積分球的原理|發(fā)展現(xiàn)狀

• 　　積分球是一個(gè)內(nèi)壁涂有白色漫反射材料的空腔球體，又稱光度球，光通球等。它能測量LED、COB、模組、光源和燈具的光、色、電的參數(shù)。測量參數(shù)包括光譜功率分布、輻射通量、光通量、光效、峰值波長、主波長、ZX波長、質(zhì)心波長、色坐標(biāo)、色溫、顯色指數(shù)、色純度、電壓、電流、功率等。

  積分球的原理

  　　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。

  
  

  　　如下圖所示，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diyi次照度為ΔE1=ρΔΦ/S。光源的每一部分光通量ΔΦ，都會同樣產(chǎn)生如上述所描述的一部分diyi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。

  積分球的發(fā)展現(xiàn)狀

  　　積分球是具有高反射性內(nèi)表面的空心球體。它主要用來對處于球內(nèi)或放在球外并靠近某個(gè)窗口處的試樣對光的散射或發(fā)射，或是光源本身發(fā)出的光進(jìn)行收集的一種GX率器件。能夠用來對材料的光學(xué)反射透射性能，光源的輻射度、亮度或色度等做一些精確的測量。

  　　現(xiàn)在國內(nèi)外生產(chǎn)的積分球在外形、大小、形狀等大部分參數(shù)上相差無幾，基本上國外能做到的國內(nèi)也能生產(chǎn)。唯yi有差別的地方在于涂層。下面從結(jié)構(gòu)、涂層、直徑大小等幾個(gè)方面來介紹國內(nèi)外的積分球。

  　　在結(jié)構(gòu)方面：

  　　國內(nèi)外相差無幾，積分球外表一般由金屬或是硬塑料覆蓋，表面上開有一個(gè)或多個(gè)孔，可以作為入射窗或出射窗。積分球內(nèi)一般還有遮蔽屏、光陷阱等。一個(gè)完整的積分球測量系統(tǒng)還會有載物臺、輔助光源、光源轉(zhuǎn)接器、光纖接口等。

  　　在涂層方面：

  　　國內(nèi)低端的主要為氧化鎂(MgO)，硫酸鋇(BaSO4)，較高端的則有國產(chǎn)聚四氟乙烯懸浮樹脂(F4)。

  　　F4代替常用的氧化鎂(MgO)，硫酸鋇(BaSO4)作積分球涂層，在0.2~2.5微米波長范圍內(nèi)，光譜反射比都高于MgO和BaSO4，且反射比中性好，有利于減小它對積分球非中性的影響。另外，涂層粘性好，不易破裂與起皺，灰塵可以用清潔的毛刷清除，不會損傷涂層。F4涂層不怕潮濕，暴露在紫外光下也不會變黃。

  　　根據(jù)測光積分球的基本原理，使用F4涂層的積分球可以大大提高積分球的效率，通常為MgO和BaSO4的2~3倍。這有利于低透射、弱反射光信號測量，不僅可以提高測量的靈敏度，而且也大大改善了測量的信噪比。ZG計(jì)量院、中科院上海技物所等數(shù)十家科研、生產(chǎn)等單位已建立了F4測光積分球系統(tǒng)，并顯示出新型測光積分球的許多優(yōu)點(diǎn)。

  　　而在國外，則針對不同情況積分球有各式各樣的涂層。如需防水、防潮、耐腐蝕則有Duraflect;工作于近、中紅外波段可以使用Infragold;同時(shí)工作于紫外、可見光、近紅外波段則有Spectralon，并且具有很高的反射率。

  
  

  　　在大小方面：

  　　國內(nèi)外差距不大，國內(nèi)積分球可達(dá)到的大小有：

  　　直徑80、100、150mm的積分球適用于LED、激光、LED(LCD)發(fā)光模塊、發(fā)光屏等的光色測試;

  　　直徑300mm的積分球，專用于LED的光色測試，可配合LED專用測試夾具;

  　　直徑500mm的積分球，適合于大功率LED，迷你泡，珠泡等光源的光色測試;

  　　直徑1000mm的積分球，用于節(jié)能燈，環(huán)形燈，白熾燈，冷陰極燈，鹵鎢燈等光源光色測試;

  　　直徑1500，1750mm的積分球，用于大功率節(jié)能燈，環(huán)形燈，白熾燈，鹵鎢燈，冷陰極燈，直管熒光燈，HID燈等光源光色測試;

  　　直徑2000mm，2500mm的積分球，用于大功率節(jié)能燈、直管熒光燈、HID燈、無極燈等光源光色測試;

  　　直徑3000mm的積分球用于大功率直管熒光燈，HID燈等光源光色測試。

  　　從上可以看出，國內(nèi)外積分球的差距主要在于積分球內(nèi)涂層所使用的材料，而積分球的材料在很大程度上決定了積分球的好壞。