的面积之比。

光通量lm

流明

(Lumen) F 单位时间里通过某一面积的光能，称为通过这一面积的辐射能通量。

绝对黑体在铂的凝固温度下，从5.305*103cm2面积上辐射出来的光通量为1lm。

为表明光强和光通量的关系，发光强度为1cd的点光源在单位立体角（1球面度）内发出的光通量为1lm。

光照度lx

勒克斯

(Lux) 被光均匀照射的物体，距离该光源1米处，在1m2面积上得到的光通量是1lm时，它的照度是1lux。

习称“烛光米”。

1. 烛光、国际烛光、坎德拉（candela）的定义

在每平方米101325牛顿的标准大气压下，面积等于1/60平方厘米的绝对“黑体”（即能够吸收全部外来光线而毫无反射的理想物体），在纯铂（Pt）凝固温度（约2042K获1769℃）时，沿垂直方向的发光强度为1 坎德拉。并且，烛光、国际烛光、坎德拉三个概念是有区别的，不宜等同。从数量上看，60 坎德拉等于58.8国际烛光，亥夫纳灯的1烛光等于0.885国际烛光或0.919坎德拉。

2. 发光强度与光亮度

发光强度简称光强，国际单位是candela（坎德拉）简写cd。Lcd是指光源在指定方向的单位立体角内发出的光通量。光源辐射是均匀时，则光强为I=F/Ω，Ω为立体角，单位为球面度（sr）,F为光通量，单位是流明，对于点光源由I=F/4 。光亮度是表示发光面明亮程度的，指发光表面在指定方向的发光强度与垂直且指定方向的发光面的面积之比，单位是坎德拉/平方米。对于一个漫散射面，尽管各个方向的光强和光通量不同，但各个方向的亮度都是相等的。电视机的荧光屏就是近似于这样的漫散射面，所以从各个方向上观看图像，都有相同的亮度感。

以下是部分光源的亮度值：单位cd/m2

太阳：1.5*10 ；日光灯：（5—10）*103；月光（满月）：2.5*103；黑白电视机荧光屏：120左右；彩色电视机荧光屏：80左右。

3. 光通量与流明

光源所发出的光能是向所有方向辐射的，对于在单位时间里通过某一面积的光能，称为通过这一面积的辐射能通量。各色光的频率不同，眼睛对各色光的敏感度也有所不同，即使各色光的辐射能通量相等，在视觉上并不能产生相同的明亮程度，在各色光中，黄、绿色光能激起最大的明亮感觉。如果用绿色光作水准，令它的光通量等于辐射能通量，则对其它色光来说，激起明亮感觉的本领比绿色光为小，光通量也小于辐射能通量。光通量的单位是流明，是英文lumen的音译，简写为lm。绝对黑体在铂的凝固温度下，从5.305*103cm2面积上辐射出来的光通量为1lm。为表明光强和光通量的关系，发光强度为1坎德拉的点光源在单位立体角（1球面度）内发出的光通量为1六名。一只40W的日光灯输出的光通量大约是2100流明。

4. 光照度与勒克斯

光照度可用照度计直接测量。光照度的单位是勒克斯，是英文lux的音译，也可写为lx。被光均匀照射的物体，在1平方米面积上得到的光通量是1流明时，它的照度是1勒克斯。有时为了充分利用光源，常在光源上附加一个反射装置，使得某些方向能够得到比较多的光通量，以增加这一被照面上的照度。例如汽车前灯、手电筒、摄影灯等。

以下是各种环境照度值：单位lux

黑夜：0.001—0.02；月夜：0.02—0.3；阴天室内：5—50；阴天室外：50—500；晴天室内：100—1000；夏季中午太阳光下的照度：约为10*9次方；阅读书刊时所需的照度：50—60；家用摄像机标准照度：1400。

亮度与照度单位换算关系

（1）当光源照射在一个物体上时，我们可以测出哪是光源发射的（Lumvnance?D亮度）或哪是物体反射的（Illuminance?D照度）。

（2）照度取决于物体的反射特性。它非常类似于照片，它测量的仅仅是反射光。它通用的单位是勒克斯。

（3）然而，EL灯是一个光源：它应当用亮度单位来表示，也就是fL（英尺朗伯）或cd/m2，也称为“nits”。有些工程师更倾向于用fL，而国际标准组织常用nits。nits与fL转换的公式为：1 nits×0.2919=1 fL；和1 fL×3.426=1 nits[注；这些因数由pi（π）和m2/ft2（0.0929）导出。

（4）很明显，用勒克斯是一个不正确的单位，从勒克斯也不能转换成其它单位。1 Lux = 1 lumen per square meter = 0.0929 footcandle 1 footcandle= 1lumen per square foot = 10.764 Lux 1 foot La mbert= 3.426 candelas per square meter ( nit) 1 nit ( candelas per square meter) = 0.2919 foot Lambert

光通量

光通量（Luminous flux）：即一光源所放射出光能量的速率或光的流动速率（Flow arte），为说明光源发光的能力的基本量，单位为流明（Lumen）。例如一个100瓦（W）的灯泡可产生1,750lm，而一支40 W冷白日光灯管则可产生3,150lm的光通量。根据定义，1lm为发光强度（l）1cd的均匀点光源在1球面度立体角内发出的光通量。

发光强度

发光强度（Luminous intensity, Candlepower）：发光强度简称光度，系指从光源一个立体角（单位为sr）所放射出来的光通量，也就是光源或照明灯具所发出的光通量在空间选定方向上分布密度，单位为烛光（C andle or Candela, cd）。发光强度为1cd的光源可放射出12.57lm的光通量。照度照度（luminance）：受照平面上接受光通量的密度，可用每一单位面积的光通量来测量。1lm的光通量均匀分布在1平方公尺（m2）的表面，即产生1勒克斯（Lux, 环保技术> 照度计）的照度；1lm的光通量落在1平方英尺（ft2）的表面，其照度值为1尺烛光（Footcandle, fc）。

辉度亮度辉度或亮度（luminance, Brightness）：当人眼目视某物所看到的，可以两种方式表达：一用于较高发光值者如光源或灯具，直接以其发光强度来表示；另一则用于本身不发光只反射光线者如：室内表面或一般物体，以亮度表示。亮度即被照物每单位面积在某一方向上所发出或反射的发光强度，用以显示被照物的明暗差异，公制单位为烛光/平方公尺（Candela/m2, cd/m2）或尼特（nit），英制单位为英尺朗伯（Footlambert, fl）。

反射率反射率（Reflectance orreflection factor）：某表面的亮度取决于落于其上的光量与该表面所能反射光线的能力；其所能反射的光的多寡与分布形式则取决于该材料表面的性质，以反射光与入射光的比值来表示，称为该材料表面的反射比或反射率（%）。完美的黑色表面的反射比为0，亦即无论多少光落于其上皆无亮度产生而全被吸收；反之，完美白色表面的反射比为1（反射率100%，吸收率0%）。反射比的测量，首先，将照度计置于物体表面读出其表面照度值Ei（Incident light），再将照度值置于其上5-8c m（感光部分朝该表面且确定无阴影遮挡），即可测出其所反射的照度值Er（Reflected light），表面照度除反射照度所得之商即为该材料表面的反射比

光通量：符号Φ，单位流明Lm，说明发光体每秒种所发出的光量之总和，即光通量光强：符号I，单位坎德拉cd，说明发光体在特定方向单位立体角内所发射的光通量照度：符号E，单位勒克斯Lm/m2，说明发光体照射在被照物体单位面积上的光通量亮度：符号L，单位尼脱cd/m2，说明发光体在特定方向单位立体角单位面积内的光通量光效：单位每瓦流明Lm/w，说明电光源将电能转化为光的能力，以发出的光通量除以耗电量来表示。