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光源光输出波动的准确测量及影响光源光波动的因素

2011-03-28

                                   光源光输出波动的准确测量及影响光源光波动的因素

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　有很多因素会影响光源的光波动，如电网电压的波动、镇流器的种类 (工作频率、输出的电压电流波形)、灯丝的形状、气体的成分、荧光粉的组分等。
    对于白炽灯，除去电压的波动，灯丝的形状、单位长度的功率密度、灯的发射光谱、泡壳的材质(磨砂/透明) 都对光波动有影响。
    对于同样色温的荧光灯，充气种类 (如氩或氪)对光波动几乎没有影响[7]。荧光灯的瞬时电压、电流和功率如图8、图9所示。由于灯电压接近方波，因此灯的功率波形基本由电流波形决定。电感镇流器频率为50Hz，电子镇流器的频率为48kHz。
    镇流器的输出功率波形 (近似为电流波形) 对光波动影响很大。定义功率下降到1/e的时刻和上升到1/e的时刻之间的间隔为过零时间。50Hz工作时的过零时间为1.72 ms，相对荧光粉的余辉时间(～1ms)不可忽略，所以光波动大。48 kHz工作时过零时间为1.72μs，远小于荧光粉的余辉时间，所以对光波动没有影响，这就是荧光灯高频工作时光波动小的原因。不过电子镇流器的直流波形不是平的，也即直流母线仍然有100 Hz的纹波，如图9所示，导致高频振荡带有100Hz的包络，因此直流母线的波形影响荧光灯的光波动。同时，荧光粉的种类对光波动也有影响，余辉时间长的荧光粉光波动小。
    金卤灯的瞬时电压、电流和功率如图10、图11所示。由于金卤灯是气体原子(或分子)直接发光，光子弛豫时间只有～1μs，远小于50Hz下功率的过零时间 (～2 ms)，所以电感镇流时光波动深度高达50%。金卤灯电子镇流器的频率为140Hz，输出电压为方波，所以灯电压也接近方波，功率过零时间<10μs，这样电子镇流时金卤灯的光波动就很小对HID灯，只要带电粒子浓度的过零时间比灯功率过零时间长，光波动就会较小。

波动深度和闪烁指数这两个量能够明显地表征光源的光输出波动。线性照度传感器带有 V (λ)修正且响应够快，是合适的测量光波动的探测器。光敏二极管由于简便易用，可用在一般测量场合。电感镇流时，由于功率的过零时间较长，光波动大。高频下光波动小，主要与电子镇流器的直流母线的纹波大小相关。金卤灯采用低频方波驱动时，功率接近恒定，光波动<3%。
　　还有一些后续工作值得展开:
　　(1) 在人体功效学方面，光波动对视觉和生理学的影响。波动深度小于多少可以认为对人体没有影响，5 %或 3 % ? 有无需要建立相关标准 ?
　　(2) 灯功率的纹波系数与波动深度之间的关系。对热辐射光源，可以测量灯丝温度随时间的变化;对 HID灯，需测定电弧温度随时间的变化。对光源瞬时发光行为的理解，有助于更好地理解光波动随输入功率的变化。

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