积分球的原理|发展现状

• 　　积分球是一个内壁涂有白色漫反射材料的空腔球体，又称光度球，光通球等。它能测量LED、COB、模组、光源和灯具的光、色、电的参数。测量参数包括光谱功率分布、辐射通量、光通量、光效、峰值波长、主波长、ZX波长、质心波长、色坐标、色温、显色指数、色纯度、电压、电流、功率等。

  积分球的原理

  　　理想积分球是一个空心的球体，内壁均匀涂布白色的漫反射材料，使整个球壁处处都可以看作是一个余弦漫射面，球壁反射比为ρ，球的半径为R。在球心处悬挂一个光源，其光通量为Φ。

  
  

  　　如下图所示，在积分球球壁上某个小面积ΔS接收到来自光源的一部分光通量ΔΦ，从这个小面积反射出来的光通量等于ρΔΦ。这时ΔS可以看作是一个余弦发光面，它所发出的光均匀分布在球壁的其他部分，积分球球壁的任何部分的照度是相同的。由于球的面积S=4πR2，所以ΔS反射光之后，产生的diyi次照度为ΔE1=ρΔΦ/S。光源的每一部分光通量ΔΦ，都会同样产生如上述所描述的一部分diyi次照度，总和为E1=ρΦ/S。第二次、第三次、第四次……直到第n次的反射，产生的总照度为E=(ρΦ/S)·ρ/(1-ρ)。由于积分球壁的无限多次反射作用，由各次反射光所叠加的照度正比于光源的总光通量。

  
  

  　　值得注意的是上述分析得到的叠加照度都是至少经过一次反射之后得到的，而光源直接照射产生的照度不参与整个计算过程，因此需避免直接照射在积分球探头表面，正比关系才成立，故需要积分球探头前增加挡板避免光源直接照射。

  积分球的发展现状

  　　积分球是具有高反射性内表面的空心球体。它主要用来对处于球内或放在球外并靠近某个窗口处的试样对光的散射或发射，或是光源本身发出的光进行收集的一种GX率器件。能够用来对材料的光学反射透射性能，光源的辐射度、亮度或色度等做一些精确的测量。

  　　现在国内外生产的积分球在外形、大小、形状等大部分参数上相差无几，基本上国外能做到的国内也能生产。唯yi有差别的地方在于涂层。下面从结构、涂层、直径大小等几个方面来介绍国内外的积分球。

  　　在结构方面：

  　　国内外相差无几，积分球外表一般由金属或是硬塑料覆盖，表面上开有一个或多个孔，可以作为入射窗或出射窗。积分球内一般还有遮蔽屏、光陷阱等。一个完整的积分球测量系统还会有载物台、辅助光源、光源转接器、光纤接口等。

  　　在涂层方面：

  　　国内低端的主要为氧化镁(MgO)，硫酸钡(BaSO4)，较高端的则有国产聚四氟乙烯悬浮树脂(F4)。

  　　F4代替常用的氧化镁(MgO)，硫酸钡(BaSO4)作积分球涂层，在0.2~2.5微米波长范围内，光谱反射比都高于MgO和BaSO4，且反射比中性好，有利于减小它对积分球非中性的影响。另外，涂层粘性好，不易破裂与起皱，灰尘可以用清洁的毛刷清除，不会损伤涂层。F4涂层不怕潮湿，暴露在紫外光下也不会变黄。

  　　根据测光积分球的基本原理，使用F4涂层的积分球可以大大提高积分球的效率，通常为MgO和BaSO4的2~3倍。这有利于低透射、弱反射光信号测量，不仅可以提高测量的灵敏度，而且也大大改善了测量的信噪比。ZG计量院、中科院上海技物所等数十家科研、生产等单位已建立了F4测光积分球系统，并显示出新型测光积分球的许多优点。

  　　而在国外，则针对不同情况积分球有各式各样的涂层。如需防水、防潮、耐腐蚀则有Duraflect;工作于近、中红外波段可以使用Infragold;同时工作于紫外、可见光、近红外波段则有Spectralon，并且具有很高的反射率。

  
  

  　　在大小方面：

  　　国内外差距不大，国内积分球可达到的大小有：

  　　直径80、100、150mm的积分球适用于LED、激光、LED(LCD)发光模块、发光屏等的光色测试;

  　　直径300mm的积分球，专用于LED的光色测试，可配合LED专用测试夹具;

  　　直径500mm的积分球，适合于大功率LED，迷你泡，珠泡等光源的光色测试;

  　　直径1000mm的积分球，用于节能灯，环形灯，白炽灯，冷阴极灯，卤钨灯等光源光色测试;

  　　直径1500，1750mm的积分球，用于大功率节能灯，环形灯，白炽灯，卤钨灯，冷阴极灯，直管荧光灯，HID灯等光源光色测试;

  　　直径2000mm，2500mm的积分球，用于大功率节能灯、直管荧光灯、HID灯、无极灯等光源光色测试;

  　　直径3000mm的积分球用于大功率直管荧光灯，HID灯等光源光色测试。

  　　从上可以看出，国内外积分球的差距主要在于积分球内涂层所使用的材料，而积分球的材料在很大程度上决定了积分球的好坏。