Основные фотометрические величины и единицы

Основы зрительной фотометрии. Фотометрические величины с учетом спектральной чувствительности глаза.

Сетчатая оболочка, выстилающая дно глаза, содержит два вида окончаний зрительного нерва—колбочки и палочки, которые функционируют в разных условиях освещения. Колбочки работают днем при высоких уровнях освещения и обеспечивают способность глаза различать цвета, в то время как палочки, позволяющие наблюдателю ориентироваться при очень малом количестве света, различают только контрасты черно-белого изображения.

Основной характеристикой глаза, которую приходится учитывать при световых измерениях, является различие его чувствительности к излучениям видимого спектра 380 – 760 нм. В условиях дневного зрения одинаковая мощность излучений разных частей этого интервала оказывает на глаз совершенно различное воздействие.

Цветовое различие этого воздействия состоит в том, что коротковолновое излучение создает впечатление фиолетового цвета, а длинноволновое—красного. Непрерывное увеличение длины волны связано с плавным переходом от фиолетового цвета сначала к синему, затем к сине-зеленому и далее через желто-зеленый к желтому, оранжевому и красному. Невозможно заметить резких переходов от одного цвета к другому, и границы спектральных цветов можно указать только приблизительно. Цветовое деление спектра и его примерные границы (в нанометрах) имеет следующий вид:

Фиолетовый ..........0,400—0,455 нм.

Синий ...................0,455—0,485 нм.

Сине-зеленый .......0,485—0,505 нм.

Зеленый ................0,505—0,550 нм.

Желто-зеленый......0,550—0,575 нм.

Желтый ..................0,575—0,587 нм.

Оранжевый ............0,587—0,610 нм.

Красный .................0,610—0,700 нм.

Некоторые субъекты страдают цветовой слепотой (дальтоники), которые не различают цвета (тритонопы, протонопы, дейтеронопы)

Гораздо труднее установить количественную, или световую, сторону спектральных свойств глаза, которая состоит в том, что равные по мощности излучения разных участков видимого спектра, оказываются совершенно различными по своим световым воздействиям. Для колбочкового аппарата, т. е. в условиях дневного зрения, наиболее светлыми будут желто-зеленые излучения, а равные им по мощности фиолетовые и красные излучения будут казаться весьма темными. Излучения промежуточные (например, сине-зеленые или желтые) при той же мощности будут темнее желто-зеленых и светлее красных и фиолетовых.

Было установлено, что, хотя спектральная чувствительность глаз разных наблюдателей заметно различается между собой, все же можно установить некоторую среднюю кривую, характеризующую восприятие нормального (среднего) глаза человека. Эта усредненная кривая спектральной чувствительности светлоадаптированного глаза имеет вид, представленный на рис.1 (кривая 1). Максимум этой кривой, условно принятый за единицу, приходится на длину волны 555 нм.

Спектральная чувствительность палочкового зрения (кривая 2) характеризует работу глаза при очень малом количестве света, которого не хватает даже для частичного возбуждения колбочек. Максимум этой кривой, также принятый за единицу, соответствует длине волны 507 нм. Из рисунка видно, что кривая 2 относительно кривой 1 сдвинута в сторону коротких длин волн примерно на 50 нм.

Максимумы этих двух кривых одинаковы только условно. В действительности палочковый аппарат много чувствительнее колбочкового и для восприятия предельно малого светового сигнала палочкам необходима примерно в пятьсот раз меньшая мощность, чем колбочкам.

Изменение спектральной чувствительности глаза влечет за собой ряд специфических явлений, к числу которых относится, в первую очередь, так называемый эффект Пуркинье. Этот эффект состоит в том, что красная и синяя поверхности, которые днем кажутся нам примерно одинаково светлыми, ночью делаются совершенно разными: синий предмет кажется ночью гораздо светлее красного, который представляется совершенно черным.

Практика показала, что чувствительность глаза отдельных наблюдателей может сильно отличаться от чувствительности среднего глаза. Для красной области спектра такое отклонение может составлять до 50 %, а для синей и фиолетовой областей расхождение может быть еще больше. Поэтому при световых измерениях спектральная чувствительность каждого наблюдателя сравнивается с чувствительность среднего глаза. При этом надо учитывать, что спектральная чувствительность глаза одного и того же наблюдателя непостоянна и зависит от многих факторов. Поэтому международный комитет по освещению рекомендует проводить световые измерения при постоянном состоянии адоптации, т.е. проводить измерения в темном помещении и не смотреть на яркие поверхности, т. к. при постоянной адаптации обостряется порог чувствительности глаза к различным яркостям. Однако темное общее окружение сопровождается общим утомлением глаза.

Основные фотометрические величины и единицы

Световой поток Ф – это эффективный поток, оцениваемый действием на образцовый приемник (орган зрения), спектральная чувствительность которого нормализована функциями относительной спектральной световой эффективности излучения V(l) – для дневного зрения и V ^¢(l) – для ночного зрения. Световой поток характеризует мощность световой энергии.

Единица измерения светового потока люмен (лм). 1 лм численно равен световому потоку, излучаемому в единичном телесном угле равноинтенсивным точечным источником с силой света в одну канделу.

Многократными измерениями установлено, что 1 Вт потока монохроматического излучения с длиной волны l= 0,555 мкм равен 683 люменам светового потока (для дневного зрения).

Монохроматический световой поток

где S_max(λ) – максимальная спектральная чувствительность (для дневного зрения S_max(λ) = 683 лм×Вт^-1, для ночного зрения S’max(λ) = 1700 лм×Вт^-1;

V(λ) - относительная спектральная световая эффективность излучения;

Ф_е(l, dl) – монохроматический поток излучения.

Световой поток сложного излучения:

или

Сила света – это пространственная плотность светового потока в заданном направлении. Она определяется отношением светового потока к телесному углу , в пределах которого он заключен и равномерно распределен:

Единицей измерения силы света служит кандела (кд). Кандела – сила света, испускаемая в перпендикулярном направлении с 1/600 000 квадратного метра поверхности полного излучателя при температуре затвердевания платины(2045 К) и давлении 101 325 паскалей (Па). В системе СИ дается следующее определение: кандела равна силе света в заданном направлении источника, испускающего монохроматическое излучение с частотой 540×10¹² Гц (l=0,555 мкм), энергетическая сила света которого в этом направлении составляет 1/683 Вт/ср.

Освещенностью называется плотность светового потока по освещаемой поверхности, численно она равна отношению светового потока к площади освещаемой поверхности , на которую поток падает и равномерно распределен:

Единица освещенности – люкс (лк). Люкс характеризует освещенность поверхности, на 1 м2 которой падает и равномерно распределяется световой поток в 1 лм.

Яркость – величина, характеризующая световую мощность элементарного пучка света. Численно определяется отношением силы света излучающего элемента в данном направлении к площади проекции этого элементарного участка светящей поверхности на плоскость, перпендикулярную заданному направлению.

Измеряется в канделах на квадратный метр ( ).

20. Преимущества и недостатки зрительных измерений.

П.: оборудование простое по устройству, удобное в эксплуатации, практически не зависит от микроклимата (температуры, влажности). Хорошо настроенное оборудование и опытный наблюдатель позволяют достичь удовлетворительной точности.

Н.: длительные зрительные измерения утомительны, что ведет к увеличению погрешностей измерений;

- низкая точность при измерениях разноокрашенных поверхностей;

- можно измерять только видимые излучения;

- результаты измерений должны подвергаться аналитическим расчетам.

В связи с этим по мере развития науки и техники глаз как приемник оптического излучения стал вытесняться физическими приемниками.

19.(1) Определение цветовой температуры колориметрическим методом (метод сине-красного отношения).

Для определения цветности тепловых излучений часто используют цветовую температуру – Т_цв. Т_цв – температура полного излучателя, при которой цветность его излучения одинакова с цветностью исследуемого излучения при заданной (истинной) температуре. Т.к. форма кривой спектральной плотности потока излучения для тепловых излучений плавная, то Т_цв достаточно точно определяется по отношению спектральной плотности потока излучения двух узких зон, расположенных по краям видимого спектра. Этот метод определения Т_цв. носит название метода сине-красного отношения. Для определения Т_цв. проводятся измерения силы тока с помощью фотоэлемента с красным и синим светофильтрами. Значение Т_цв. определяется по отношению двух показаний гальванометра, подключенного к фотоэлементу, при синем и красном светофильтрах по построенной предварительными измерениями градуированной кривой зависимости Т_цв.=

19(2). Градуировка спектральных приборов по длинам волн.

Все спектральные приборы должны быть предварительно проградуированы для определения длины волны исследуемого значения.

Некоторые приборы имеют указатели длин волн спектра в зависимости от положения призмы или зрительной трубы непосредственно в тех или иных единицах длины. Другие приборы этого не имеют, а снабжены лишь условными делениями и указателями для отметки положения призмы или трубы. Первые приборы нуждаются в проверке своей шкалы время от времен, особенно после тряски, переноски. Вторые требуют градуировки и проверки в некоторых точках. Градуировка выполняется в возможно большем числе точек. Для этой цели пользуются хорошо изученными спектрами: Fe, Hg, Cu, Ag, Zn, Ne, Cd…

Известные длины волн линий называют нормалями. Нормали разделяются по нормали 1,2 и 3 порядка. В качестве нормали 1 порядка принята красная линия Cd, длина волны которой при 15°С и 750мм давления сухого воздуха равна 6438, 4696А (Фабри, Перо, Бенуа). Красная Cd линия выбрана вследствие большой однородности и резкости.

Нормалями 2 порядка служат определенные линии в спектре железа, для красной части, где спектр железа беден линиями, служат нормалями некоторые линии неона.

Нормалями 3 порядка служат некоторые линии в спектре и других инертных газов.

В лабораторной практике чаще всего градуировки производят по спектральным линиям излучения ртути, неона, натрия и др.

От ртутной линиями пользуются линиями: 690,7; 579,1; 577,0; 546,1; 491,6; 435,8; (434,0); (434,8); 410,7; 407,8; 404,7нм.

В результате градуировки получаются данные для построения градуировочного графика , где n – деления шкалы отсчета или деления на измерительном барабане монохроматора. Пользуясь этим графиком, можно приближенно определять длины волн неизвестных спектральных линий.

Дата добавления: 2021-01-20; просмотров: 90; Мы поможем в написании вашей работы!

Поделиться с друзьями:

Мы поможем в написании ваших работ!