Laboratorium optoelektroniki

Sprawozdanie z ćwiczenia 5:

Pomiary fotometryczne i radiometryczne

Data wykonania ćwiczenia:

20.11.2009r.

Prowadzący ćwiczenie:

Dr inż. Grzegorz Wieczorek

Grupa E4

Sekcja 6:

Mariusz Lachowicz

Krzysztof Atłasik

Mariusz Kaleciński

Jakub Szafrański

1. Przebieg ćwiczenia

Podczas laboratorium zapoznaliśmy się z obsługą przyrządów do pomiarów foto- i
radiometrycznych: miernika mocy światła MM22-1, radiometru-fotometru RF-100 oraz głowicy

fotometrycznej GL-100 i przystawki do pomiaru luminancji PL1.RF-100. Za ich pomocą
zmierzyliśmy parametry i zależności dla kilku elementów optoelektronicznych: trzech zestawów

diod elektroluminescencyjnych oraz wskażnika laserowego.

2. Pomiar luminancji

Na początku zajęć zostały pomierzone wartości luminancji i natężenia oświetlenia na blacie stołu
oraz na podłodze w laboratorium:

Natężenie

oświetlenia [lx]

Luminancja [cd/m

2

]

Blat

stołu:

945

253

Podłoga:

480

75

Mając takie dane, oraz przekształacjąc wzór na luminancję płaszczyzny odbijającej w sposób
rozproszony:

, można obliczyć współczynnik odbicia światła dla każdej z

tych powierzchni (na blacie stołu była to biała kartka formatu A4):

Współczynnik odbicia ρ

Blat

stołu:

0,84

Podłoga:

0,49

Oczywiście bardzo jasna kartka papieru ma znacznie większy współczynnik odbicia, niż ciemna

podłoga, od której odbija się jedynie połowa padającego nań światła.

3. Pomiary radiometryczne – pomiar mocy lasera

Za pomocą radiometru zmierzyliśmy moc promieniowaną popularnego wskaźnika laserowego

(czerwonego) oraz zielonej diody LED SMD. Pomiary były przeprowadzane przy dwóch
długościach fali:

Moc promieniowana [mW]

λ=633 nm

λ=850 nm

Laser czerwony

2,5

2

Dioda LED zielona

0,8

0,7

Długość fali światła emitowanego przez wskaźnik to 633 nm, więc wartość, która została
zmierzona przy tej długości, można uznać za prawidłową. Pomiar dla λ=850 nm natomiast jest

zafałszowany, ponieważ jest to długość fali inna niż nominalna. Przyjmując liniową
charakterystykę przyrządu, możemy obliczyć jej nachylenie z tych pomiarów:

. Znając

to nachylenie można skorygować pomiary dla diody zielonej, aby uzyskać jej rzeczywistą moc. Po
prostych obliczeniach otrzymujemy wynik:

.

4. Pomiary fotometryczne

Za pomocą fotometru oraz regulowanego zasilacza zmierzyliśmy dla trzech zestawów diod LED

zależności natężenia oświetlenia E wyrażonego w luksach od prądu płynącego przez te elementy
wyrażonego w miliamperach.

Z powodu uszkodzenia czterech diod białych nie można było uzyskać prądu większego, niż 16

mA.

Możemy zaobserwować, że charakterystyki te są w zasadzie liniowe, czyli natężenie oświetlenia
diody LED wzrasta proporcjonalnie do prądu płynącego przez nią. Oczywiście nie można bez

końca zwiększać prądu diody, ponieważ w pewnym momencie doprowadzi to do jej uszkodzenia.
Dioda zielona okazała się najwydajniejsza pod względem natężenia oświetlenia, czyli przy tym

samym prądzie doprowadzonym świeciła jaśniej, niż inne diody, mimo że była pojedyncza.

0

100

200

300

400

500

600

700

800

900

0

2

4

6

8

10

12

14

16

18

20

E[lx]

I[mA]

4 diody

6 diod

Dioda zielona

Charakterystyki te powinny być skorygowane przez odjęcie wartości wskazanej przez miernik, gdy
żaden prąd nie płynął przez diody, jednak wartości te okazały się bardzo małe (<0,04 lx),

ponieważ przy mierzeniu używaliśmy plastikowej tuby osłaniającej mierzony układ od wpływu
zewnętrznego oświetlenia. Tak więc korekcja została pominięta.

Wiedząc, że pomiar natężenia oświetlenia był wykonywany w odległości 17 cm, można obliczyć
maksymalną światłość (przy maksymalnym prądzie) diod ze wzoru

:

Maksymalna światłość [cd]

4 diody białe

16,18

6 diod białych

10,81

Dioda zielona

26,01

Znając rozwartości wiązek światła diod:

Kąt płaski Θ

1/2

[ ˚]

Kąt bryłowy Ω

1/2

[sr]

4 diody białe

30

0,214

6 diod białych

60

0,842

Dioda zielona

45

0,478

możemy obliczyć maksymalny całkowity strumień światła ze wzoru

:

Φ

max

[lm]

4 diody białe

3,463

6 diod białych

9,102

Dioda zielona

12,433

natomiast wykorzystując obliczony maksymalny całkowity strumień świetlny można określić
sprawność świetlną daną wzorem

, gdzie P

max

oznacza moc doprowadzoną do diody

przy maksymalnym mierzonym prądzie (

).

I

max

[mA]

U

max

[V]

P

max

[W]

η [lm/W]

4 diody białe

30

16

0,48

7,158

6 diod białych

60

24

1,44

6,321

Dioda zielona

45

12

0,54

23,024

5. Prawo kwadratu odległości

Natężenie oświetlenia w pewnej odległości od źródła światła równa się natężeniu światła tego
żródła podzielonemu przez kwadrat odległości. Można z tego wywnioskować, że po zwiększeniu

odległości dwukrotnie, natężenie oświetlenia powinno spaść czterokrotnie. Podczas laboratorium
wykonaliśmy pomiary za pomocą których można w praktyce sprawdzić słuszność tej zależności,

wykorzystując 6 połączonych miniaturowych białych diod LED. Jedną parę pomiarów
wykonaliśmy bez prądu płynącego przez diody, drugą – przepuszczając przez diody prąd 20,52

mA. Odejmując od drugiego pomiaru pierwszy pozbywamy się z wyniku wpływu oświetlenia
zewnętrznego.

Oto zestawienie uzyskanych pomiarów i wyników obliczeń według ww. wzoru:

Prąd
[mA]

Pojedyncza odległość

Podwójna odległość

Pomiar

Obliczenia

0

100 lx

84,6 lx

25 lx

20,52

241 lx

114 lx

60,25 lx

Korekcja:

141 lx

29,4

35,25 lx

Jak widać, skorygowane wartości natężeń są zbliżone do obliczeń na podstawie wzoru

analitycznego, tak więc można uznać, że prawo kwadratowe obowiązuje dla rozważanego
przypadku.