技术领域 本发明属于光和辐射测量领域， 具体涉及一种手持式光辐射度计。

背景技术

光辐射测量装置广泛应用于现场照明、照明工 业和实验室等测试场合。但现有的光辐射 测量装置或存在测量准确度不高、 或线性动态范围窄、 或体积大、 或使用不便等不足。 实验 室用的光谱辐射测量装置虽然精度能够保证， 但设备体积往往很大， 现场测量十分不便， 且 即使搬到现场， 由于其测量条件与实验室迥异， 也难以实现较高的测量准确度； 小型的手持 式光辐射测量装置虽然使用方便， 但往往不能有效地测量光谱辐射照度信息和准 确的照度 值。

现有的手持式光辐射度计中， 如手持式光照度计， 仅设置有光度探头， 无法测量光谱信 息， 光度探头存在较大的 ν(λ)光谱失匹配误差； 现有手持式光谱仪， 该类装置只能测量光谱 信息， 灵敏度低， 测量的光度范围很小。 特别是到 10 lux以下， 无论是光谱测量精度， 还是 光照度测量精度， 都十分低。 到目前为止， 还未见既能够在实验室使用又能够在现场使用 ， 既能够测量光谱辐射照度又能够测量光照度， 既能够实现较大的测量动态范围， 又能够实现 较高测量精度的小巧的手持式光辐射度计或者 相关的技术报导。

发明内容

针对上述现有技术的不足，本发明旨在提供一 种可有效校正光谱失匹配误差的手持式光 辐射度计及其校正方法， 可实现光谱辐照度、光照度和色度等各项参数 的同时测量， 具有线 性动态范围宽、 测量准确度高、 操作方便、 成本低等特点。

本发明所述的一种手持式光辐射度计是通过以 下技术方案实现的。一种手持式光辐射度 计， 其特征在于， 包括手持式主机和取样装置， 所述的手持式主机上设置显示屏； 所述的取 样装置内包括光敏面并列设置的光度测量模块 和光谱测量模块，光度测量模块包括余弦修正 器、 光谱响应修正单元和光电传感器， 光谱测量模块包括色散单元和阵列探测器， 光度测量 模块和光谱测量模块接收被测光线。

本发明将光度测量模块和光谱测量模块集成在 同一个取样装置内，被测光线直接或者间 接（如经反射后）入射到取样装置上， 取样装置上的光度测量模块和光谱测量模块的 光敏面 并列设置， 可同时接收被测光的光信息， 分别测量被测光的光度和光谱信息。 由于光度测量 模块（如光电传感器使用硅光电池）在大跨度 动态范围内具有极好的线性， 而且光谱测量模 块的测量波段覆盖或者接近覆盖光度探头的测 量波段， 可利用光谱测量模块测得的光谱信 息， 按照公式 (1)有效校正光度探头的 ν(λ)失配误差， 光度值的测量精度大大提高。

上述技术方案中用的手持式光辐射度校正方法 ， 其特征在于， 取样装置上的光度测量模 块和光谱测量模块分别测量被测光的光度和光 谱信息，利用光谱测量模块的测量值校正光度 测量模块的测量值，以校正光度测量模块的 ν(λ)失配误差，得到精确的光度量。校正公式 为：

其中， E _{T e} 为校正后的光照度值， Ε _τ 为光度测量模块直接测得的被测光的光照 度值， ρ{λ)为光谱测量模块测得的被测光的相对光谱 功率分布， ^μ)^为光度测量模块的相对光 谱灵敏度， ρμ) 为对光度测量模块进行定标的标准源的相对光 谱功率分布， νμ)为 CIE 标准光谱光效函数。 为积分起始波长， λ ₂ 为积分终止波长， 单位均为 nm， 一般 分别为 380nm和 780nm。

光度测量模块测得的光度值经上述校正后， 不仅具有较好的线性， 而且测量准确度也大 大提高。利用光度测量模块校正后的测量值 E _{T e} 可以按照下式获得光谱测量模块的绝对光 谱 辐照度 £。（λ；)， 如下式所示：

K _m 为最大光谱光视效能，对于明视觉， K _m 为 683 lm/W _; 对于暗视觉， K _m 为 1725 lm/W。 E _{T e} 为明视觉照度时， K _m 为 683 lm/W。 根据光谱测量模块的绝对光谱辐照度£。(； λ)， 可以计算获得准确的辐射量值。 本发明中， 所述的光度测量模块和光谱测量模块的光敏面 处于同一平面， 或者各测量模 块的光轴成一定的夹角设置。光度测量模块和 光谱测量模块的光敏面的相对位置可以灵活设 置， 能够接收接近于同一方向的入射光即可。光谱 测量模块的绝对测量值可以根据光度测量 模块的测量值按照 （2) 式进行校正， 以上校正可以通过软件实现。

作为一种技术方案， 包括用于定位光度测量模块的光敏面的定位机 构， 所述的定位机构 与光度测量模块光敏面的相对位置固定。定位 机构用于方便实现对光度测量模块光敏面的精 确定位， 如定位机构与光度测量模块光敏面的相对位置 确定， 通过定位机构与被测光源的相 对位置可确定光度测量模块光敏面所在平面， 以获得指定平面上的照度测量值。 优选地， 定 位机构与光度测量模块的光敏面同轴设置， 例如定位机构为圆形螺纹孔， 圆形螺纹孔与光度 测量模块的光敏面同轴设置， 以精确定位光敏面； 同时匹配合适的机械部件， 还可以起到固 定取样装置的作用。 此外， 定位机构的位置可灵活设置， 可内置于取样装置中， 也可以外露 于取样装置， 或者是设置在取样装置的某一平面上。

本发明中，可包括多个取样装置，各个取样装 置均与手持式主机通过电线连接（电连接) 或者通过无线电波连接 （无线连接）， 各个取样装置的测量结果均被输送至手持式主 机中。 各个不同的取样装置用以接收不同位置的被测 光线，可同时获得各取样装置接收光信号的光 度、 光谱和色度信息。 例如， 多个取样装置分别设置在空间的不同位置， 各位置处的入射光 的光度和色度信息可通过一次测量得到， 即该空间内的光色度分布信息。本发明还可以 包括 微处理器， 微处理器设置在手持式主机和 /或者取样装置中， 光度测量模块和光谱测量模块 的测量数据传输至微处理器中分析、 处理。若微处理器设置在手持式主机中， 显示屏与微处 理器电连接， 取样装置的测试数据被输送至手持式主机中的 微处理器， 微处理器将数据处理 结束后， 通过显示屏显示分析结果； 或者微处理器设置在取样装置中， 微处理器直接在取样 装置内部处理测试数据， 再将处理结果传输到手持式主机的显示屏上显 示； 或者测试数据也 可以通过 USB接口和上位机进行高速通讯， 将数据传输到上位机上进行处理， 数据传输可 靠性高， 速度快。 此外， 也可以在手持式主机和取样装置中均设置微处 理器， 取样装置中的 微处理器收集测量数据， 并将测量数据传输至手持式主机中的微处理器 中分析、 处理。

与现有技术相比， 本发明可同时实现被测光的光谱和光度测量， 在光度测量模块和光谱 测量模块的精度均不高的情况下， 利用覆盖光度测量波段的光谱信息， 校正光度测量模块的 光度测量结果， 有效地校正了手持式光度计的光谱失匹配误差 ， 测量精度高； 同时还可实现 色度和光度分布信息的测量， 具有线性动态范围宽、测量准确度高、测量效 率高、操作方便、 成本低等特点。

本发明还可以通过以下技术方案进一步完善和 优化： 作为优选， 所述的手持式主机和取样装置一体式设置且相 互连接， 取样装置的光敏面可 与手持式主机相对转动和 /或滑动。 手持式主机和取样装置通过机械和电子连接， 且显示屏 和取样装置的光敏面可发生任意角度的相对转 动或滑动，方便收集各方向上以及各位置处的 光信号， 以满足不同的测试需求。

作为优选， 所述手持式主机和一个或者两个以上的取样装 置分离式设置， 手持式主机和 各个取样装置均通过导线电连接或者通过无线 方式交换数据。手持式主机可以与取样装置分 离设置， 如在野外或者现场测试时， 手持式主机在同一个位置， 各个取样装置设置在各个不 同的位置， 取样装置与手持式主机之间通过导线电连接或 者无线连接， 其测试数据分别通过 导线或者无线传输的方式输入至手持式主机中 。

作为优选，所述的显示屏为彩色触摸显示屏， 显示屏上显示的测量结果包括照度、色温、 显色指数和光谱曲线。取样装置中光度和光谱 测量模块测得的光度和光谱信息， 经过微处理 器处理后， 在彩色触摸显示屏上显示； 显示内容包括但不限于： 照度、 相对光谱功率分布、 绝对光谱辐照度分布、 色温、 显色性指数、 色品图、 黑体轨迹、 颜色容差范围等光度和色度 测量结果。

作为一种技术方案， 所述的测量结果在显示屏上整屏显示， 或者采用触摸滑动的方式分 屏显示， 或者通过触摸点击的方式分别显示。 本发明中， 显示屏的方式可以灵活选择， 测量 结果可以在同一个显示界面上全屏显示； 或者不同的测量结果显示在不同的界面上， 通过上 下或者左右滑动（拉动或者拖动）显示屏的方 式分屏显示； 或者显示屏上仅显示测量结果名 称或者图标， 通过触摸点击的方式分别显示不同的测量结果 。此外， 显示屏上显示的内容还 可根据测量结果的类别，在多个界面上分类显 示测量结果，例如， 与照度相关的， 如光照度、 光谱辐照度等显示在显示屏的同一界面上； 与颜色参数相关的， 如显示指数、色温、色品图、 黑体轨迹、 颜色容差范围等显示在显示屏的同一界面上； 与光生物安全相关的， 如 UVI、 光 化学紫外危害、 眼睛的近紫外危害、 视网膜蓝光危害、 视网膜热危害、 （眼睛）近红外危害、 (皮肤）可见和红外危害等显示在显示屏的同� �界面上， 在触摸屏的同一界面上显示同类参 数， 便于分析。

作为一种技术方案，所述的取样装置内部设置 用于修正取样装置温漂误差的温度传感模 块。温度传感模块可以实时监测和控制取样装 置的温度， 实现对于取样装置的恒温。温度传 感模块也可以实时监测取样装置的温度， 以实现对取样装置的的测量结果进行动态修正 ， 提 高测量准确度， 同时， 装置也可以测量和显示温度。 本发明中， 光谱测量模块的数量可以是一个， 该光谱测量模块的测量波长范围为可见光 波段的 380nm-780nm,至少覆盖 400nm-700nm的波长范围； 在需要时， 在紫外到近红外范围 200nm— 3000nm, 设置两个或者多个光谱测量模块。

作为优选， 所述的光谱测量模块包括一个以上测量波段首 尾交叠的光谱测量模块， 叠加 测量波段覆盖光度测量模块的测量波段。相比 于一个测量波段较宽的光谱测量模块， 选用两 个或者两个以上测量波段较窄的测量模块共同 叠加覆盖光度测量模块的测量波段，可以实现 更高的光谱测量精度。

作为一种技术方案， 包括两个测量波段首尾交叠的光谱测量模块， 分别为测量波段为紫 外-可见的第一光谱测量模块以及测量波段为� �见-红外的第二光谱测量模块。 根据光度测量 模块的测量波段， 可灵活选择第一光谱测量模块和第二光谱测量 模块的测量波段， 例如， 光 度测量模块的测量波段为 380nm-780nm， 第一光谱测量模块的测量波段为 200nm-650nm， 第二光谱测量模块的测量波段为 600 _n m-1100nm， 利用第一光谱测量模块和第二光谱测量模 块叠加波段中的 380 _n m-780nm的光谱信息， 来校正光度测量模块的光谱失匹配误差， 即可 实现光度值的高精度测量； 此外， 由于第一光谱测量模块可得到包括紫外波段在 内的光谱信 息， 可利用紫外光谱信息评价皮肤和眼睛的光化学 紫外危害、 眼睛的近紫外危害等； 同时由 于第二光谱测量模块可得到包括近红外波段的 光谱信息，利用近红外光谱信息可评价（眼睛 ) 近红外危害、 （皮肤） 可见和红外危害等。

作为一种技术方案， 所述的光度测量模块和光谱测量模块均与手持 式主机电连接。该技 术方案中， 手持式主机和取样装置采用数据线电连接的方 式实现控制和数据传输， 取样装置 中的光度测量模块和光谱测量模块的测量结果 ， 分别通过数据线传输到手持式主机上； 同时 手持式主机也可以通过数据线向取样装置发送 测试信号，取样装置内的光度测量模块和光谱 测量模块接收到来自手持式主机的测试信号后 开始测试。取样装置中的光度测量模块、光谱 测量模块与手持式主机有线通讯可以选择多种 方式中的一种， 例如可通过排母 (；或排针)和卡 销 (或卡口)等方式实现通讯， 在手持式主机上设置主机通讯接口， 取样装置上设置取样通讯 接口， 主机通讯接口和取样通讯接口相耦合； 主机通讯接口为排母 (；或排针)和卡销 (或卡口）， 取样通讯接口为排针 (或排母)和卡口 （或卡销)， 排针和排母通过卡扣和卡销控制其连接状 态； 或者主机通讯接口和取样通讯接口通过 USB通讯接口连接。

作为另一种技术方案， 包括用于接收和 /或发送信号的无线模块， 所述的取样装置和手 持式主机内部均设置无线模块，取样装置内的 光度测量模块和光谱测量模块的测量结果通过 无线传输的方式输送至手持式主机中。 这里的手持式主机为移动智能终端， 如平板电脑、 智 能手机或者专用智能终端等， 在取样装置和手持式主机内部分别设置无线模 块， 两个无线模 块组成无线通信网络， 例如蓝牙、 GPRS、 Wi-Fi WLAN、 3G、 Zigbee、 CDMA等， 无线通 信网络的具体形式可以根据具体应用的场合和 测量方式来选择，取样装置和手持式主机之间 通过无线传输的方式进行上位控制和数据传输 。例如， 手持式主机中的无线模块发出测试信 号， 取样装置中的无线模块接收该测试信号、并触 发其内部的光谱和光度测量模块接收被测 光信号， 测试结束后， 测试结果通过无线通信网络传输至手持式主机 中分析、 处理。

作为优选， 包括用以校正光度测量模块的光谱失匹配误差 的运算单元， 所述的运算单元 设置在取样装置或者手持式主机中。运算单元 可以是独立的数字处理芯片， 也可以是手持式 主机中的微处理器可编写和可调运的校正算法 程序。 若为数字处理芯片， 还包括寄存器， 数 字处理芯片利用光谱测量模块的测试结果得到 光度测量模块的光谱失匹配校正系数，将该系 数存储至寄存器中， 用来校正光度测量模块所测得的光度量。若运 算单元为算法程序， 微处 理器获得光谱测量模块的测试结果，再调运算 法程序计算光度测量模块的光谱失匹配校正系 数， 并将校正系数存储至微处理器中， 校正光度测量模块所测得的光度量， 得到更为准确的 光度量。

作为优选， 包括设置在取样装置内部、用于识别取样装置 的识别码存储器。 识别码存储 器内的信息可读写， 并与光度测量模块和光谱测量模块电连接， 测量模块测试完数据， 读取 识别码， 并将测试数据和识别码传输至手持式主机中； 若取样装置中设置有数字处理芯片， 识别码存储器即为芯片存储器， 且芯片与光度测量模块和光谱测量模块电连接 ， 测量模块测 试完数据， 数字处理芯片处理数据， 并调用识别码， 将测试数据和识别码传输至手持式主机 中， 以便手持式主机识别来自不同取样装置的传输 数据。

作为优选， 所述的手持式主机为移动智能终端， 如平板电脑、 智能手机等移动智能终端 以其便携、操作方便、拓展性好等特点，使得 终端控制和取样装置之间可实现多种通讯方式 ， 测控方便、 灵活， 不仅有效地提高了工作效率， 且可满足各种测试场合的应用需求。

作为优选，所述的微处理器内部存储定标数据 。在定标时，微处理器自动调用定标数据， 简化测量操作， 方便实用。

作为优选， 装置包括电池， 在取样装置中设置电池， 这里的电池为可充电的电池， 一般 为可充电锂电池。

综上所述， 本发明通过设置包括光度测量模块和光谱测量 模块的一体化取样装置， 实现 被测光光谱和光度的同时测量， 在光度测量模块和光谱测量模块的精度均不高 的情况下， 利 用覆盖光度测量波段的光谱信息， 可有效地校正现有手持式光度计的光谱失匹配 误差； 同时 通过灵活选择光谱测量模块的测量波段， 还可实现被测光源光生物安全的准确度， 具有测量 功能齐全、 线性动态范围宽、 测量准确度高、 操作方便、 成本低等特点。

附图说明 附图 1是实施例 1的示意图；

附图 2是实施例 1的连接关系图；

附图 3是实施例 2的示意图；

附图 4是实施例 3的连接关系图；

附图 5是实施例 4的示意图；

附图 6是实施例 5的示意图。

1-手持式主机； 2-取样装置； 21-光度测量模块； 22-光谱测量模块； 221-第一光谱测量模 块； 222-第二光谱测量模块； 23-识别码存储器； 3-显示屏； 4-微处理器； 5-温度传感模块； 6-无线模块； 7-电池； 8-定位机构。

具体实施方式 实施例 1

如图 1及图 2所示， 本实施例包括手持式主机 1、 取样装置 2、 显示屏 3、 微处理器 4 和供电电池 7， 显示屏 3设置在手持式主机 1上， 微处理器 4设置在手持式主机 1内， 取样 装置 2内设置识别码存储器 23以及光敏面并列设置的光度测量模块 21和光谱测量模块 22， 在手持式主机 1和取样装置 2内均设置电池 7， 其中取样装置 2中的电池 7为充电电池， 手 持式主机 1中的电池 7可给取样装置 2中的电池 7充电。

如图 2所示， 光度测量模块 21、 光谱测量模块 22和识别码存储器 23均与取样装置 2 中的电池 7电连接， 显示屏 3和微处理器 4均与手持式主机 1中的电池 7电连接； 光度测量 模块 21和光谱测量模块 22分别与识别码存储器 23电连接， 且与手持式主机 1中的微处理 器 4通过数据线电连接， 显示屏 3与微处理器 4电连接。

测量时， 光度测量模块 21和光谱测量模块 22的光敏面并列设置， 光度测量模块 21的 测量波段为 380nm-780nm， 光谱测量模块 22的测量波段为 350nm-800nm， 即光谱测量模块 22的测量波段覆盖光度测量模块 21的测量波段， 光度测量模块 21和光谱测量模块 22同时 接收被测光线， 测试完成后， 读取识别码存储器 23中的识别码， 并将光度和光谱测量模块 的测量结果以及识别码通过数据线分别输入到 手持式主机 1的微处理器 4中，微处理器 4分 析、 处理测试数据， 利用光谱测量模块 22测得的光谱信息， 校正光度测量模块 21的光谱失 匹配误差， 校正公式如下：

⁷ |Ρ(λ)-ν(λ) -άλ ⁷ |Ρ( ) ₃ · 8(λ) _κ1 - άλ

Ε —

― _t

|Ρ(λ) · S( ) _rel · άλ |Ρ(λ) ₃ · ν(λ) · άλ 其中， E _{T e} 为校正后的光照度值， ₁ 为光度测量模块 21直接测得的被测光的光照度值，

Ρ(λ)为光谱测量模块 22测得的被测光的相对光谱功率分布， 8( 为光度测量模块 21 的 相对光谱灵敏度， Ρ(λ 为对光度测量模块 21进行定标的标准源的相对光谱功率分布， ν(λ) 为 CIE标准光谱光效函数。 光度测量模块 21 的测量值经上述校正后， 可以得到准确的光度值， 测试数据及其分析 结果均通过手持式主机 1的显示屏 3直观显示。 本实施例中的显示屏 3为彩色触摸显示屏， 显示屏 3上的显示内容包括照度、相对光谱 功率分布、 绝对光谱辐照度分布、 色温、 显色性指数、 色品图、 黑体轨迹、 色容差等光色度

实施例 2

如图 3所示， 与实施例 1不同的是， 本实施例的取样装置 2内设置光度测量模块 21、 第一 光谱测量模块 221、 第二光谱测量模块 222和识别码存储器 23。 光度测量模块 21、 第一光 谱测量模块 221和第二光谱测量模块 222分别与识别码存储器 23电连接， 并与手持式主机 1中的微处理器 4通过数据线电连接， 显示屏 3与微处理器 4电连接。

光度测量模块 21、 第一光谱测量模块 221、 第二光谱测量模块 222的光敏面并列设置， 光度测量模块 21的测量波段为 380 _n m-780nm， 第一光谱测量模块 221和第二光谱测量模块 222的测量波段分别为 200nm-650nm和 600nm-1100nm。 测量时， 光度测量模块 21、 第一光 谱测量模块 221和第二光谱测量模块 222同时接收被测光线， 测试完成后， 读取识别码存储 器 23的识别码， 并将测量数据和识别码通过数据线输入到手持 式主机 1的微处理器 4中， 微处理器 4分析、处理测试数据， 利用第一光谱测量模块 221和第二光谱测量模块 222测得 的 380 _n m-780nm波段的光谱信息， 校正光度测量模块 21的光谱失匹配误差， 得到准确的光 度值。 此外， 微处理器 4还可以分析第一光谱测量模块 221的紫外光谱、 以及第二光谱测量 模块 222红外光谱， 从而评价该被测光源的光生物安全信息。上述 的测试数据及其分析结果 均在手持式主机 1的显示屏 3中直观显示。

实施例 3

如图 4所示， 与实施例 1不同， 本实施例还包括无线模块 6和 5个取样装置 2， 在手持 式主机 1和取样装置 2中均设置无线模块 6， 每个取样装置 2中均设置光度测量模块 21、第 一光谱测量模块 221、 第二光谱测量模块 222和识别码存储器 23。

光度测量模块 21、 第一光谱测量模块 221和第二光谱测量模块 222分别与识别码存储 器 23电连接， 并与无线模块 6电连接， 且无线模块 6与供电电池 7电连接； 这里的手持式 主机 1为移动智能终端，手持式主机 1中的无线模块 6与微处理器 4和供电电池 7均电连接， 显示屏 3与微处理器 4电连接。

测量时， 5个取样装置 2分布在不同的空间位置， 手持式主机 1中的无线模块 6发出测 试信号， 各个取样装置 2中的无线模块 6同时接收该测试信号、并触发各自内部的光� �测量 模块 22和光度测量模块 21接收、 测量被测光信号， 测试结束后， 测试数据和取样装置的识 别码通过各取样装置 2和手持式主机 1中的无线模块 6组成的无线通信网络进行数据通信， 手持式主机 1中的无线模块 6接收测试数据，并将测试结果输入到微处理� � 4中分析、处理。

实施例 4

如图 5所示， 与实施例 1不同， 包括温度传感模块 5， 温度传感模块 5设置在取样装置 2内部， 温度传感模块 5与手持式主机 1电连接， 温度传感模块 5可以实时监测和控制取样 装置 2的温度，并将测得的取样装置 2的实时温度传送给手持式主机 1，手持式主机 1分析、 处理温度数据， 以实现对取样装置 2的测量结果进行动态修正， 提高测量准确度。

实施例 5

如图 6所示， 与实施例 1不同， 本实施例包括用于定位光度测量模块 21光敏面的定位 机构 8， 所述的定位机构 8与光度测量模块 21光敏面的相对位置固定， 定位机构 8设置在 取样装置 2上、 与光度测量模块 21光敏面相对的平面上。

本实施例中的定位机构 8为圆形螺纹孔， 其与光度测量模块 21光敏面同轴设置， 圆形 螺纹孔可与三脚架等机械部件相配合， 固定取样装置 2， 从而精确定位光度测量模块 21 的 光敏面。 测量时， 通过定位机构 8， 即可确定光度 $ t模块 21光敏面所在平面， 以获得指 定平面上的照度测量值。