光的測量法

孟霞 萬建美

摘? 要：準(zhǔn)確測量豬接收到的光量非常重要，本文詳細(xì)介紹了3種測量方法，即光能測量法、輻射光測量法和光子計(jì)數(shù)法。測量時(shí)光探測器的擺放位置至關(guān)重要，需考慮到整個(gè)生產(chǎn)區(qū)光強(qiáng)度的空間變異性和燈光位置。

關(guān)鍵詞：光;豬舍;測量

中圖分類號(hào)：S815 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：C 文章編號(hào)：1001-0769（2021）01-0004-03

在測定參數(shù)時(shí)，使用與最終報(bào)告數(shù)值相關(guān)的單位很重要。例如，如果一棟建筑的價(jià)格以元/m2為單位，那么以英尺和英寸計(jì)算面積就可能在單位轉(zhuǎn)換時(shí)產(chǎn)生不準(zhǔn)確的結(jié)果。盡管不同單位可以相互轉(zhuǎn)換，但應(yīng)盡可能避免出現(xiàn)這種情況。對(duì)不同單位的光進(jìn)行轉(zhuǎn)換非常復(fù)雜，因?yàn)樗鼈円蕾囉诠庾V。單位轉(zhuǎn)換不準(zhǔn)確可能會(huì)產(chǎn)生一些錯(cuò)誤，甚至?xí)?yán)重影響最終的結(jié)果。

1? 光的測量法：流明和勒克斯

大多數(shù)人工照明系統(tǒng)是根據(jù)人類的視覺開發(fā)的，因此，大多數(shù)技術(shù)數(shù)據(jù)是用基于人眼的光度學(xué)術(shù)語報(bào)道的。光通量（也稱為“光功率”）用流明來表示，它是指一盞燈（向各個(gè)方向發(fā)出的光）能被人眼探測到的總輸出量。燈具的能源效率通常稱為“光視效能（luminous efficacy）”，單位為流明/瓦（lm/W）。流明在定義燈具的總輸出量和效率時(shí)非常有用，但在大多數(shù)實(shí)際用途中，使用到達(dá)某一個(gè)物體表面的光量（如豬圈接收到的光強(qiáng)度）更切合，這需要考慮燈反射器的設(shè)計(jì)和效率，以及所安裝燈的數(shù)量和間距。

照明度是光射到某一物體表面的度量標(biāo)準(zhǔn)，單位為勒克斯（Lux），特指光在每平方米上的流明數(shù)（1 Lux=l lm/m2）。測量流明或勒克斯的儀器設(shè)計(jì)為對(duì)不同區(qū)段的電磁光譜具有與人眼相同的靈敏度（圖1），人眼對(duì)綠光（波長約550 nm）最敏感。

2? 輻射光測量法：輻照明度（W/m2）

人造光源通常以光度學(xué)術(shù)語（流明和勒克斯）來定義，但太陽光通常用輻射度術(shù)語來表示，用來衡量太陽光所包含的能量。照明度的輻射對(duì)應(yīng)詞是輻照度（有時(shí)稱為“輻射通量 密度”）。

該值可以估測射到某一物體表面的光量，單位為瓦特/平方米（W/m2）或瓦特/平方厘米（W/cm2）。盡管光度傳感器的光譜靈敏度是按眼睛的光譜響應(yīng)定義的，但并非所有輻射度傳感器都可對(duì)同一波長進(jìn)行測量。許多常用的傳感器可以測量太陽光的全部光譜（稱為“總輻射”）。盡管傳感器可以在自然光層面上提供有用的數(shù)據(jù)，但是在比較日光與人造光源時(shí)，這些傳感器的作用有限。

3? 光子計(jì)數(shù)法：光子輻照度[μmol/（m2·s）]

測量光的第三種方法是計(jì)算到達(dá)某一物體表面的光子數(shù)——在此稱為光子輻照度。這測量以每平方米每秒的微摩爾數(shù)[μmol/（m2·s）]為單位。這種類型的可用傳感器通常用于測量波長介于400 nm～700 nm的光，它們通常稱為光合有效輻射（Photosynthetically active radiation，PAR）或光合光子流量密度（Photosynthetic photon flux density，PPFD）傳感器，這些儀器已被用于農(nóng)作物生產(chǎn)。由于波長范圍與人和豬的視覺范圍相似，這些測量設(shè)備可能仍有用。該測量方法還可以量化每個(gè)波段中提供的光量（即藍(lán)光、綠光和紅光的量）。

4? 測量豬的可視光時(shí)使用的單位

如果測量豬的可視光的目的是為養(yǎng)豬生產(chǎn)創(chuàng)造一個(gè)均勻的光照環(huán)境，那么所有種類的傳感器都非常有用。勒克斯（Lux）表的價(jià)格通常較低，因此在沒有更理想的測定設(shè)備的情況下，該設(shè)備可能最具成本效益。然而，這些測量系統(tǒng)不是根據(jù)豬的視覺設(shè)計(jì)的，因此無法提供理想的解決方案，每一種測量方法都有優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)。

勒克斯（Lux）測量法根據(jù)人眼察覺光的方式，應(yīng)用生物學(xué)加權(quán)函數(shù)和可視光譜綠色區(qū)域中的最大靈敏度實(shí)現(xiàn)測量。與人眼相比，豬的眼睛對(duì)可視光譜的藍(lán)色區(qū)域更敏感，這表明以勒克斯為單位的測量法可能會(huì)低估豬可察覺的光。

輻照度測量法和光子輻照度測量法根據(jù)的是光的物理特性，兩者都沒有向測定值提供以豬為中心的有傾向性的觀點(diǎn)。這些傳感器可以探測人或豬看不到的光線，所以在購買前應(yīng)該檢查一下光譜范圍。能夠測量波長介于? ? 400 nm～700 nm的光的傳感器最合適。

對(duì)于光子輻照度測量法，可見光譜所有區(qū)域的比重是完全相同的（紅色光子的計(jì)數(shù)與藍(lán)色光子的計(jì)數(shù)相同），因此可以為燈的總發(fā)光量提供一個(gè)有用的估測值。然而，這種方法很可能會(huì)高估用于視覺的紅光和藍(lán)光的數(shù)量。

進(jìn)一步的研究可能有助于確定一個(gè)最適合豬視覺的光譜，屆時(shí)有可能創(chuàng)建出一種新的測量標(biāo)準(zhǔn)，暫時(shí)將其稱為“pig-lux”。利用可以測量PPFD的設(shè)備，并在藍(lán)光、綠光和紅外線波段之間“分割”測量結(jié)果，可能提供一種確定有多少可用光到達(dá)豬眼的過渡方法。

5? 如何測量光

在測量光時(shí)，所有光探測器應(yīng)與地板平行放置——請(qǐng)勿將光探測器指向光源，因?yàn)檫@會(huì)高估所測光的強(qiáng)度。理想情況下，應(yīng)測量與豬的頭部等高水平的光。測量時(shí)要避免遮擋光探測器，應(yīng)該將光探測器安裝在三腳架上，檢測員遠(yuǎn)離光探測器或低于光探測器的高度，以使光探測器能夠檢測到所有向下的光線。測量時(shí)應(yīng)考慮整個(gè)生產(chǎn)區(qū)光強(qiáng)度的空間變異性和燈光位置。測量應(yīng)該在整個(gè)感興趣區(qū)域上以網(wǎng)格圖形方式進(jìn)行，或者沿著橫穿整個(gè)感興趣區(qū)域的樣線進(jìn)行。通常情況下，測量的區(qū)域和次數(shù)越多，對(duì)光的均勻性/可變性的描述越詳細(xì)。作為一個(gè)粗略的估計(jì)，要評(píng)估兩個(gè)相鄰燈之間的光強(qiáng)度演變情況，應(yīng)在兩個(gè)燈之間的一條線上按等距離方式選擇5個(gè)測量點(diǎn)測定，第一個(gè)和最后一個(gè)測量點(diǎn)應(yīng)直接位于燈下方（圖2）。

原題名：Lighting in pig buildings： the principles（英文）

原作者：Phillip Davis、Nina Wainwright、Sandra Edwards和AHDB