积分球在实验研究中有普遍的用途。其中一些应用包括:力学实验:积分球可以用于测量物体施加在它上面的力矩,用于研究物体的力学性质,如力的大小、方向和作用点等。力矩传感器:积分球所配备的传感器可以用于测量力矩,比如在机械工程中用于测量旋转部件的扭矩。姿态感知:积分球可以用于测量物体在空间中的姿态,如角位移和角速度等。这在航空航天、机器人和导航等领域中有着重要的应用。动态平衡:利用积分球的力矩测量功能,可以对旋转设备进行动态平衡,以提高其工作稳定性。积分球作为光学测量工具,广泛应用于光源均匀性检测。C光源均匀光源量子效率

根据积分球的应用,积分球种类可以分为测激光功率积分球、反射率积分球、透光率积分球、荧光量子效率积分球、测水质分析积分球、均匀光源积分球等,根据材料和工艺又可分为喷涂积分球、发泡积分球、镀金积分球等等。积分球又称为光通球,光度球,是一个中空的完整的内壁涂有白色漫反射材料的开腔球体,球壳内壁上开有几个窗孔,用于进光孔和安放光接收器等。积分球内壁上涂有漫反射材料,也就是漫反射材料接近于1的材料,使得球内壁可见光的光谱范围内的光谱反射比都在99%以上。C光源均匀光源量子效率利用积分球,可以求解球体内部的温度场、流场等物理量分布。

积分球的理想状态:积分球内表面是一个完整的几何球面,半径处处相等;球体的内壁是中性均匀漫射面,对于各种波长的入射光,具有相同的漫反射比;球体中不存在物体,光源也被视为只发光而无实物的抽象光源。积分球测量的影响因素:球的内壁是均匀的理想扩散层,服从朗伯定则;球体内壁面各点反射率相等;球体内壁的白色涂层漫射为中性;球的半径处处相等,球体内除灯外无其它物体存在;因此,积分球内壁起球、剥落、黄变等都会影响其测量精度。
积分球球体倍增因子对表面反射率极为敏感。选择漫反射涂层或材料会对给定设计的辐射度产生很大影响(如图3所示)。所示的两种涂层都具有高反射率,在350至1350 nm范围内的反射率超过95%。因此,对于相同的积分球,人们可能预期不会有明显的辐射度增加。然而,辐射度的相对增加大于反射率的相对增加,其系数等于球体倍增因子。虽然其中一种涂层在一定波长范围内比另一种提供2%到15%的反射率增加,但相同的积分球设计将导致辐射度增加40%至240%。较大的增加发生在1400纳米以上的近红外光谱区域。积分球结构简单,但其在光学测量中的作用却不可小觑。

技术特性:积分球的基本原理:积分球又称为光通球,是一个中空的完整球壳。内壁涂白色漫反射层,且球内壁各点漫射均匀。光源S在球壁上任意一点 B上产生的光照度是由多次反射光产生的光照度叠加而成的。由积分学原理可得,球面上任意一点B的光照度为:公式(1)中,E1 为光源S直接照在 B点上的光照度,E1的大小不仅与B点的位置有关,也与光源在球内的位置有关。如果在光源S和B点间放一挡屏,挡去直接射向 B点的光,则E1=0,因而在 B点的光照度为:公式(1)公式(2)中,R为积分球半径、p为积分球内壁反射率。R和p均为常数,因此在球壁上任意位置的光照度E(挡去直接光照后)与灯的光通量 中成正比。通过测量球壁窗口上的光照度E,就可求出光源的光通量 Ф。在光电测试中,积分球确保了光源的稳定性和均匀性。Spectra-FT精细可调光谱均匀光源均匀光源
积分球的应用,为光学测量领域带来了更高的测量精度。C光源均匀光源量子效率
大多数球体由轻质铝制成,但也有使用其他材料,如钢、塑料和玻璃纤维。“很难使球体在物理上均匀,而这是产生均匀的光分布的关键,”佛罗里达州奥兰多市光电子实验室的亚历克斯·方说。铝也是连接两半或四分之一球体并管理密封/接缝*简单的材料。“人们曾尝试过只粉刷一个大房间作为积分球,但铝是迄今为止非常好的材料。此外,明确您要测量单位(功率W,辐照度W/m2,或光通量流明),以及积分球的几何形状,无论是全积分球4π立体角还是半积分球2π(见图3)。“一个完整的积分球可以测量所有方向发射的设备(4π立体角),也可以测量只向前发射的设备(2π),”Weitzman说。“半积分球通常只用于2π测量。”C光源均匀光源量子效率