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光源光輸出波動的準確測量及影響光源光波動的因素

2011-03-28

                                   光源光輸出波動的準確測量及影響光源光波動的因素

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　有很多因素會影響光源的光波動，如電網(wǎng)電壓的波動、鎮(zhèn)流器的種類 (工作頻率、輸出的電壓電流波形)、燈絲的形狀、氣體的成分、熒光粉的組分等。
    對于白熾燈，除去電壓的波動，燈絲的形狀、單位長度的功率密度、燈的發(fā)射光譜、泡殼的材質(zhì)(磨砂/透明) 都對光波動有影響。
    對于同樣色溫的熒光燈，充氣種類 (如氬或氪)對光波動幾乎沒有影響[7]。熒光燈的瞬時電壓、電流和功率如圖8、圖9所示。由于燈電壓接近方波，因此燈的功率波形基本由電流波形決定。電感鎮(zhèn)流器頻率為50Hz，電子鎮(zhèn)流器的頻率為48kHz。
    鎮(zhèn)流器的輸出功率波形 (近似為電流波形) 對光波動影響很大。定義功率下降到1/e的時刻和上升到1/e的時刻之間的間隔為過零時間。50Hz工作時的過零時間為1.72 ms，相對熒光粉的余輝時間(～1ms)不可忽略，所以光波動大。48 kHz工作時過零時間為1.72μs，遠小于熒光粉的余輝時間，所以對光波動沒有影響，這就是熒光燈高頻工作時光波動小的原因。不過電子鎮(zhèn)流器的直流波形不是平的，也即直流母線仍然有100 Hz的紋波，如圖9所示，導致高頻振蕩帶有100Hz的包絡(luò)，因此直流母線的波形影響熒光燈的光波動。同時，熒光粉的種類對光波動也有影響，余輝時間長的熒光粉光波動小。
    金鹵燈的瞬時電壓、電流和功率如圖10、圖11所示。由于金鹵燈是氣體原子(或分子)直接發(fā)光，光子弛豫時間只有～1μs，遠小于50Hz下功率的過零時間 (～2 ms)，所以電感鎮(zhèn)流時光波動深度高達50%。金鹵燈電子鎮(zhèn)流器的頻率為140Hz，輸出電壓為方波，所以燈電壓也接近方波，功率過零時間<10μs，這樣電子鎮(zhèn)流時金鹵燈的光波動就很小對HID燈，只要帶電粒子濃度的過零時間比燈功率過零時間長，光波動就會較小。

波動深度和閃爍指數(shù)這兩個量能夠明顯地表征光源的光輸出波動。線性照度傳感器帶有 V (λ)修正且響應(yīng)夠快，是合適的測量光波動的探測器。光敏二極管由于簡便易用，可用在一般測量場合。電感鎮(zhèn)流時，由于功率的過零時間較長，光波動大。高頻下光波動小，主要與電子鎮(zhèn)流器的直流母線的紋波大小相關(guān)。金鹵燈采用低頻方波驅(qū)動時，功率接近恒定，光波動<3%。
　　還有一些后續(xù)工作值得展開:
　　(1) 在人體功效學方面，光波動對視覺和生理學的影響。波動深度小于多少可以認為對人體沒有影響，5 %或 3 % ? 有無需要建立相關(guān)標準 ?
　　(2) 燈功率的紋波系數(shù)與波動深度之間的關(guān)系。對熱輻射光源，可以測量燈絲溫度隨時間的變化;對 HID燈，需測定電弧溫度隨時間的變化。對光源瞬時發(fā)光行為的理解，有助于更好地理解光波動隨輸入功率的變化。

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