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光源照度和亮度什么关系?光源照度和亮度怎么测量?

作者: 3NH 时间:2023-09-20
摘要:什么是照度?什么是亮度?照度是单位面元上光源照射的光通量,其单位为lx(勒克斯);亮度是光源在垂直其辐射传输方向上单位面积单位立体角内发出的光通量,其单位为cd/m2。照度和亮度都是表示光能光通量的光学参数,那么,光源照度和亮度什么关系?光源照度和亮度怎么测量?本文为大家做了介绍。...

什么是照度?什么是亮度?照度是单位面元上光源照射的光通量,其单位为lx(勒克斯);亮度是光源在垂直其辐射传输方向上单位面积单位立体角内发出的光通量,其单位为cd/m2。照度和亮度都是表示光能光通量的光学参数,那么,光源照度和亮度什么关系?光源照度和亮度怎么测量?本文为大家做了介绍。

光源照度和亮度

什么是照度?

照度的单位是lx,指的是物体被照亮的程度,可以使用单位被照面上所接受到的光通量来表示。当一个表面受到光的照射时,每个单位面积上所接收到的光通量就是照度。1勒克斯就是每1平方米上有着1流明的光通量。照度通常是以垂直接收面的光通量为标准,因为当照射方向倾斜是光照度会下降。照射到物体表面某一面元的光通量,除以该面元面积的商,称作光照度,即:E=dΦ/dA。

其中A表示所需要计算的面元大小,中指的是该面元上的光通量大小。

从的定义上可以看出,照度就是由lm/m2得到的,但是这只适用于理想的情况下,即光源所发出的光必须全部照射在计算平面内,但是这几乎是不可能的,所以在实际的应用里要考虑到光源、墙壁等对光线的反射和遮挡等情况,通常会通过使用计算机里的专业的照明软件来进行照明设计。


什么是亮度?

亮度反映的是发光体或者是反光体的表面发光或者是反光强弱的物理量。当用人眼看某个发光物体时,可以用两种方式来表达所看到的情况:一种就是对于会自主发光的物体,比如光源或者灯具,可以直接使用它们的发光强度来表示:而另外一种就是其本身并不能发光,只能靠反射光线来发光的物体,可以用亮度表示。如果把每个物体当作是可以自主发光的光源的话,那么亮度描述的就是光源的光亮程度。亮度的定义是:光源表面上的某一点处的面元在给定方向上的发光强度,除以该面元在垂直给定方向平面上的正投影面积,即:

亮度表达式0920

其中,θ是给定方向与法线方向的夹角;I是给定方向上的发光强度。


光源照度和亮度的关系:

通俗地说,亮度是物体表面明亮的程度。对于发光体,亮度表明了它表面发光的本领,主要与它的发光特性有关;对于本身不发光的物体,它的亮度不仅与照亮它的光源的特性有关,还与物体自身的表面特性有关。例如在同样的光线下,反射率小的黑丝绒亮度低,反射率高的白纸亮度高。照度表明物体表面被光源照明的程度,即单位时间内投射到物体单位表面上光能量的多少。因此亮度与照度的第一个重要区别是:亮度与物体自身的表面特性有关。照度仅由光源的特性(强弱、远近、投射角)确定,与被照明物体的表面特性无关。

亮度与照度的第二个区别是方向性。亮度是有方向的量,谈论某点的亮度还必须同时指明测试或观察的方向。例如点亮的手电筒从正面看比斜看亮得多,劣质的黑板在教室的某些位置会产生强烈的反光。照度是无方向的量,物体上某处的照度是周围环境投射到该处所有光线之和,无论光线从何方射来,只要投射到物体上的光能量相同,对照度的影响都相同。


光源照度和亮度测量方法:

1.光源照度测量方法

一般光源的光亮度不仅与测量方法有关,而且与表面的位置有关。为了测量方便,常在发光面前加一光阑,以测定光阑所限制部分的发光面在水平方向的光亮度。如需要测定发光面其他部分的光亮度,可以改变光阑和探测器的位置。下面介绍一种直接测量光照度来确定光源的亮度的方法:

平面型光源的亮度

如上图所示,光源面积为B,光阑离光源ab很近时,则光源ab向探测器S发出的光通量大约等于在光阑处面积为B的光源向S发出的光通量。如光阑孔的尺寸比距离r小很多,则s上的照度为:E=LB/r2

测出光照度E和距离r,光亮度L即可确定为:L=Er2/B。

带状光源的亮度

当光源为带状或线状时(如钨带灯或直线钨丝灯),光阑的主要作用是限制发光体的高度,这时光源的亮度由上图可得:

光源亮度计算公式

式中,r1、r2分别为探测器S与光阑D以及探测器S与光源ab间的距离;h为光阑的高度;W为发光面的宽度。

2.光源亮度测量方法

照度测量是最流行的光度测量形式。一般都用物理照度计,即用光电探测器代替人眼的光电式照度计。

照度计的测量原理较简单,整个探测器所接收的光通量除以探测器的面积,即为所测的照度,即E=Φ/A。

由于光电探测器的光谱灵敏度分布不同于人眼的光谱光视效率V(λ),故一般的照度计在探测器前都装有V(λ)滤光器。一个照度计是由带V(λ)滤光器的光电探测器及电子放大和读数系统所组成。过去广泛采用硒光电池为探测器,这是因为它的光谱灵敏度比其他探测器更接近人眼的光谱光视效率V(λ)的缘故。但由于硅光电元件的灵敏度、稳定性和寿命均较硒光电池为高,故近年来多采用硅光电池或硅光电二极管代替硒光电池作照度计的探测器件。

由于光电探测器所产生的光电流正比于所接收的光通量,测量时须将照度计的光敏表面与被测照度的表面重合,并尽量垂直于光的照射方向。所以读数系统可直接指示出所测的照度值。

一般照度计的测量精度为10%左右,高精度的照度计可达3%~4%。

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