6.5. Прецизионная фотометрическая головка

6. 5. Прецизионная фотометрическая головка

 

В зависимости от приписываемой Φ Γ погрешности преобразования вход­ной оптической величины, она может служить ИП в рабочем или эталонном фотометре. Соответственно, фотометры как РСИ могут быть использованы при решении различных прикладных задач в качестве люксметров, ярко-меров, свечемеров, при измерениях светоотдачи СИД и светотехнических устройств на их основе, при фотометрировании материалов и светосигналь­ного оборудования и пр.

Более точные фотометры в ранге рабочих (разрядных) эталонов при­меняются для измерений цветовых температур излучателей и, в частности, температуры распределения. Фотометр в схеме первичного эталона участвует в калибровках источников излучения при воспроизведении канделы и люкса и, соответственно, при воспроизведении единицы яркости и определении ра­диационной температуры МЧТ [4а].

Таким образом, как показано на рис. 6. 1, поэлементно метрологически исследованная по относительному спектральному К_пр, линейности характе­ристики преобразования и ЗХ ФГ позволяет создать фотометр соответствую­щего «метрологического ранга», в зависимости от которого решаются те или иные измерительные задачи, сформулированные на рис. 6. 1.

В результате описанных исследований была создана ПФГ, предназначен­ная для использования в высокоточных ИП фотометров при измерениях осве­щенности и силы света светоизмерительных ламп. Прецизионная ФГ состоит из шести частей (рис. 6. 12):

· кремниевого ФД,

· жидкостного корригирующего фильтра,

· системы апертурной и входных диафрагм,

· внутреннего корпуса,

· системы термостабилизации,

· внешнего корпуса.

В качестве ОЭИП обычно используется БгФД S 1227-1010BQ.  — корригирующий фильтр выполнен на основе стеклянной кюветы диаметром 30 мм с матированным входным окном и заполнен раствором сложных со­лей хрома и меди. Апертура выполнена в виде литографической диафрагмы (~ 3 или 6 мм в диаметре) и устанавливается перед матированным входным окном кюветы, вплотную к ней. Кремниевый фотодиод, кювета корригирую щего фильтра и набор диафрагм крепятся во внутреннем корпусе, показанном на рис. 6. 12.

 

 

Рис. 6. 12. Конструкция прецизионной ФГ: 1 — электрический разъем; 2 — корпус ФГ; 3 —фотодиод; 4 — кювета жидкостного фильтра; 5 — диффузный рассеиватель; б — апертурная диафрагма; 7 — набор входных диафрагм

 

Рис. 6. 13. Прецизионная фотометрическая головка: 1 — ПФГ; 2 — электронный блок термостатирования и усиления

 

Система термостабилизации выполнена на базе алюминиевого цилиндра с обмоткой из нихрома. Система поддерживает температуру 28—32 °С. Неста­бильность поддержания температуры 0, 05 % на градус при условии, что тем­пература в лаборатории (21±2) °С. Для питания системы термостабилизации необходимо напряжение ±15 В постоянного тока при токе 0, 5 А. Погрешность калибровки ПФГ не превышает 0, 5% относительно первичного эталона ВНИ-ИОФИ. Коррекция ПФГ не хуже, чем F1 = 4 % (МКО публ. № 53). На рис. 6. 13 представлена фотография ПФГ и ее основных элементов.

6. 6. Фотоэлектрические фотометры как рабочие средства измерений

Изложенные в настоящей главе принципы построения приборов с ФГ были положены в основу разработанных в России и Украине серийных РСИ, про­шедших испытания на утверждение типа и включенных в Государственный реестр СИ, допущенных к применению на территории Российской Федерации. Перечень этих рекомендуемых к широкому использованию фотометров и ра­диометров различного назначения приведен в табл. 6. 4.

В состав измерителя мощности оптического излучения Кварц 01 входят три И Π потока оптического излучения и блок электроники. Первая измери­тельная (фотометрическая) головка (ИГ) выполнена на основе 81ФД и корри­гирующего стеклянного фильтра и может быть использована в качестве ИП в РСИ силы света и освещенности, создаваемой источником излучения, направленного перпендикулярно приемной поверхности ИГ. Две другие ИГ представляют собой Б1ФД с известной СХ в диапазоне длин волн 0, 25-1, 05 мкм и предназначены для измерения мощности немодулированного монохрома­тического излучения, т. е. их ИП служит радиометрической головкой (РГ). Диапазон измеряемых значений освещенности равен (10^-3-10⁵) лк, диапазон измеряемых значений мощности монохроматического излучения — (2 · 10^-3-3 · 10³) мкВт. Основная относительная погрешность измерений освещенности не превышает 5%, мощности — 7%. Погрешность коррекции под  для первой ИГ не превышает 3%. Прибор рекомендуется в качестве РСИ для обеспечения единства измерений при разработке фотоэлектрических полупро­водниковых приемников излучения и СИ световых величин.

Прибор Кварц 21 предназначен для измерения освещенности, создавае­мой искусственным и естественным светом, источники которого расположены произвольно относительно ИГ люксметра. Диапазон измерения освещенности равен (1 · 10^-1 · 10⁵) лк. Погрешность коррекции измерительного канала под  не превышает 3 %. Основная относительная погрешность люксметра составляет 5-7%, температурный коэффициент — не более 0, 2%/1°С. Ко­синусная погрешность составляет 2 % для угла падения света 30°, 7 % для угла падения 60° и не превышает 15 % для 80°. Нелинейность характеристики преобразования во всем рабочем диапазоне прибора составляет не более 2 %. Люксметр рекомендован к широкому использованию в системах охраны тру­да, для санитарно-эпидемиологических служб и для метрологического кон­троля при производстве световых приборов.

Таблица 6. 4. Перечень реестровых фотометров

п/п	Наименование прибора	Фирма изготовитель
	Измеритель мощности оптического излучения Кварц 01	Завод «Кварц», г. Черновцы, Украина
	Люксметр Кварц 21	Завод «Кварц», г. Черновцы, Украина
	Фотометр цифровой ТЕС-0693 (Люкс-метр/яркомер)	Научно-производственная группа «Тензор», г. Черновцы, Украина
	Люксметр/УФ-радиометр ТКА 01/3	Фирма ТКА, г. Санкт-Петербург, Россия
	Люксметр/яркомер ТКА 01/4	Фирма ТКА, г. Санкт-Петербург, Россия
	Люксметр ТКА-ЛЮКС	Фирма ТКА, г. Санкт-Петербург, Россия
	Люксметр Аргус 01	ВНИИОФИ
	Яркомер Аргус 02	ВНИИОФИ.
	Люксметр цифровой ТЮ-1403	Завод «Вибратор», г. Санкт-Петербург, Россия

 

На основе разработки Кварц 21 НПО «ТЕНЗОР» создан цифровой фото­метр ТЕС-0693, представляющий собой люксметр и яркомер в едином испол­нении, блок электроники содержит две шкалы: шкалу освещенности в люксах и шкалу яркости в канделах на квадратный метр. Переключение шкал и смена диапазонов выполняются вручную. В зависимости от рода измерений ИГ компонуется диффузной насадкой у люксметра или объективом у яркомера. Угол зрения яркомера составляет 10 угловых градусов. Метрологические ха­рактеристики прибора в режиме люксметра соответствуют характеристикам Кварц 21. Диапазон измеряемых яркостей составляет (10 — 2 · 10⁵) кд/м². Ос­новная относительная погрешность измерения яркости не превышает 5-7%.

Фотометрические головки, используемые в люксметре Кварц 21 и фото­метре ТЕС-0693, легли в основу разработки приборов ВНИИОФИ Аргус 01 и Аргус 02. Они представляют собой люксметр и яркомер в индивидуальном исполнении, а их характеристики соответствуют перечисленным выше мет­рологическим свойствам люксметра и яркомера. Отличительными чертами являются компактность блока электроники (карманное исполнение) и воз­можность индивидуального подхода к исполнению прибора по потребностям заказчика (диапазоны измерений, угол зрения яркомера). Эти приборы вве­дены в Госреестр СИ, допущенных к применению на территории РФ, с по­грешностями измерений 10-15 % в диапазоне (10-200 000) лк для люксметра и (10-200 000) кд· м^-2 для яркомера.

От вышеперечисленных приборов сильно отличаются разработки фирмы ТКА. Автономный блок электроники с ручным переключением вида измере­ний соединен с измерительным блоком, который содержит два измеритель­ных канала и пульт ручного переключения диапазонов измерения. Сочета­ние двух измерительных каналов в одной головке продиктовано идеологией разработок, так как приборы разрабатывались изначально для музейных залов и историко-архитектурных комплексов. Именно этим продиктованы сочетания люксметра и УФ радиометра в приборе ТКА 01/3. Основная отно­сительная погрешность люксметра составляет 8 %. Основная относительная погрешность измерения энергетической освещенности в УФ диапазоне длин волн (280-400) нм составляет 25 %.

Люксметр — яркомер ТКА 01/4 предназначен для более широкого круга задач, имеет улучшенное, по сравнению с предшественником, качество кор­рекции под , и может быть использован в службах охраны труда и в те­левизионной промышленности при контроле выпуска цветных кинескопов, дисплейных экранов. Яркомер выполнен в виде прибора накладного типа. Погрешность коррекции, рассчитанная для пяти источников, не превышает 3%; для различных люминофоров она составляет не более 5-10%. Диапазон измерения освещенности составляет (10 — 2 · 10⁵) лк, диапазон измерения яркости — (10 — 2 · 10⁵) кд/м². Основная относительная погрешность канала измерения освещенности составляет 5-8%, канала измерения яркости — 10-15%.

Цифровой люксметр ТЮ 1403 — новая разработка завода «ВИБРАТОР», основного производителя люксметров в бывшем СССР. Разработчики бази­руются на собственном производстве 81ФД и сами занимаются вопросами корригирования. Конструктивно прибор состоит из двух блоков: ФГ и измери­теля. Диапазон измерения освещенности составляет (1 — 2 · 10⁵) лк. Основная относительная погрешность составляет не более 8 %. Погрешность коррекции под  не превышает 5 %. Нелинейность характеристики преобразования не превосходит 3 % во всем диапазоне измерений. Температурный коэффициент составляет 0, 3%/1°С. Косинусная погрешность соответствует допустимым значениям, т. е. в пределах угла падения излучения от 5 до 85° не превышает значений, соответственно, от 0, 2 до 15 %. Дополнительные погрешности, вы­званные чувствительностью ФГ к излучению в УФ и ИК областях спектра, не превышают 0, 3 %.

В 2000 г. в Государственный реестр СИ введен новый люксметр фирмы ТКА «ТКА-ЛЮКС». Диапазон измерений освещенности составляет (1-200000) лк. Погрешность прибора не превышает 6-8% во всем динамиче­ском диапазоне.

Во ВНИИОФИ разработан и внесен в Государственный реестр средств из­мерений (Гр 15560-99) многоканальный универсальный фотометр-радиометр «Аргус», предназначенный для измерений энергетической освещенности во всех трех поддиапазонах ультрафиолетового (УФ-А, В, С) и в ИК диапазоне оптического излучения, а также освещенности и яркости в видимом диапазоне.

Прибор имеет следующие основные технические и метрологические харак­теристики:

· диапазон измерений энергетической освещенности, Вт/м² для спектраль­ных диапазонов:

УФ-А                                 0, 01-50

УФ-В                                  0, 01-10

УФ-С                                  0, 001-2, 0

видимое и ИК излучение            1, 0-3500

· диапазон измерений коэффициента пульсации, % 1-100

· диапазон измерений освещенности, лк         1-200 000

· диапазон измерений яркости кд/м                1-200 000

· основная относительная погрешность измерения энергетической освещен­ности в спектральных диапазонах, %:

УФ                            10, 0

видимое и ИК излучение 6, 0

· основная относительная погрешность измерения освещенности, %... 8, 0

· основная относительная погрешность измерения коэффициента естествен­ного освещения, % 10, 0

· основная относительная погрешность измерения яркости, % 10, 0

· основная относительная погрешность измерения коэффициента пульса­ции, % 10, 0

· масса, кг                   2, 5

· габариты, мм3                   300 x 200 x 100

· потребляемая мощность, Вт 0, 3

Средство измерений снабжено компьютером и специальным программным обеспечением на основе Windows 98.

Для того чтобы оценить уровень отечественных разработок в области со­здания СИ световых величин, целесообразно соотнести их с характеристиками приборов, выпускаемых известными зарубежными фирмами. Приведенные ниже данные являются результатами измерений метрологических характери­стик ФГ, люксметров и яркомеров немецкой фирмы LMT, выполненных на из­мерительных установках ВНИИОФИ. Основная относительная погрешность калибровки по источнику А составила для ПФГ 0, 3-0, 5%, для люксметров 1-5 %, для яркомера 1 %. Погрешность коррекции, рассчитанная для пяти источников, колеблется в пределах от 1, 5 до 3%. Достоверность результатов измерений подтверждается данными международных сличений по СХ Э1ФД и световому Кпр (световой чувствительности) ФГ с участием ВНИИОФИ.

Приведенные выше результаты исследований отечественных и зарубеж­ных люксметров, яркомеров и ФГ свидетельствуют о том, что в стране по­явился новый парк СИ световых величин.

 

⇐ Предыдущая25262728293031323334Следующая ⇒

Поделиться:

Воспользуйтесь поиском по сайту: