4.1.3 Методы измерения световых величин

Фотометрические измерения разделяют на объективные (производимые с помощью приборов, не требующих участия глаза, например, с помощью фотоэлементов) и субъективные, или визуальные, в которых измерения основаны на показаниях глаза.

Объективные (фотоэлектрические) фотометры за последние годы получают все большее и большее развитие, постепенно вытесняя приборы, основанные на визуальных методах измерения. Все они основаны на зависимости, в силу которой фотоэлектрический ток прямо пропорционален поглощенному фотоэлементом световому потоку. Поэтому шкалу электроизмерительного прибора, соединенного с фотоэлементом, можно градуировать непосредственно в тех или иных фотометрических единицах, например в люксах.

Визуальные измерения производятся непосредственно глазом. Глаз хорошо устанавливает равенство освещенностей двух каких-либо соприкасающихся поверхностей, но плохо оценивает, во сколько раз освещенность одной поверхности больше освещенности второй. Поэтому приборы, служащие для сравнения двух источников (фотометры), устроены так, что роль глаза сводится к установлению равенства освещенностей двух соприкасающихся полей, освещаемых сравниваемыми источниками. Для достижения равенства освещенностей применяются разнообразные приемы, ведущие к ослаблению освещенности, создаваемой более сильным источником. Наиболее простым является изменение расстояния от источника до фотометра и применение соотношения

I1/I2 = r12/r22

(4.20).

Если сила одного из источников известна (эталонный источник), то таким образом можно измерить силу второго источника в выбранном направлении. Измерив силу источника по разным направлениям, можно вычислить световой поток, освещенность и т. д.

Существуют также фотометры, позволяющие непосредственно определять суммарный световой поток, а следовательно, и среднюю сферическую силу света источника (шаровой фотометр или интегратор), освещенность поверхности (люксметр), яркость источника и т. д.

Во всяком фотометре рассматривается некоторое поле, одна часть которого освещена только одним источником, а другая — только другим. Рассмотрим устройство фотометра Люммера — Бродхуна (рисунок - 4.4). Существенную часть фотометра составляет кубик Люммера, входящий как составная часть и во многие другие фотометрические аппараты. Кубик Люммера состоит из двух прямоугольных призм, у одной из которых грань, соответствующая гипотенузе, оставлена плоской только в центре, края же ошлифованы. Призмы тщательно отполированы и плотно прижаты друг к другу, так что в месте соприкосновения представляют как бы один кусок и ведут себя подобно единому прозрачному телу.

Здесь L₁ и L₂— два сравниваемых источника света; S — белый диффузно разбрасывающий свет экран, вполне идентичный с обеих сторон; S₁ и S₂ — два вспомогательных зеркала; Р₁Р₂ — кубик Люммера; А — глаз наблюдателя и V — лупа, позволяющая визировать плоскость раздела кубика. При наблюдении мы видим центр кубика освещенным лучами, идущими от источника L₁, а внешняя часть поля освещается лучами от L₂, испытавшими полное внутреннее отражение на грани Р₁Р₂. Если освещенность экрана S с обеих сторон одинакова, то граница между полями исчезает. Определяя соответственные расстояния L₁S и L₂S, мы найдем отношение сил света источников. В осветительной технике очень важным является вопрос, какая должна быть освещенность на данной плоскости или в данном месте рабочего помещения для разных видов работы: чтения, шитья и т. д.

Существуют специальные модели фотометров, которые приспособлены для непосредственного определения освещенности (люксметры). В последнее время в качестве люксметров с успехом применяются фотоэлементы, шкала которых проградуирована соответствующим образом.

Только точечный источник дает по любому направлению одну и ту же силу света, и, следовательно, для характеристики его достаточно произвести одно измерение на оптической скамье. Для реальных же источников сила света по различным направлениям различна, так что для полной характеристики распределения света от источника требуется производить измерения в различных азимутах. Во многих случаях достаточно знать среднюю сферическую силу света, т. е. значение полного потока, посылаемого источником, а не его распределение по различным направлениям. Такое измерение может быть произведено в так называемых интегральных фотометрах. Одним из таких фотометров служит шаровой фотометр Ульбрехта. Исследуемый источник подвешивается внутри полого шара К (рисунок 4.5), внутренняя поверхность которого покрыта белой матовой краской Белый матовый экран S защищает отверстие О на поверхности шара от действия прямых лучей источника.

Если отражение света от внутренней поверхности шара К. следует закону Ламберта, то освещенность Е отверстия О пропорциональна полному световому потоку Ф лампы:

Е = сФ

(4.21),

где с — множитель пропорциональности, зависящий от размеров шара и его окраски. Этот множитель определяется экспериментально путем замены испытуемой лампы нормальной. Отверстие О покрыто пластинкой из молочного стекла. Для измерения Е определяют яркость этой пластинки обычным фотометром на оптической скамье или каким-либо иным.

Своеобразной разновидностью визуального метода, пригодного для измерения самых малых яркостей, является метод, разработанный академиком С. И. Вавиловым и известный под названием «метода гашения». Метод гашения заключается в том, что каким-либо способом ослабляют наблюдаемую яркость до порогового значения.

Рисунок - 4.4	Рисунок - 4.5

Зная, во сколько раз пришлось произвести ослабление, наблюдатель может определить исходную яркость. Таким путем удается оценивать яркости в десятитысячные кд/м², что недоступно другим методам.