Визуальные фотометры

 

Приборы для фотометрических измерений, в которых равенство двух излучений устанавливается с помощью глаза, называют визуальными фотометрами.

 

Визуальные фотометры строятся по нулевому методу, так как глаз способен устанавливать равенство или неравенство яркостей. Простейшим фотометром этого типа является

фотометр Бунзена (рис.1.5-а). Он предназначен для измерения силы света и яркости источника.

Рис. 1.5. а). Схема фотометра Бунзена. б). Вид полей сравнения.

Показана неодинаковость яркостей двух смежных полей сравнения

 

Он состоит из рельса 1, вдоль которого могут перемещаться сравниваемые источники света J ₁ и J ₂. Симметрично на рельсе установлена прямоугольная призма, катетные грани которой покрыты белой диффузно отражающей краской. Свет, рассеянный ими, наблюдается в направлении на ребро призмы. При этом глаз наблюдает одновременно обе грани призмы, а её ребро является границей раздела между ними (рис. 1.5-б).

 

Если сравниваемые источники точечные, то освещенности граней в соответствии с (1.11) равны

, (1.24)

где I ₁, I ₂ - силы света сравниваемых источников.

 

При перемещении одного из источников достигается равенство яркостей наблюдаемых одновременно полей сравнения, которое определяется по исчезновению границы раздела. Это произойдет, когда освещенности катетных граней сравняются, то есть Е ₁= Е ₂.

 

Тогда из (1.24) получим при i ₁ = i ₂

I ₁/ I ₂ = (l ₁/ l ₂)².

 

Итак, по известному отношению l ₁/ l ₂ расстояний определяется отношение сил света обоих источников, или при известной силе света, например, I ₁, рассчитывается сила света I ₂. Расстояния l ₁ и l ₂ отсчитываются с помощью измерительных линеек, установленных на рельсе.

Если сравниваемые источники не точечные, то, используя соотношения (1.10), для освещенностей граней получаем

Е ₁ = L ₁·cos i ₁·(A ₁)/(l ₁)², E ₂ = L ₂·cos i ₂·(S ₂)/(l ₂)².

 

При перемещении источников друг относительно друга снова добиваются равенства яркостей наблюдаемых полей сравнения, при котором исчезает граница раздела между ними. Тогда

L ₁/ L ₂ = (l ₁/ l ₂)²·(S ₁/ S ₂),

 

где S ₁ и S ₂ - соответственно излучающие площадки источников J ₁ и J ₂. Таким образом, для протяженных источников, кроме отношения их расстояний до призмы, необходимо знать отношение площадей их излучающих площадок.

 

Для формирования полей сравнения и более точного определения равенства их яркостей используется призменная система - кубик Люммера-Броудхуна (рис.1.6).

Рис.1.6. а). Кубик Люммера-Броудхуна. б). Сравниваемые поля яркостей

 

Она состоит из двух прямоугольных призм А и В, у одной (А) из которых гипотенузная грань оставлена плоской только в центре; края гипотенузной грани сошлифованы. Призмы прижаты друг к другу гипотенузными гранями так, чтобы в месте контакта не было границы раздела, т.е. в месте соприкосновения они ведут себя как однородное прозрачное тело (поставлены на «оптический контакт»).

Пусть на кубик падают световые потоки 1 и 2. Поток 1 в месте контакта пройдет через кубик и выйдет направо. В тех местах, где гипотенузная грань призмы А сошлифована, лучи потока 1 рассеиваются и поглощаются черной краской, которой покрыта сошлифованная часть. Поток 2 вместе контакта пройдет через кубик вниз. В остальных местах он испытает полное внутреннее отражение и выйдет направо. Таким образом, направо выходят лучи обоих световых потоков, что позволяет одновременно наблюдать два освещенных поля. Эти два поля, соответствующие потокам 1 и 2, показаны на рис.1.6-б для случая, когда граница конакта имеет прямоугольную форму.

 

 

Выравнивание яркостей полей сравнения может достигаться не только изменением расстояний до источников. Для этого могут применяться следующие способы:

1. Способ сеток или пластинок с отверстиями. Его применение основано на экранировании части потока непрозрачными частями. Использование этого способа предполагает равномерное распределение яркости пучка по его сечению.
2. Способ, основанный на применении закона Малюса: интенсивность I пучка на выходе двух линейных поляризаторов пропорциональна косинусу угла a между их плоскостями поляризации, т.е. I = 0.5 I ₀cos a.
3. Применение нейтральных светофильтров или поглощающего клина, действие которых основано на законе Бугера-Ламберта-Бера. Согласно этому закону пропускание плоско параллельного слоя прозрачного, но поглощающего вещества определяется его показателем поглощения и толщиной. Поэтому поглощающий клин обеспечит плавное изменение интенсивности прошедшего через него пучка, так как толщина клина плавно меняется при изменении его положения в пучке, а нейтральные светофильтры разной толщины - дискретное.
4. Способ, основанный на применении ослабителя в виде плоско параллельной пластинки, пропускание которой меняется в зависимости от угла падения излучения (формулы Френеля).

 

Приведенные способы визуальной фотометрии можно использовать только при сравнении световых потоков одинакового спектрального состава (так называемая монохромная фотометрия),поскольку только в этом случае глаз может надежно устанавливать равенство яркостей двух полей сравнения.

Монохромная фотометрия - это когда сравниваются излучения в таком интервале Δ λ; длин волн, для которого можно пренебречь зависимостью свойств прибора и приемника излучения от длины волны. В противном случае используют методы гетерохромной фотометрии.