JJF 1807-2020 光谱总辐射通量灯校准规范

屮华人民共和国国家计量技术规范

JJF1807—2020

光谱总辐射通量灯校准规范

CalibrationSpecificationofTotalSpectralRadiantFluxLamps

2020-01-17发布2020-04-17实施

国家市场监督管理总局发布

JJF1807—2020

光谱总辐射通量灯

校准规范

CaIibrationSpecificationJJF1807—2020

ofTotalSpectralRadiant

FluxLamps

归口单位：全国光学计量技术委员会

主要起草单位：中国计量科学研究院

参加起草单位：北京师范大学

陕西省计量科学研究院

本规范委托全国光学计量技术委员会负责解释

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本规范主要起草人：

赵伟强（中国计量科学研究院）

刘慧（中国计量科学研究院）

参加起草人：

刘建（中国计量科学研究院）

卢利根（北京师范大学）

李奕（陕西省计量科学研究院）

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目录

引言II

1范围1

2引用文件1

3术语1

4概述1

5计量特性1

6校准条件2

6.1环境条件2

6.2测量标准及其他设备2

7校准项目和校准方法4

7.1校准项目4

7.2校准方法4

8校准结果表达6

9复校时间间隔6

附录A7

附录B8

附录C11

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引言

JJF1001-2011《通用计量名词术语》、JJF1032-2005《光学辐射计量名词

及定义》、JJF1059.1-2012《测量不确定度评定与表示》和JJF1071-2010《国

家计量校准规范编写规则》共同构成本校准规范制订工作的基础性技术文件。本

校准规范为首次发布。

II

JJF1807—2020

光谱总辐射通量灯校准规范

1范围

本规范适用于在带光谱辐射计的积分球校准装置（下称积分球光谱辐射计）

内使用相对比较法校准光谱总辐射通量灯，光谱总辐射通量校准光谱范围为

（350—1100）nmo

2引用文件

本规范引用下列文件：

JJG247总光通量标准白炽灯

使用本规范时，应注意使用上述引用文献的现行有效版本。

3术语

3.1辐射通量的光谱密集度spectraldensityofradiantflux

在波长久处，包含；l的波长元（内的辐射通量d①°与之比，该量的符号

为①“（刃，单位为（W/nm）。

3.2光谱总辐射通量totalspectralradiantflux

为全空间辐射通量的光谱密集度，单位为（W/nm）。

3.3光谱总辐射通量标准灯standardlampfortotalspectralradiant

flux

用于保持和传递某波长或波长范围的光谱总辐射通量量值的特定光源。

440

光谱总辐射通量灯用于传递某波长或波长范围的光谱总辐射通量量值，一般

是特别挑选的白炽灯、漠钩灯、LED灯或其他光源。根据规定条件老化后，按照

规定点燃条件，光谱总辐射通量量值重复性好且长期较稳定。

对光源的特性评价中普遍使用积分球和光谱辐射计的组合进行光源总光通

量和颜色参数的测量，光谱总辐射通量灯可同时实现这两个量值的传递，广泛用

于光辐射测量领域。

5计量特性

光谱总辐射通量（量值校准光谱范围350nm〜1100nm）。

1

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6校准时

6.1环境条件

实验室的温度应处于在（23±3）°C范围内，在测量过程中温度的变化不得大

于3°C,相对湿度：W80%。环境应清洁，无腐蚀性气体，周围无影响仪器正常

工作的粉尘、震动和电磁场的干扰。

6.2测量标准及其他设备

6.2.1光谱总辐射通量标准灯

标准灯的性能应符合JJG247《总光通量标准白炽灯》中一级标准灯的计量

性能要求，功率不低于100W,色温不低于2856K,给出其光谱总辐射通量值，并在

有效校准周期内。

测量标准至少由三支标准灯组成，标准灯的不确定度和一致性要求见表1.

表仁标准灯光谱总辐射通量相对不确定度和一致性要求

波长范围相对不确定度（扫2）灯组内一致性

350nm<A<380nmW5.0%W3.0%

380nm<2<450nmW3*5%W1.0%

450nm<2<780nmW2.0%W0.5%

780nm<2<llOOnmW2.5%W1.0%

6.2.2校准装置

校准装置主要由积分球光谱辐射计、供电与电测仪器组成。使用相对比较法

测量光源的光谱总辐射通量值。积分球光谱辐射计结构示意图见图lo

图1.校准装置的结构示意图

6.2.2.1光谱辐射计

光谱辐射计的最小输出带宽W5nm,最小采样间隔W5nm,波长示值最大允

许误差±0.5nm。

6.2.2.2积分球

2

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积分球球壳内表面应力求为一完整球面，不应有裂痕和凹凸不平等缺陷，密

闭性良好。球的内壁和球内物件如挡屏、导线、灯座等应均匀涂上一层白色漫反

射涂料，涂层反射率80%以上。球内设置的与测量有关的物件之表面积和件数应

减到最少。球内设置的挡屏，其大小以遮住探测器窗口使之不被球内光源直接照

射即可，不宜过大。挡屏的中心处在球心与窗口中心的连线上，距离球心二分之

一至三分之一球半径处，且挡屏表面应与此连线垂直。在积分球的赤道线上开一

个小圆孔，圆孔上嵌光纤收集面，收集面上安有漫透射良好的平面余弦校正器,

其向球内的一面应与球的内表面相截，且垂直于球心与窗口中心的连线。所用积

分球的直径不得小于1.0IDo被测量光源的最大尺寸应不大于所使用积分球直径

的1/10。

6.2.3供电电源及电测仪表

采用直流稳流/稳压电源或交流稳压电源供电。直流电源的最大输出电压和

输出电流均分别不小于灯泡工作电压和工作电流的1.2倍。直流稳压或稳流电源,

稳定输出时，10min内电压变化不大于0.02%o交流电源的最大输出功率应不小

于灯泡消耗功率的1.5倍，稳定输出时，10min内电压变化不大于0.1%o两种

电源的输出电压均能从0V开始连续可调。电测仪表的等级应与所使用灯的要求

匹配，其中直流电测仪表不低于0.02级，交流电测仪表不低于0.1级。

标准灯与被校灯均应采用四线法的接线方式。直流和交流供电与电测电路图

见图2和图3.

直盍瘪盍

聰压电源

标准电阻

电压测量仪表

图2直流供电与电测电路图

压器及调电源稳压交流压器及调电源稳压交流

图3交流供电与电测电路图

3

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7校准项目和校准方法

7.1校准项目

光谱总辐射通量灯的校准项目为光谱总辐射通量。

7.2校准方法

7.2.1实验前准备

外观检查：将灯泡玻壳擦拭干净，察看灯泡的外观以及灯头的装配质量。査

看时不能用手触摸玻壳，应戴手套或垫纱布。玻壳应无色、透明度高，无明显反

碱、发雾、波纹、气泡、砂粒、擦伤等缺陷；灯丝与电极的连接可靠，灯头与玻

壳的固定牢固。

校准装置预热。装置定标前，应用一只和被校灯功率接近的普通灯在积分球

内点燃，减少积分球内壁上附着的水汽；同时预热光谱辐射计，使其响应度稳定。

预热时间根据经验确定，通常为30min。

7.2.2灯的点燃方式

灯泡应装在积分球内部中心位置，发光体位于球心，灯头在上，玻壳在下。

接通供电线路时，加在灯上电压（或电流）应低于灯标称电压（或电流）的10%,

然后缓慢地升到规定的工作电流值或工作电压值。当档屏遮挡光源形成的光影可

分辨时，调整灯的位置使挡屏的投影中心与接收器窗口中心重合。白炽灯的预燃

时间一般为（3-7）min。LED灯的预热时间一般不超过30min。待发光稳定

后正式进行光参数和电参数的测量。测量完毕，在（10〜20）s内平缓地将电

压降到灯标称电压的10%以下，才断开电源。

7.2.3光谱辐射计的参数设置

设置光谱辐射计的参数，选择合适的量程和波长范围。对于阵列式CCD的光

谱辐射计，设置光衰减片和积分时间，或者设定为自动量程，使得最大信号为满

量程的80%左右；对于扫描式光栅型单色仪，应根据入射狭缝、出射狭缝和波长

间隔,选择合适的灵敏度。工作的波长范围应该根据标准灯和被校灯的光谱范围

确定，如（350-1100）nm对于变化缓慢的宽光谱光源，采样间隔应小于或者

o

等于5nm对于准单色光源（如LED）或者带窄光谱谱线的混合光谱光源（如荧

0

光灯），采样间隔应小于或等于2nmo

7.2.4校准装置的定标

在校准被校灯前，应先进行校准装置的定标操作。

积分球光谱辐射计的定标有两种方法，可采用其中之一进行。第一种方法采

用1只标准灯定标校准装置的光谱总辐射通量光谱密集度常数,用另外2只标准

灯验证。第二种方法采用3只标准灯的平均值作为校准装置的光谱总辐射通量光

谱密集度常数。

7.2.4.1方法一：定标验证法

按照7.2.2规定方式点燃光谱总辐射通量标准灯，读取光谱辐射计相应波长

点光谱响应值叫田,1（2）。该标准灯在相应波长点的光谱总辐射通量值为鶴,1⑷，

则光谱总辐射通量的光谱密集度常数为

4

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c®)=(1)

叫td,1⑷

系统定标后，测量标准灯组内的另外2只标准灯。根据上述常数可测量光谱

总辐射通量CTW=CW-^⑷(片2,3)。比较标准灯的光谱总辐射通量

值如,0(心2,3)和测试值鑑丁(2)(z=2,3)。则光谱总辐射通量值的一致性偏

差为

爲(入)=£血d'i丫)i⑷X100%(i=2,3)(2)

4仏)反映了灯组内各只灯的量值一致性和系统的测量重复性，应满足6.2.1中

的一致性要求。若用于验证的标准灯光谱总辐射通量标准值和测试值偏差值超过

给定值，应重测或更换标准灯，并重新对系统进行定标操作，并重复前述的验证

过程，直至偏差值小于给定值。

7.2.4.2方法二：平均值法

按照7.2.2规定方式分别依此点燃光谱总辐射通量标准灯。测量光电读数为

鸣(2)(i=l,2,3)o该标准灯在相应波长点的光谱总辐射通量值为

(2)(z=l,2,3),则波长点；I的光谱总辐射通量的光谱密集度常数是每只标

准灯对应常数的平均值，即

13

c(x)=⑶

3i=l

其中

心縉(4)

计算单只标准灯光谱总辐射通量光谱密集度常数的相对偏差：

可(2)=9⑷：⑷xlOO%(z=1,2,3)(5)

c⑷

4'仏)反映了灯组内各只灯的量值一致性和系统的测量重复性，应满足6.2.1中

的一致性要求。若超差，应重新对系统进行定标操作，直至偏差值小于给定值。

7.2.5校准及数据处理

校准装置定标完成后，进行被校灯的校准。

被校灯需按7.2.2方式点燃，独立装调并至少测量读数两次。测量所得第

1,2次被校灯的光谱辐射计的光谱光电读数是％耐仏)(丿=1，2)。则第1,2次

被校灯的光谱总辐射通量为

九时(久)之(2).%心(2)(丿=1,2)(6)

两次测量的偏差不应大于2.0%(350nmW2<380nm),0.5%(380nmW2W

1100nm)若偏差超过上述给定值，应增加测量次数。取剔除离散值后的n(n$

5

JJF1807—2020

2）次测量结果的平均作为校准值，同时根据实验情况重新评定测量不确定度。

剔除离散值后测量的平均值，即

1«

妇⑷"丫仏⑷g2）7）（

n：=1

为该被校灯的光谱总辐射通量。

若被校灯与定标用的标准灯的外形和表面积有明显差异，应进行光谱吸收修

正。方法见附录C。

对于校准结果，电流应给出5位或4位有效数字，电压应给出4位有效数字，

光谱总辐射通量应给出3或4位有效数字。

8校准结果表达

校准结果应在校准证书或校准报告上反映，校准证书数据页格式见附录Ao

校准证书或校准报告应至少包括以下信息：

a）标题：“校准证书”；

b）实验室名称和地址；

c）进行校准的地点（如果与实验室地址不同）；

d）证书的唯一性标识（如编号），每页及总页数标识；

e）客户的名称和地址；

f）被校对象的描述和明确标识；

g）进行校准的日期，如果与校准结果的有效性和应用有关时，应说明被校对象

的接受日期；

h）如果与校准结果的有效性应用有关时，应对被校样品的抽样程序进行说明；

i）校准所依据的技术规范的标识，包括名称及代号；

j）本次校准所用测量标准的溯源性及有效性说明；

k）校准环境的描述；

l）校准结果及其测量不确定度的说明；

m）对校准规范的偏离的说明；

n）校准证书或校准报告签发人的签名、职务或等效标识；

o）校准结果仅对被校对象有效的声明；

P）未经实验室书面批准，不得部分复制证书的声明。

9复校时间间隔

光谱总辐射通量灯的复校时间间隔建议为1年。若累计使用时间达到100h,

或发现测量结果异常时，应随时进行校准。使用者可根据实际的使用情况，自主

决定复校时间间隔。

6

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附录A

光谱总辐射通量灯校准证书内页参考格式

证书编号：

灯号灯电流灯电压

(A)(V)

波长光谱总辐射校准结果的波长光谱总辐射校准结果的

(nm)通量不确定度(nm)通量不确定度

(W/nm)(W/nm)

校准员:核验员:

7

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附录B

光谱总辐射通量灯校准的不确定度评定示例

本附录以780nm波长位置为例，对用24V100W型光谱总辐射通量标准灯

组，在直径2.0米的积分球光谱辐射计内校准24V100W型光谱总辐射通量灯的

测量结果，进行不确定度评定。其他波长以此类推。

B.1校准方法

24V100W型光谱总辐射通量标准灯（下面简称标准灯）和被校准的24V100W

型光谱总辐射通量灯（下面简称被校灯）在配用光谱辐射计的积分球内按本方法

的相关规定顺序点燃，将它们各自的光谱总辐射通量光电读数和光通量光电读数

相互比较，计算出被校灯的光谱总辐射通量量值。

B.2测量模型

用积分球光谱辐射计测量,使用三只标准灯的光谱总辐射通量光谱密集度常

数平均值作为定标后光谱密集度常数，则被校灯光谱总辐射通量按公式8）（计

算：

血或⑷之⑷Wtest⑷G*⑷8（）

式中：c（2）是校准装置的光谱密集度常数；

齐test（刃为被校灯的光谱密集度测量读数；

Cabs（刃是光谱吸收修正因子。

B.3合成相对标准不确定度计算公式

心l（＜Lt⑷）=%：1C（2（））+此（加⑧⑷）+"：i（Cabs⑷）9）（

本示例中，2=780nm。

B.4c（2）的不确定度评定

c（2）的不确定度主要包含三个分量。

（1）标准灯光谱总辐射通量的不确定度分量。

定标校准装置用的标准灯量值是通过变角辐射计导出。依据变角辐射计

8

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不确定度评定，该分量为“11=0.8%

(2)电测系统差异的不确定度分量。

因所用的电测系统差异，因而定标校准装置用标准灯的电流与标准电流

值存在微小差异，估计最大差异为0.02%,,同时根据经验，光谱总辐射

通量对电流差异的敏感系数在微小范围约等于6,因而，该分量为

0.02%/门e

=

W|2=—-x60.07%

(3)各种随机因素的影响的不确定度分量。

测量中，使用了6只标准灯，它们的常数c(780)i=2.434X10-5,2.437X

5555

IO?2.438X10',2.438X10',2.438X10',2.436XIO'.,计算平均值的

相对实验标准差值，得1/13=0.027%-

则c(780)的相对标准不确定度w(c(780))为上述三项的方和根：

rel

222

w(c(780))=7(0.8%)+(0.07%)+(0.027%)=0.804%(10)

rel

B.5被校灯量值九t⑷的不确定度评定

(1)被校灯测量值读数重复性的不确定度评定。

被校灯的测量值，测量10个读数，分别是0.026653,0.026665,0.026687,

0.026667,0.026654,0.026660,0.026690,0.026650,0.026690,0.026685-

计算平均值的相对实验标准差值，得“21=0.019%。

(2)灯在重复点燃时，光谱总辐射通量会在一定范围起伏，根据经验，其分

散性约为"22=0.1%

(3)因光谱辐射计非线性的不确定度分量。

标准灯和被校灯的量值大小存在差异，因光谱辐射计非线性,根据经验，

评定该不确定度分量得“23=0.1%；

(4)因积分球空间响应不均匀引入的不确定度评定

标准灯和被校灯的光分布存在差异。根据经验，评定该不确定度分量得

辺4=0.1%；

贝!)mtet(780)相对标准不确定度^(^(780))为上述四项的方和根

S

2222

(万test(780))=7(0.019%)+(0.10%)+(0.10%)+(0.10%)=0.174%(11)

B.6修正因子不确定度的评定

由于标准灯和被校灯的类型相同，故不考虑吸收修正。

B.7相对标准不确定度来源的评定结果

相对标准不确定度分量及相关信息，见表B1

9

JJF1807—2020

表Bl780mn位置相对标准不确定度来源的评定值

相对标准不确灵敏系数

不确定度来源类别

定度

标准灯光谱总辐射通量0.8%1B

光谱密

电测系统0.07%1B

集度常

标准灯组的随机因素的影1

数0.03%A

响

被校灯的测量重复性0.02%1A

被校灯重复点燃时量值分1

测量0.1%B

散性

读数

光谱辐射计非线性0.1%1B

积分球空间响应不均匀0.1%1B

修正

吸收修正/1/

系数

B.8相对合成标准不确定度

不考虑吸收修正。上述各不确定度来源独立，不相关。相对合成标准不确定

度的计算公式简化为

%1(0皐780))=』必心(780))+此伽除(780))

22

=7(0.804%)+(0.174%)=0.82%«0.9%(12)

B.9扩展不确定度的评定

取包含因子后2,则扩展不确定度为

久1=0.9%x2=1.8%

本次校准结果的相对扩展不确定度评定值是

久产1・8%(k=2)

10

JJF1807—2020

附录c

光谱吸收修正系数及计算方法

在积分球内适当位置点燃一只辅助灯（通常是一只发光稳定的餌丝灯）并遮

挡住其射向测量窗口和被校灯的直射光。在正常安装标准灯的位置上安装上一只

定标用的标准灯（不点燃），闭合积分球，待辅助灯发光稳定后读取此时的光信

号读数AtaWo取下标准灯，在相同的位置上装上被校灯（不点燃），同样闭合

积分球并读取光信号读数AestWo则该只被校灯吸收修正因子Cabs（2）按公式

(13)计算:

(13)

光谱吸收修正按公式14）（计算:

姫)胡(QCbQ)(14)

式中：4W——该只灯的光谱总辐射通量测量值;

0（刃一一是修正后的光谱总辐射通量值。

11