新国家色温度基准中的测量与控制

　　0　引言

　　中国计量科学研究院于1997年正式立项建立新的国家色温度基准和副基准。这次建标放弃了原先的目视测色温的办法,而代之以黑体为标准,并利用光谱辐射功率测控系统标定出色温灯相对光谱辐射功率,从而计算出该色温灯的色温度。

　　本文主要介绍该项目中光谱辐射功率自动测控系统的改造和调试工作。

　　1　光谱辐射功率测量与控制系统

　　光谱辐射功率测量就是用一色散系统(如单色仪)把被测辐射源所发出的光辐射分解成具有一定带宽的单色辐射后,进行绝对或相对的辐射功率(或称辐射通量)的测量。测量常分为光谱辐照度测量、光谱辐亮度测量或光谱总辐通量测量等几种。为了获得较高的精度,通常采用替代法测量。替代法测量可以减小光源及探测器的不稳定性对测量结果的影响,降低单色仪系统重复测量误差等因素对测量结果的影响,并减小测量光路不对称性等因素对测量结果的影响。

　　1.1　光谱辐射功率测量光路

　　图1为光谱辐射功率测量光路示意图。单色仪、参考灯、平面镜、漫射板等均放置在一平台上,该平台可以在一平行导轨上自由移动。当漫射板面向黑体时,通过快门的开闭将黑体及参考灯的辐射经过漫射板交替导入单色仪,逐个波长进行比较,以黑体作标准标定出参考灯的光谱辐照度。然后移动平台使漫射板面向待测灯,同样通过快门的开闭将待测灯及参考灯的辐射经过漫射板交替导入单色仪,逐个波长进行比较,以参考灯作标准同样可以标定出待测灯的光谱辐照度。

　　在测量过程中,我们测量到的分别是与标准光源及待测光源光谱辐射功率相对应的探测器(如光电倍增管)输出电流值(或电压值)i标(λ)和i测(λ),则待测光源的光谱辐射功率分布为:

　　其中,S标(λ)是黑体或标准灯光谱辐射功率分布。当我们测量出黑体的炉温后,通过普朗克定律,可以计算出黑体的相对光谱辐射功率分布。而标准灯的光谱辐射功率分布则是利用黑体标定出来。

　　光源的光谱辐射功率相对分布值的精确测量,在整个国家色温度基准的建立中占有重要地位。因此,准确快速的测量出光源的光谱辐射功率相对分布是色温度基准建立过程中的关键内容之一。

　　中国计量科学研究院于1981年建立过一套光谱辐射功率自动测量装置,并于1986年改造过一次,但是由于多方面的原因,该系统现在已无法正常运转,不能用于建立新的色温基准,因此,要对原有的测控系统做一定改动。改进的原则是简化硬件电路,突出以软件方式实现控制与测量,并要求新的测控系统运行稳定、测量准确、操作方便。