積分球是什么？有什么用？很多用戶都不知道積分球測(cè)試儀的原理以及結(jié)構(gòu)，本文就為大家簡(jiǎn)單的介紹一下。積分球就是比較常見的測(cè)試光源色溫、光效、光通量的設(shè)備，通常搭配數(shù)據(jù)分析設(shè)備構(gòu)成光譜分析儀。
什么是積分球？
和光度導(dǎo)軌一樣，積分球并非一個(gè)單獨(dú)的測(cè)量設(shè)備，它常常和光源、探測(cè)器裝在一起，作為理想的漫射光源和勻光器，廣泛地用于光輻射測(cè)量中。
積分球的基本結(jié)構(gòu)是由鋁或塑料燈做成的一個(gè)內(nèi)部空心球。球內(nèi)壁上均勻噴涂多層中性漫射材料，如氧化鎂、硫酸鋇、聚四氟乙烯等。球上開有多個(gè)孔，作為入射光孔、安裝探測(cè)器、光源燈用。為了防止入射光直接射到探測(cè)器上，球內(nèi)還裝有遮擋屏。
積分球的內(nèi)壁應(yīng)是良好的球面，通常要求它相對(duì)于理想球面的偏差應(yīng)不大于內(nèi)徑的0.2%。球內(nèi)壁上涂以理想的漫反射材料，也就是漫反射系數(shù)接近于1的材料。常用的材料是氧化鎂或硫酸鋇，將它和膠質(zhì)粘合劑混合均勻后，噴涂在內(nèi)壁上。氧化鎂涂層在可見光譜范圍內(nèi)的光譜反射比都在99%以上，這樣，進(jìn)入積分球的光經(jīng)過內(nèi)壁涂層多次反射，在內(nèi)壁上形成均勻照度。為獲得較高的測(cè)量準(zhǔn)確度，積分球的開孔比應(yīng)盡可能小。開孔比定義為積分球開孔處的球面積與整個(gè)球內(nèi)壁面積之比。
積分球的原理和結(jié)構(gòu)：
理想積分球是一個(gè)空心的球體，內(nèi)壁均勻涂布白色的漫反射材料，使整個(gè)球壁處處都可以看作是一個(gè)余弦漫射面，球壁反射比為ρ，球的半徑為R。在球心處懸掛一個(gè)光源，其光通量為Φ。
在積分球球壁上某個(gè)小面積ΔS接收到來自光源的一部分光通量ΔΦ，從這個(gè)小面積反射出來的光通量等于ρΔΦ。這時(shí)ΔS可以看作是一個(gè)余弦發(fā)光面，它所發(fā)出的光均勻分布在球壁的其他部分，積分球球壁的任何部分的照度是相同的。由于球的面積S=4πR2，所以ΔS反射光之后，產(chǎn)生的第一次照度為ΔE1=ρΔΦ/S。光源的每一部分光通量ΔΦ，都會(huì)同樣產(chǎn)生如上述所描述的一部分第一次照度，總和為E1=ρΦ/S。第二次、第三次、第四次……直到第n次的反射，產(chǎn)生的總照度為E=(ρΦ/S)·ρ/(1-ρ)。由于積分球壁的無限多次反射作用，由各次反射光所疊加的照度正比于光源的總光通量。
值得注意的是上述分析得到的疊加照度都是至少經(jīng)過一次反射之后得到的，而光源直接照射產(chǎn)生的照度不參與整個(gè)計(jì)算過程，因此需避免直接照射在積分球探頭表面，正比關(guān)系才成立，故需要積分球探頭前增加擋板避免光源直接照射。
積分球測(cè)反射率原理：
對(duì)于玻璃、瓷器、塑料等透明或半透明的材料來說，當(dāng)光照射在其表面時(shí)，會(huì)發(fā)生鏡面反射、半球反射、漫反射、透射等現(xiàn)象。
其中透射率定義為透過試樣的光通量與射到試樣上的光通量之比；反射率定義為反射的光通量與射到試樣上的光通量之比；霧度定義為透過試樣偏離入射方向的散射光通量與透射光通量之比。
透射率的測(cè)定基于GB/T 2410-2008 透明塑料透過率和霧度的測(cè)定方法，關(guān)于透過率的測(cè)試有兩種方法可以選擇。一種是借助于分光光度計(jì)，并配備相應(yīng)的積分球附件，分光光度計(jì)內(nèi)帶光源可以發(fā)射可見光與紅外光，可以測(cè)試樣品對(duì)此波段內(nèi)光的透射率。另一種是借助于霧度計(jì)，其主要區(qū)別在于，霧度計(jì)采用的是垂直光源。
積分球系統(tǒng)一般用于測(cè)試反射率以及光源的光譜功率分布、色品、色溫等參數(shù)以及透明塑料等的透射率，對(duì)于反射率參數(shù)的測(cè)試并不是非常準(zhǔn)確，并且玻璃透明塑料、光學(xué)薄膜等材料的反射率測(cè)試，目前并沒有明確的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)方法可以用來參考。
積分球和球形平行光管的用途：
1.光接收器
被測(cè)光經(jīng)積分球上的小孔進(jìn)入球內(nèi)，在內(nèi)壁上設(shè)置一個(gè)或兩個(gè)光探測(cè)器，由光探測(cè)器輸出的光電流與積分球內(nèi)壁的照度成正比。這樣就可以根據(jù)輸出光電流的變化，得知進(jìn)入積分球的光通量的變化。
2.均勻照亮的物面
在積分球內(nèi)壁上與出光孔對(duì)稱地均勻設(shè)置幾個(gè)燈泡(通常有四個(gè)或六個(gè))。由燈泡發(fā)出的光經(jīng)內(nèi)壁多次漫反射而形成一個(gè)均勻明亮的發(fā)光球面，該積分球用于照相物鏡的漸暈系數(shù)和像面照度均勻性測(cè)量。
3.球形平行光管
帶有準(zhǔn)直物鏡、燈泡、和黑、白塞子的積分球稱為球形平行光管，它用于測(cè)量望遠(yuǎn)系數(shù)的雜光系數(shù)。測(cè)量時(shí)，通過光電探測(cè)器分別測(cè)得黑體目標(biāo)像和“白塞子”像的照度，也就是光電探測(cè)器分別測(cè)得的對(duì)應(yīng)指示值，經(jīng)過計(jì)算即可得到被測(cè)望遠(yuǎn)鏡的雜光系數(shù)。因?yàn)?，若望遠(yuǎn)鏡對(duì)明亮天空中一個(gè)黑體目標(biāo)的成像不是全黑的，則說明望遠(yuǎn)鏡除對(duì)目標(biāo)成像外，還有雜光射到像面上。
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