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Laura Bellia » 4.La misura della luce


Organizzazioni di riferimento

La misurazione di una grandezza fisica è un insieme di operazioni che ha lo scopo di determinare il valore di una grandezza.

Il risultato di una misurazione è il valore attribuito a un misurando, ottenuto mediante una misurazione.

Le organizzazioni internazionali responsabili dello sviluppo del sistema metrico (ed in particolare fotometrico) sono:

Riferimenti in Italia:

La grandezza fondamentale della fotometria

Nel Sistema Internazionale, l’intensità luminosa è una grandezza fondamentale e l’unità di misura è la candela, la cui più recente definizione risale al 1979:

La candela è l’intensità luminosa, in una data direzione, di una sorgente che emette una radiazione monocromatica alla frequenza di 540·1012Hz (λ = 555 nm) e la cui intensità radiante in quella direzione è di 1/683 W/sr.

Le curve V(λ) e V’(λ)

Le curve V(λ) e V'(λ)

Relazione tra la candela e le altre grandezze fotometriche

Relazione tra la candela e le altre grandezze fotometriche


La fotometria


Il luxmetro

Il luxmetro misura l’illuminamento (lux).

Il sensore è dotato di sistemi per la correzione dell’errore del coseno e per la correzione della risposta spettrale in modo che sia il più vicino possibile alla curva V(λ).

I parametri caratteristici dei luxmetri sono:

  • f1′: deviazione della risposta spettrale dalla funzione V(I)
  • f2: dipendenza della riposta del sensore dall’angolo di incidenza delle radiazione
  • f3: linearità del sensore
  • f4: errore di lettura
  • f5: fatica
Sezione del sensore

Sezione del sensore

Luxmetro per misure da campo

Luxmetro per misure da campo


Il luminanzometro

La misura della luminanza viene effettuata con uno strumento detto luminanzometro.

Noto l’illuminamento sul sensore si risale alla luminanza, conoscendo il fattore di trasmissione del sistema ottico. Infatti E= I/d2= τLΔA/d2. Il rapporto ΔA/d2 è l’angolo solido di apertura, Δω caratteristico dello strumento. Dunque: L=E/τΔω.

Oltre ai parametri validi anche per i luxmetri, i luminanzometri sono caratterizzati da: f2(u), risposta del sensore alla luminanza del campo circostante.

Schema di funzionamento

Schema di funzionamento

Luminanzometro

Luminanzometro


La sfera integratrice

La sfera integratrice o sfera di Ulbricht serve per misurare il flusso totale emesso da una sorgente luminosa.

Inserendo una sorgente all’interno di una sfera cava le cui pareti interne sono perfettamente diffondenti con fattore di riflessione r costante, l’illuminamento in ciascun punto non dipende dalla sorgente ed è proporzionale al flusso luminoso.

Si dimostra che E = ρΦv/[(1-ρ)4πr2], da cui si ricava Φv. Collocando in un punto un sensore per l’illuminamento si riesce quindi a valutare il flusso totale.

Sfera integratrice

Sfera integratrice

Sfera integratrice

Sfera integratrice


Il fotogoniometro

La distribuzione delle intensità luminose nello spazio, che caratterizza gli apparecchi illuminanti si effettua mediante il fotogoniometro o fotometro direzionale. Lo strumento è costituito da una fotocellula che effettua le misure dell’intensità luminosa in tutte le direzioni dello spazio, con particolare cadenza angolare, mediante variazione relativa della posizione dell’apparecchio rispetto al sensore. Il fotogoniometro può essere utilizzato anche per valutare, in modo più accurato rispetto alla sfera integratrice, il flusso totale emesso dall’apparecchio, oppure la percentuale di flusso emessa in un semispazio.

Distribuzione delle intensità luminose su due piani ortogonali

Distribuzione delle intensità luminose su due piani ortogonali

Fotogoniometro

Fotogoniometro


Diversi tipi di fotogoniometro


Il videoluminanzometro

Mediante videocamera o fotocamera munita di filtro fotopico con sensore di tipo CCD o C-mos, è possibile ottenere immagini in falsi colori descrittive della distribuzione di luminanza in un dato campo visivo. Se i gradienti sono eccessivi è possibile effettuare più riprese con diversi intervalli di variazione e poi integrare le immagini ottenute mediante software. Tale tecnica di misura è molto promettente, ma fino ad oggi mancano riferimenti metrologici e parametri standardizzati per valutare le incertezze di misura.

Mappatura delle luminanze

Mappatura delle luminanze


Il banco fotometrico

Il banco fotometrico, presente nei laboratori di illuminotecnica, è impiegato per misurare l’intensità luminosa di una lampada .

È costituito da un binario su cui può scorrere una fotocellula e sul quale sono collocate la sorgente campione e quella da misurare.

Si misura dapprima l’illuminamento prodotto dalla sorgente campione e poi si fa scorrere sul binario la sorgente da misurare, in modo che la fotocellula misuri lo stesso illuminamento rilevato con la sorgente campione. Noto l’illuminamento, applicando la legge dell’inverso del quadrato e del coseno si risale al valore dell’intensità luminosa della lampada.

Schema di banco fotometrico

Schema di banco fotometrico


Spettroradiometro

E’ uno strumento che misura la distribuzione spettrale della radiazione. Se si tiene conto della funzione V(λ), è possibile ricavare la distribuzione spettrale della radiazione luminosa (spettrofotometro) e dunque ricavare da questa importanti proprietà come il colore di una sorgente o di una superficie oppure il fattore di riflessione o di trasmissione monocromatico di un corpo.

Schema di spettroradiometro

Schema di spettroradiometro

Spettrofotometro per la misura del colore

Spettrofotometro per la misura del colore


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