24 lis 2015 / lednews /

PODSTAWY POMIARU ŚWIATŁA CZ. 1

Światło oraz podstawowe pojęcia radiometrii oraz spektroradiometrii.

Artykuł pochodzi z numeru 1/2015 czasopisma Lux Magazyn. Autorem artykułu jest firma Konica Minolta.

 

konica_minolta_logo

 

pomiary_swiatla

Światło jest niezbędne dla naszego wzroku, otaczający nas świat możemy zobaczyć tylko, gdy światło odbite lub emitowane przez obiekty dotrze do naszych oczu i wyzwoli procesy odpowiedzialne za widzenie.

Fizyka opisuje światło jako formę energii, promieniowanie elektromagnetyczne w pewnym zakresie widma. Poza tym zakresem mieszczą się inne znane rodzaje promieniowania, od fal radiowych, przez mikrofale aż do wysokoenergetycznego promieniowania gamma. Zakres długości fali promieniowania widzialnego przyjmuje się od 380 nm do 760 nm. Krótsze fale odpowiadają promieniowaniu ultrafioletowemu, a dłuższe podczerwonemu. Ze względu na podobne właściwości promieniowania te wraz ze światłem widzialnym zwane są promieniowaniem optycznym, jednak nazwa ?światło? dotyczy tylko promieniowania widzialnego.

Światło ma wiele różnych cech, których pomiar jest istotny w rozmaitych działach nauki i przemysłu. Konica Minolta przez dziesiątki lat zgromadziła szerokie doświadczenie w dziedzinie technologii świetlnej, które umożliwiło produkcję gamy wiodących na rynku urządzeń pomiarowych, spełniających najwyższe wymagania w praktycznych zastosowaniach.

Planując pomiary światła, przed wyborem konkretnych modeli instrumentów pomiarowych należy zdecydować co właściwie potrzebujemy zmierzyć i jak możemy to zmierzyć.

Widmo_promieniowania

Rys. 1. Widmo promieniowania elektromagnetycznego wraz z zakresem widzialnym

CO MOŻNA ZMIERZYĆ??

W słownym opisie światła intuicyjnie posługujemy się pojęciem jasności. Pod względem fizycznym możemy tę cechę światła zmierzyć jako całkowitą ilość energii emitowanej przez źródło lub jako ilość energii padającej na określoną powierzchnię. Pomiar energii dotyczyć może nie tylko widzialnego zakresu widma, ale też podczerwieni i ultrafioletu. Można też podzielić widmo na wąskie przedziały i wyznaczyć ilość energii w każdym z nich.

 

Drugie intuicyjne ojęcie dotyczące światła to kolor. Jest to cecha, którą także można mierzyć metodami fizycznymi i wyrażać liczbowo.

Nauka o pomiarze światła to fotometria. Jest ona częścią szerszej dziedziny, radiometrii, obejmującej zagadnienia pomiaru promieniowania także poza zakresem widzialnym.

RADIOMETRIA

Radiometria to nauka o pomiarze promieniowania elektromagnetycznego. Szeroki zakres widma promieniowania można objąć ogólnymi stałymi i zasadami fizyki.

Skupimy się tutaj na takich cechach jak moc promieniowania, jej rozkład przestrzenny i kątowy.

Rozróżnimy cztery podstawowe pojęcia:

Strumień promieniowania
Intensywność (natężenie) promieniowania
Radiancja
Irradiancja

STRUMIEŃ PROMIENIOWANIA

Jest to całkowita moc promieniowania emitowanego przez źródło bądź padającego na określoną powierzchnię. Innymi słowy, jest to energia niesiona przez promieniowanie w jednostce czasu. W układzie SI jednostką strumienia promieniowania jest wat (W).

Strumien_promieniowania

INTENSYWNOŚĆ PROMIENIOWANIA

Jest to kątowa gęstość mocy promieniowania źródła w określonym kierunku. Kątowa gęstość mocy to stosunek mocy do kąta bryłowego (stożka), w którym jest ona emitowana. Intensywność promieniowania dotyczy określonego kierunku emisji, jej rozkład kątowy opisuje przestrzenną charakterystykę emisji promieniowania przez źródło. W układzie SI jednostką intensywności promieniowania jest wat/steradian (W/sr).

intensywnosc_promieniowania

IRRADIANCJA

Jest to miara gęstości strumienia promieniowania padającego na powierzchnię obiektu, czyli moc przypadająca na jednostkę powierzchni. W układzie SI jednostką irradiancji jest W/m2.

Irradiancja

RADIANCJA

Jest to miara całkowitej intensywności promieniowania przypadającej na jednostkę powierzchni płaszczyzny prostopadłej do kierunku emisji. W układzie SI jednostką radiancji jest W/ m2 sr.

Radiancja

SPEKTRORADIOMETRIA

Spektroradiometria to pomiar widma promieniowania, czyli rozkładu jego energii dla poszczególnych długości fali. Widmo może być mierzone w całym możliwym zakresie lub tylko w pewnym przedziale długości fali.

RADIANCJA SPEKTRALNA

Radiancja źródła to pojedyncza wartość będąca sumą energii w całym zakresie widma. Indywidualne wartości radiancji dla poszczególnych długości fali promieniowania można wyznaczyć przez pomiar spektroradiometryczny. W układzie SI jednostką radiancji spektralnej jest W/ m2 sr nm.

IRRADIANCJA SPEKTRALNA

Jest to miara strumienia promieniowania o określonej długości fali, padającego na jednostkę powierzchni. W układzie SI jednostką radiancji spektralnej jest W/ m2 nm.

FOTOMETRIA

Fotometria dotyczy pomiarów psychofizycznych atrybutów energii elektromagnetycznej, związanych z percepcją promieniowania przez ludzkie oko. Fotometria nie operuje wielkościami energetycznymi, lecz świetlnymi i dotyczy tylko widzialnego zakresu długości fali promieniowania.

Fotometria stała się nowoczesną nauką w r. 1942, gdy Międzynarodowa Komisja Oświetleniowa (CIE) spotkała się by zdefiniować średnią charakterystykę czułości spektralnej ludzkiego oka. Zbadano próbną grupę ludzi i skompilowano wyniki w postaci wzorcowych tabel i wykresów krzywej skuteczności oświetlenia dla widzenia dziennego - krzywa fotopowa V(?) i dla widzenia przy niskiej jasności oświetlenia - krzywa skotopowa V?(?).

Krzywa_czulosci

Rys. 2. Fotopowa V(?) i skotopowa V?(?) krzywa czułości oka na światło różnej długości fali.

Wielkości fotometryczne związane są z odpowiadającymi im wielkościami radiometrycznymi przez krzywą fotopową. Funkcję tę można traktować jak charakterystykę filtru optycznego, przez który należy przepuścić dane promieniowanie aby odciąć część energii nie powodującą efektu wizualnego.

zwiazek_miedzy_wielkosciami

Rys. 3. Związek między wielkościami fotometrycznymi i radiometrycznymi

Góra
Komentarze
Brak komentarzy, podziel się swoją opinią jako pierwszy....
Katalog Firm
Realizacje firm

Kalendarium

mar
20
AMPER 2018
Targi AMPER zaliczają się do najważniejszych imprez targowych w branży elektrotechnicznej i elektronicznej w regionie Europy Środkowej i Wschodniej.