光电响应线性度的测量

出处：按学科分类—工业技术 企业管理出版社《计量专业工程师手册》第505页（2064字）

1．利用平方反比定律

一个发光稳定的点光源，在与光线垂直的平面上产生的照度，与距离的平方成反比。具体的做法是用一个发光稳定的标准光源放在光轨上，调节它至光电接收面的距离，就可得到一系列照度值E₁，E₂，E₃……，记下相对应的光电信号输出值Y₁，Y₂，Y₃……，利用公式9．6－9可计算出在不同输出时的非线性误差。

2．利用贝尔定律

贝尔定律指出，吸收率与溶液中溶质的浓度成正比，与溶液的厚度成正比。因此，利用溶液对光的吸收作用，改变浓度或改变吸收池的厚度都能达到改变光束强度的目的。在测定分光光度计的线性度时，这种方法是方便的。

3．利用偏振器减光法

当起偏器的偏振轴与检偏器的偏振轴夹角为i时，输出的偏振光强度按余弦平方律变化，

I=I₀cos²i (9．6－11)

角度变化是可以精确测定的，因而可以得到一系列已知强度变化规律的光束，从而标定出光电探测器的非线性误差。

4．利用叠加原理

当两束功率相等(或不相等)的光同时照射到一个光电接收面上时，其输出信号应等于这两束光分别照射接收面时的输出信号之和，即

V(a₁+a₂)=V(a₁)+V(a₂)

或

若上式对任何大小的光功率a₁和a₂都成立，则这个光电探测器的响应是线性的。若比值不等于1，则上式变为

式中 δ即为光电探测器的非线性误差。

a₁和a₂两束光，可以用不同的方法来获得，若两束光来自两个独立的光源，称为双光源法；若两束光是从同一个发光体由反射镜或半透半反镜分出来的，称为双光束法；若两束光是由一个光源通过不同的通光孔经而得到的称为双孔径法图9．6－1所示，是一种双孔径线性测试仪的示意图。

图9．6－1 双孔径线性测试仪

光源S的发光面被消色差透镜L成象在光电探测器D的接收面上，在透镜前面放一个双孔光阑，其开孔分别为a₁和a₂，在制作时使a₁与a₂的面积相等(有一点差别也照样可以使用)，由成象理论可知，光源可以通过任何一个开孔成象在D上，当用一个快门挡住a₂时，通过a₁的光射到D上；挡住a₁时，通过a₂的光射到D上，两个快门都打开时，两束光叠加同时照到D上，因此，控制快门的开闭，就可以分别从光电探测器读到输出量V(a₁)，V(a₂)和V(a₁+a₂)，当两个快门都关闭时，可以读出暗电流，把暗电流从上述读数中减去，再用式9．6－13计算非线性误差。若在一个旋转圆盘上打孔a₁和a₂之外，再打上b₁和b₂，c₁和c₂……一对一对面积相同，且，，……即上一对孔与下一对孔的面积是2倍关系，只要打上10对孔，就可测量出输入光量变化为2¹⁰∶1范围内的非线性误差。

这种双孔径测量法具有动态范围大、操作简单、只需控制一个光源等优点，被广泛应用于光电探测器及整个系统的非线性误差测量。

一般来讲，非线性误差的大小，不仅与光电探测器的质量有关，还与它配套使用的放大器、显示器的质量有关，所以往往要把整个系统一起加以考虑，为了知道光电探测器本身的非线性误差，有时需要对放大器、显示器等二次仪表的非线性误差单独用电学的方法加以确定。

【参考文献】：

［1］现代计量学概论，鲁绍曾主编，中国计量出版社，1987。

［2］现代计量测试技术，王江主编，中国计量出版社，1990。

［3］光度学，郝允祥等编着，北京师范大学出版社，1988。

［4］色度学，荆其诚等编着，科学出版社1979，。

［5］Principles Governing Photometry，Metrologia，19，97－101，1983．

［6］Accurate Measurement and Correction for Nonlinearities in Radiometers，J．Res．NBS，67A，1972．