Приложение Д (обязательное). Метод расчета значений потока излучения

Приложение Д
(обязательное)

Метод расчета значений потока излучения

Д.1 Сущность метода

Д.1.1 Метод применяют для расчета значений потока излучения (в том числе значения погрешностей) для источников излучения в виде ламп накаливания, высокотемпературных АЧТ, протяженных АЧТ и светодиодных источников.

Д.2 Средства измерений и вспомогательное оборудование

Д.2.1 Требования к СИ и вспомогательному оборудованию - по 4.1.2.1.

Д.2.2 Используемые контрольные ФП и ФПУ должны иметь сертификаты калибровки абсолютной спектральной характеристики чувствительности. Калибровка должна проводиться метрологическими службами юридических лиц, аккредитованными на право проведения калибровочных работ в соответствии с действующим законодательством.

Д.2.3 Требования к протяженному АЧТ - согласно приложению Е.

Д.3 Подготовка к измерению потока излучения, создаваемого лампами накаливания

Д.3.1 Подготавливают измерительные приборы и вспомогательное оборудование в соответствии с РЭ, ФО или другими документами, регламентирующими процесс проведения измерений,

Д.3.2 При использовании оптических систем и ослабителей устанавливают их по ходу распространения излучения в соответствии со схемой измерительной установки.

Д.3.3 Следует убедиться, что размер измерительного датчика люксметра меньше размера светового пучка измеряемого потока излучения.

Д.4 Проведение измерения потока излучения, создаваемого лампами накаливания

Д.4.1 Устанавливают измерительный датчик люксметра в плоскость расположения ФЧЭ ФПУ.

Д.4.2 Измеряют освещенность в плоскости ФЧЭ ФПУ от лампы накаливания.

Д.4.3 Измеряют расстояние от лампы накаливания до плоскости расположения измерительного датчика люксметра.

Д.5 Обработка результатов измерения потока излучения, создаваемого лампами накаливания

Д.5.1 Поток излучения (Р) в люменах, падающий на все ФЧЭ ФПУ, вычисляют по формуле

,

(Д.1)

где - эффективная фоточувствительная площадь ФЧЭ ФПУ, м ².

Примечание - Допускается вместо эффективной фоточувствительной площади ФЧЭ ФПУ использовать площадь элемента из технической документации на измеряемое изделие (тут и далее в приложении);

E - освещенность в люксах, измеренная люксметром или вычисленная по формуле

,

(Д.2)

где I - сила света, кд;

l - расстояние между центром тела накала источника излучения и плоскостью ФЧЭ ФПУ, м.

Д.5.2 Относительную погрешность потока излучения вычисляют по формуле

,

(Д.3)

где - относительная погрешность рассогласования положения измерительного датчика люксметра и плоскостью ФЧЭ ФПУ;

- относительная погрешность измерения освещенности люксметром;

- относительная погрешность измерения эффективной фоточувствительной площади ФЧЭ ФПУ; при использовании площади элемента из технической документации на измеряемое изделие принимают равной нулю.

При использовании для расчета освещенности формулы (Д.2) относительную погрешность потока излучения вычисляют по формуле

,

(Д.4)

где - относительная погрешность измерения расстояния от источника излучения до ФЧЭ ФПУ;

- относительная погрешность силы света;

- относительная погрешность измерения эффективной фоточувствительной площади ФЧЭ ФПУ.

Д.5.3 Неопределенность потока излучения , вызванная неравномерностью освещенности фоточувствительной области, вычисляют по формуле

,

(Д.5)

где - относительное значение неравномерности освещенности по поверхности ФЧЭ.

Д.6 Подготовка к измерению потока излучения, создаваемого высокотемпературным АЧТ

Д.6.1 Схема формирования потока излучения, создаваемого высокотемпературным АЧТ, приведена на рисунке Д.1.

1 - АЧТ; 2 - плоскость ФЧЭ

Рисунок Д.1 - Схема формирования потока излучения, создаваемого высокотемпературным АЧТ

Д.6.2 Подготавливают измерительные приборы и вспомогательное оборудование в соответствии с РЭ, ФО или другими документами, регламентирующими процесс проведения измерений.

Д.7 Проведение измерения потока излучения, создаваемого высокотемпературным АЧТ

Д.7.1 Измеряют температуру излучающей полости АЧТ (при необходимости) и размер диафрагмы.

Д.8 Обработка результатов измерения потока излучения, создаваемого высокотемпературным АЧТ

Д.8.1 Поток излучения (Р) в ваттах, падающий на все ФЧЭ ФПУ, вычисляют по формуле

,

(Д.6)

где - постоянная Стефана Больцмана, равная Вт/();

, - коэффициент излучения полости АЧТ и заслонки (диска модулятора) соответственно, отн. ед.;

, - коэффициент использования излучения АЧТ и заслонки (диска модулятора) соответственно, отн. ед.;

, - температура полости черного тела и заслонки (диска модулятора) соответственно, К;

F - площадь отверстия диафрагмы черного тела, м ²;

l - расстояние между диафрагмой черного тела и плоскостью ФЧЭ ФПУ, м.

- эффективная фоточувствительная площадь ФЧЭ ФПУ, м ².

При использовании модуляторов учитывают их влияние на поток излучения согласно ГОСТ Р 59607-2021 (приложение Б).

В случае измерения ФПУ, работающего в видимом, ближнем и коротковолновом ИК диапазонах (0,4-2 мкм) при температуре заслонки (диска модулятора) равной 15 °С - 35 °С допускается упрощение формулы

.

(Д.7)

Д.8.2 Относительную погрешность потока излучения, рассчитанную по формуле (Д.7), вычисляют по формуле

,

(Д.8)

где - относительная погрешность измерения расстояния от источника излучения до ФЧЭ ФПУ;

- относительная погрешность измерения отверстия диафрагмы черного тела;

- относительная погрешность измерения эффективной фоточувствительной площади ФЧЭ ФПУ; при использовании площади элемента из технической документации на измеряемое изделие принимают равной нулю;

- относительная погрешность измерения коэффициента излучения поверхности АЧТ, согласно технической документации; при отсутствии данных на изделие принять равной нулю;

- относительная погрешность измерения коэффициента использования излучения АЧТ. Значения коэффициента зависят от условий измерения спектральной характеристики и приведены в приложении Ж;

- коэффициент, учитывающий абсолютную погрешности установки температуры АЧТ; принимают равным 0,035 для температуры 500 К, 0,013 для температуры 800 К и 0,01 для температуры 1000 К.

- абсолютная погрешность установки температуры полости АЧТ (не более  5 °С).

Д.8.3 Неопределенность потока излучения , вызванная неравномерностью освещенности фоточувствительной области, вычисляют по формуле

(Д.9)

где - относительное значение неравномерности освещенности по поверхности ФЧЭ.

Д.9 Подготовка к измерению потока излучения, создаваемого протяженным АЧТ, при измерении ФПУ с холодной диафрагмой круглой формы

Д.9.1 Схема формирования потока излучения, создаваемого протяженным АЧТ, приведена на рисунке Д.2.

1 - излучающая поверхность АЧТ; 2 - входное окно ФПУ; 3 - плоскость ФЧЭ

Рисунок Д.2 - Схема формирования потока излучения, создаваемого протяженным АЧТ

Д.9.2 Подготавливают СИ и вспомогательное оборудование в соответствии с РЭ, ФО или другими документами, регламентирующими процесс проведения измерений.

Д.10 Проведение измерения потока излучения, создаваемого протяженным АЧТ, при измерении ФПУ с холодной диафрагмой круглой формы

Д.10.1 Измеряют температуру излучающей полости АЧТ (при необходимости).

Д.11 Обработка результатов измерения потока излучения, создаваемого протяженным АЧТ, при измерении ФПУ с холодной диафрагмой круглой формы

Д.11.1 Поток излучения (Р ₀) в ваттах, падающий на центр ФЧЭ ФПУ, вычисляют по формуле

,

(Д.10)

где - постоянная Стефана Больцмана, равная Вт/();

- коэффициент излучения поверхности АЧТ, отн. ед.;

, - коэффициент использования излучения АЧТ для температур (T ₀ + Т) и T ₀;

- температура излучающей поверхности АЧТ при проведении измерений, К. Рекомендуется использовать T ₀ = 300 К;

- разница температур излучающей поверхности АЧТ при проведении измерений, К. Рекомендуется использовать разницу температур  = 3 К;

- эффективная фоточувствительная площадь ФЧЭ ФПУ, м ²;

- диаметр отверстия холодной диафрагмы ФПУ, м ²;

l - расстояние между холодной диафрагмой и плоскостью ФЧЭ ФПУ, м.

Д.11.2 Поток излучения (Р _i,j) в ватах, падающий на каждый ФЧЭ ФПУ, вычисляют по формуле

,

(Д.11)

где - угол между прямой, направленной из центра холодной диафрагмы ФПУ к i,j ФЧЭ и нормалью к поверхности ФПУ из центра холодной диафрагмы (см. рисунок Д.3).

1 - входное окно; 2 - отверстие холодной диафрагмы

Рисунок Д.3 - Схема измерения потока излучения, создаваемого протяженным АЧТ, при измерении ФПУ с холодной диафрагмой круглой формы

Для каждого i,j ФЧЭ ФПУ значение cos ⁴ вычисляют по формуле

,

(Д.12)

где , - координаты i,j ФЧЭ ФПУ, м.

Д.11.3 Относительную погрешность потока излучения, рассчитанную по формуле (Д.7), вычисляют по формуле

,

(Д.13)

где - относительная погрешность измерения расстояния между холодной диафрагмой и плоскостью ФЧЭ ФПУ;

- относительная погрешность измерения диаметра отверстия холодной диафрагмы ФПУ, м ²;

- относительная погрешность измерения эффективной фоточувствительной площади ФЧЭ ФПУ; при использовании площади элемента из технической документации на измеряемое изделие принимают равной нулю;

- относительная погрешность измерения коэффициента излучения поверхности АЧТ, согласно технической документации; при отсутствии данных на изделие принимают равной нулю;

- относительная погрешность измерения коэффициентов использования излучения АЧТ; значения коэффициента зависят от условий измерения спектральной характеристики и приведены в приложении Ж;

- коэффициент, зависящий от спектрального диапазона ФПУ; для ФПУ средневолнового ИК диапазона спектра принимают равным 0,03, для ФПУ длинноволнового ИК диапазона принимают равным 0,01;

- абсолютная погрешность установки температуры излучающей поверхности АЧТ (не более  2 °С);

- относительная погрешность установки разницы температур излучающей поверхности АЧТ.

Д.11.4 Неопределенность потока излучения , вызванная неравномерностью освещенности фоточувствительной области, вычисляют по формуле

,

(Д.14)

где - относительное значение неравномерности освещенности по поверхности ФЧЭ, равное:

- 0,01 при соотношении расстояния от диафрагмы до плоскости ФЧЭ ФПУ к диагонали матрицы более 2;

- 0,02 при соотношении расстояния от диафрагмы до плоскости ФЧЭ ФПУ к диагонали матрицы 1,4-2;

- 0,05 при соотношении расстояния от диафрагмы до плоскости ФЧЭ ФПУ к диагонали матрицы 1-1,4;

- 0,1 при соотношении расстояния от диафрагмы до плоскости ФЧЭ ФПУ к диагонали матрицы 0,8-1;

- 0,15 при соотношении расстояния от диафрагмы до плоскости ФЧЭ ФПУ к диагонали матрицы 0,65-0,8.

Д.12 Подготовка к измерению потока излучения, создаваемого светодиодным источником

Д.12.1 Подготавливают измерительные приборы и вспомогательное оборудование в соответствии с РЭ, ФО или другими документами, регламентирующими процесс проведения измерений.

Д.12.2 При использовании оптических систем и ослабителей устанавливают их по ходу распространения излучения в соответствии со схемой измерительной установки.

Д.12.3 При измерении используют контрольный ФЭПП с известной относительной спектральной характеристикой чувствительности и известной чувствительностью (токовой, вольтовой или др.) в максимуме спектральной характеристики.

Допускается использование ФЭПП с известной абсолютной спектральной характеристикой чувствительности.

Спектральная характеристика чувствительности контрольного ФЭПП, размер ФЧЭ ФЭПП должны быть откалиброваны метрологическими службами юридических лиц, аккредитованными на право проведения калибровочных работ в соответствии с действующим законодательством.

При этом погрешность измерения абсолютного значения спектральной характеристики чувствительности не должна превышать 8 %, а погрешность измерения длины волны не более 0,02 , где - длина волны.

Д.12.4 Убедиться, что размер ФЧЭ контрольного ФЭПП меньше размера светового пучка измеряемого потока излучения.

Д.12.5 Погрешность относительной (абсолютной) спектральной яркости светодиодных источников в плоскости ФЧЭ не должна превышать 8 %, а погрешность измерения длины волны не более 0,02 , где - длина волны. При использовании светодиодного источника, состоящего из одного светодиода, требования по положению плоскости измерения относительной (абсолютной) спектральной яркости не предъявляются.

Д.12.6 Для снижения погрешности измерения рекомендуется включение в состав контрольного ФЭПП диафрагмы для ограничения величины эффективной фотоэлектрической площади. Диафрагма должна быть установлена на расстоянии не более 3 мм от плоскости ФЧЭ ФЭПП. При использовании диафрагмы за эффективную фоточувствительную площадь контрольного ФЭПП принимают площадь диафрагмы.

Д.12.7 Схема формирования потока излучения, создаваемого светодиодным источником, приведена на рисунке Д.4.

1 - источник излучения; 2 - модулятор; 3 - опорный ФПУ; 4 - измерительный прибор; 5 - испытуемый образец

Рисунок Д.4 - Схема формирования потока излучения, создаваемого светодиодным источником

Д.13 Проведение измерения потока излучения, создаваемого светодиодным источником

Д.13.1 Устанавливают контрольный ФЭПП в плоскость расположения ФЧЭ ФПУ.

Д.13.2 Сигнал с контрольного ФЭПП. При использовании модулятора вносят поправку в значение измеряемого потока согласно ГОСТ Р 59607-2021 (приложение Б).

Д.14 Обработка результатов измерения потока излучения, создаваемого лампами накаливания

Д.14.1 Поток излучения (Р) в ваттах, падающий на ФЧЭ ФПУ, вычисляют по формуле

,

(Д.15)

где , - коэффициент использования излучения светодиодным источником для измеряемого ФПУ и контрольного ФЭПП соответственно;

- эффективная фоточувствительная площадь контрольного ФЭПП;

- сигнал (напряжение или ток, в зависимости от чувствительности) с контрольного ФЭПП;

- чувствительность (вольтовая или токовая) в максимуме спектральной характеристики контрольного ФЭПП; при использовании контрольного ФЭПП с известной абсолютной спектральной характеристикой чувствительности принимают равной единице.

Д.14.2 В случае использования в качестве контрольного устройства УФ радиометра поток излучения вычисляют по формуле

,

(Д.16)

где Е - энергетическая облученность на контрольном радиометре.

Д.14.3 Относительную погрешность потока излучения вычисляют по формуле

,

(Д.17)

где - относительная погрешность рассогласования положения контрольного ФЭПП и плоскости ФЧЭ ФПУ;

, - относительная погрешность измерения коэффициента использования источника; значения коэффициента зависят от условий измерения спектральной характеристики и приведены в приложении Ж;

, - относительные погрешности измерения эффективных фоточувствительных площадей ФЧЭ ФПУ и контрольного ФЭПП; при использовании площади элемента из технической документации на измеряемое изделие (ФПУ) принимают равной нулю; в случае использования в качестве контрольного устройства УФ радиометра принимают равной 0;

- относительная погрешность измерения чувствительности в максимуме спектральной характеристики; при использовании контрольного ФЭПП с известной абсолютной спектральной характеристикой чувствительности принять равной нулю; в случае использования в качестве контрольного устройства УФ радиометра принимают равной 0;

- относительная погрешность измерения освещенности люксметром; в случае использования контрольного ФЭПП принимают равной 0.