Masuratori de luminanta

Masuratori de luminanta, sau etalonarea instrumentului de masurare a luminantei, de regula se face cu ajutorul unui standard de luminanta. Pentru valori mari de luminanta sunt folosite lampi cu tungsten cu filament sub forma de panglica, care la randul sau este etalonat la Laboratorul National de Standardizare, unde se dau si instructiunile de folosire acestui standard secundar. Astfel filamentul-panglica sa fie in pozitie orizontala iar pentru masuratori, din suprafata filamentului sa fie folosita numai o anumita portiune centrala, dearece temperatura acestuia variaza de la centru spre capete si cu aceasta si luminanta. Lampa functioneaza la o temperatura de culoare in jurul a 2000 K si produce o luminanta de aproximativ 2.10⁵ cd.m^-2.

O crestere a temperaturii la 3000 K, ridica luminanta la 1.10⁷ cd.m^-2.

Standardul pentru o luminanta de valoare mica consta in mod obisnuit dintr-un difuzor cu factorul de luminanta cunoscut, iluminat de catre o lampa calibrata pentru luminata. Daca iluminarea produsa de lampa pe difuzor sub incidenta normala este , luminanta pe o directie este ,

. (24)

In acest scop, ca standard secundar de luminanta sunt folosite suprafete din BaSO₄ pulbere presat in forma de tablete. Daca tableta este iluminata sub incidenta normala (e_D=0) si observarea la 45⁰, factorul de luminanta b este foarte apropiat de unitate.

La multe masuratori de luminanta pentru probe de arie mica sau pentru luminanta unor pete mici a unor surse de arie mare sunt folosite sisteme optice pentru formare de imagine. Un asemenea istrument de masura este prezentat in fig.10.

Acest aparat poate fi modificat astfel ca operatorul sa poate fixa imaginea unei pete anumite de pe sursa si sa proiecteze pe apertura fotometrului, care la radul sau poate fi inclinata fata de axa sistemului optic.

Masuratori de intensitate luminoasa si iluminare.

In cap.II Sisteme de marimi si untati optic e a fost definita notiunea de intesitatea luminsa ca

, (cd.sr^-1), adica fluxul luminos cuprins in unitatea de unghi solid pe o directie din spatiu, unde, , avand ca unitate de masura conform conceptului matematic, steradian (sr).

O definitie echivalenta a fost data pentru iluminare E_N, definita ca fluxul luminos pe suprafata elemntara dA iluminata de o sursa. In aceasta definitie, noi presupunem ca suprafata elemntara este perpendiculara pe directia (axa conului) de iluminar, adica , (lm.m^-2).

Facem observatia ca raportul care apare in mai multe ipostaze este o marime adimensional, dar matematic a fost definit ca elemnt de unghi solid masurat in sr. Prinurmare iluminarea ar trebui sa scriem in

felul urmator, , avand dimensiunea cd.m^-2.sr = lm.m^-2. Simbolul reprezinta factorul de dimensionalitate. In practica insa acest factor de dimensionalitate de regula este omis si iluminarea se scrie ca (lm.m^-2). In sistemul international iluminarea are ca unitate luxul, . In cazul incidentei oblice sub unghiul e, iluminarea este data , expresie care descrie legea inversproportionalitatii iluminarii cu patratul distantei la incidenta oblica.

Lampi vidate cu filament de tungsten sub forma de panglica ca standard secundar pentru intensitatea luminoasa sunt folosite, asa cum s-a aratat, si ca standard de luminata.

De altfel, aceste lampi pot fi folosite si ca standard pentru iluminare, cu mentiunea ca lampa trebuie sa se afle la o distannta anumita.

Lampile folosite ca standard secundar sunt etalonate cu ajutorul etalonului primar radiator integral,

adica corp absolut negru aflat la temperatura de topire a Pt, sau cu un radiator echipat cu filtre V(l) calibrat electric.

In fig.12 este reprezentata schema de etalonare a unei asemenea lampi folosind ca etalon primar un radiator integral. Partea de jos a schemei indica modul de iluminare a fotometrului, adica a aparatul ce contine elementul fotosensibil, instrumentul de de masura cu anexele sale. La acest aranjament iluminarea pe unitate de citire se obtine in planul aperturii fotometrului. Pasul urmator consta in iluminarea fotometrului cu lampa supusa etalonarii. La egalitate celor doua iluminari , intensitate luminoasa a lampii se obtine din, , (25)

unde marimile din relatie au semnificatia;

A - aria diafragmei lentilei in cm² ,

T - Transmitanta ansamblului lentile - prisma, determinata prin experiment auxiliar,

R₂ - indicatia fotmetrului cand platina se afla la temperatura de topire,

D₂ - distanta de la apertura fotocelulei la la apertura lentilei,

R₁ - indicatia fotometrului pentru lampa standard,

D₁ - Distanta de la fiamentul lampii la apertura fotometrului.

Cifra 60 apare pentru corelarea unitatii vechi a intensitatii (luminare internationala) cu cea a sistemului SI (candela).

Avand in vedere definitia recenta a candelei ( cap..), este putin probabil ca etalonarea standard descrisa mai sus sa fie folosita pe viitor. In locul acestei metode de calibrare este folosita din ce in ce mai mult metoda care utilizeaza un radiometru calibrat electric si echipat cu un filtru V(l

Un asemenea instrument este aratat in fig.13.

Pasii esentiali in aceasta procedura sunt urmatoarele.

In primul rand ne reamintm ca iluminarea este definita de relatia, , (26)

Unde lm.W^-1 iar reprezinta densitatea spectrala de iradianta produsa de lampa pe apertura radiometrului cu filtrul V(l) pus. Ca si mai inainte, V(l) este functia de eficienta spectrala a observatorului standard, adica sensibilitatea spectrala relativa a ochiului, reprezinta densitatea spectrala a iradiantei ( iluminare energetica) produsa de lampa pe apertura radiometrului in lipsa filtrului V(l). Cand filtrul V(l) este asezat in locul sau din radiometru, iradianta spectrala pe apertura radimetrului va fi, , unde este transmitanta filtrului, d distanta de la filamentul lampii la planul aperturii, iar este o corectura mica ce depinde de indicele de refractie si de grosimea filtrului. Iradianta totala pentru toate lungimile de unda va fi,

,

care este o marime masurata cu filtrul V(l) pus. Astfe, iluminarea determinata de iradianta masurata este data de, .

Raportul celor doua integrale din relatia de mai sus permite folosirea distributiei spectrale relative a iradiantei ( iluminare energetica) in locul distributiei spectrale absolute . Aceasta dovada va fi caracteristica principala a metodei deorece este mai usor de masurat distributia spectrala relativa a a iragdiantei produsa de filamentul lampii de tungsten. Pe de alta parte, constructia filtrului necesar V(l) , curba de transmitanta spectrala poate fi optimizata astfel ca sa duca la o eroare minima in distributia spectrala relativa

Metoda standard pentrru iluminarea calibrata descris mai sus poate deasemenea folosita si pentru standard pentru intensitatea luminosasa, cu conditia ca legea inversproportinalitatii cu patratul distantei a iluminarii sa fie aplicabila cu accuratete.

Aceastza lege este strict valabila cand filamentul lampii este o sursa punctiforma. In practica aceasta nu este satisfacuta niciodata. Cu tate aceasta, este posibila aplicarea legii inversproportionalitatii cu conditia ca distanta dintre filament si receptorul fluxului luminos sa fie mai mare comparativ cu dimensiunile filamentului. Sursa, poate deveni efectiv o sursa punctiforma daca este observata de la o distanta mare de suprafata receptorului. Conditia respectiva cateodata este exprimata prin relatia, , sau . Reamintim ca ( ignorand dificultatile matematice privind dimensionalitatea semnalate mai sus). In practica, distanta r este limitat la o valoare finita ceace introduce o eroare sistematica in iluminarea . Practic, in laboratoarele de fotometrie distanta r care face aplicabila metoda se determina prin masurarea intensitati pentru doua valori diferite ale distanti r. Daca cele doua valori corespunzatoare ale intensitatii si pentru masuratorile si se potrivesc cu suficienta precizie, atunci distanta r este satisfacator de mare.

Pincipalul elemnt al unui aparat de masura a iluminarii, numit luxmetru este detectorul fotonic, adesea o fotodioda in regim fotovoltaic, a carei responsavitate spectrala este corectat cu filtrul V(l) potrivit. Semnalul de iesire al detectorului poate fi citit de pe o scala gradata in lux sau in intensitatea luminoasa impreuna cu legea inversproportionalatii cu patratul distentei.