光的测量法

孟 霞 译自欧盟农业和园艺发展委员会资料

万建美 校 罗静如 制图

在测定参数时，使用与最终报告数值相关的单位很重要。例如，如果一栋建筑的价格以元/m2为单位，那么以英尺和英寸计算面积就可能在单位转换时产生不准确的结果。尽管不同单位可以相互转换，但应尽可能避免出现这种情况。对不同单位的光进行转换非常复杂，因为它们依赖于光谱。单位转换不准确可能会产生一些错误，甚至会严重影响最终的结果。

1 光的测量法：流明和勒克斯

大多数人工照明系统是根据人类的视觉开发的，因此，大多数技术数据是用基于人眼的光度学术语报道的。光通量(也称为“光功率”)用流明来表示，它是指一盏灯(向各个方向发出的光) 能被人眼探测到的总输出量。灯具的能源效率通常称为“光视效能(luminous efficacy)”，单位为流明/瓦(lm/W)。流明在定义灯具的总输出量和效率时非常有用，但在大多数实际用途中，使用到达某一个物体表面的光量(如猪圈接收到的光强度)更切合，这需要考虑灯反射器的设计和效率，以及所安装灯的数量和间距。

照明度是光射到某一物体表面的度量标准，单位为勒克斯(Lux)，特指光在每平方米上的流明数(1 Lux=l lm/m2)。测量流明或勒克斯的仪器设计为对不同区段的电磁光谱具有与人眼相同的灵敏度(图1)，人眼对绿光(波长约550 nm)最敏感。

2 辐射光测量法：辐照明度(W/m2)

人造光源通常以光度学术语(流明和勒克斯)来定义，但太阳光通常用辐射度术语来表示，用来衡量太阳光所包含的能量。照明度的辐射对应词是辐照度(有时称为“辐射通量密度”)。

该值可以估测射到某一物体表面的光量，单位为瓦特/ 平方米(W/m2) 或瓦特/ 平方厘米(W/cm2)。尽管光度传感器的光谱灵敏度是按眼睛的光谱响应定义的，但并非所有辐射度传感器都可对同一波长进行测量。许多常用的传感器可以测量太阳光的全部光谱(称为“总辐射”)。尽管传感器可以在自然光层面上提供有用的数据，但是在比较日光与人造光源时，这些传感器的作用有限。

3 光子计数法：光子辐照度[μmol/(m2·s)]

测量光的第三种方法是计算到达某一物体表面的光子数——在此称为光子辐照度。这测量以每平方米每秒的微摩尔数[μmol/(m2·s)]为单位。这种类型的可用传感器通常用于测量波长介于400 nm～700 nm 的光，它们通常称为光合有效辐射(Photosynthetically active radiation，PAR) 或光合光子流量密度(Photosynthetic photon flux density，PPFD)传感器，这些仪器已被用于农作物生产。由于波长范围与人和猪的视觉范围相似，这些测量设备可能仍有用。该测量方法还可以量化每个波段中提供的光量(即蓝光、绿光和红光的量)。

4 测量猪的可视光时使用的单位

如果测量猪的可视光的目的是为养猪生产创造一个均匀的光照环境，那么所有种类的传感器都非常有用。勒克斯(Lux)表的价格通常较低，因此在没有更理想的测定设备的情况下，该设备可能最具成本效益。然而，这些测量系统不是根据猪的视觉设计的，因此无法提供理想的解决方案，每一种测量方法都有优点和缺点。

勒克斯(Lux)测量法根据人眼察觉光的方式，应用生物学加权函数和可视光谱绿色区域中的最大灵敏度实现测量。与人眼相比，猪的眼睛对可视光谱的蓝色区域更敏感，这表明以勒克斯为单位的测量法可能会低估猪可察觉的光。

辐照度测量法和光子辐照度测量法根据的是光的物理特性，两者都没有向测定值提供以猪为中心的有倾向性的观点。这些传感器可以探测人或猪看不到的光线，所以在购买前应该检查一下光谱范围。能够测量波长介于400 nm～700 nm 的光的传感器最合适。

对于光子辐照度测量法，可见光谱所有区域的比重是完全相同的(红色光子的计数与蓝色光子的计数相同)，因此可以为灯的总发光量提供一个有用的估测值。然而，这种方法很可能会高估用于视觉的红光和蓝光的数量。

进一步的研究可能有助于确定一个最适合猪视觉的光谱，届时有可能创建出一种新的测量标准，暂时将其称为“pig-lux”。利用可以测量PPFD 的设备，并在蓝光、绿光和红外线波段之间“分割”测量结果，可能提供一种确定有多少可用光到达猪眼的过渡方法。

5 如何测量光

在测量光时，所有光探测器应与地板平行放置——请勿将光探测器指向光源，因为这会高估所测光的强度。理想情况下，应测量与猪的头部等高水平的光。测量时要避免遮挡光探测器，应该将光探测器安装在三脚架上，检测员远离光探测器或低于光探测器的高度，以使光探测器能够检测到所有向下的光线。测量时应考虑整个生产区光强度的空间变异性和灯光位置。测量应该在整个感兴趣区域上以网格图形方式进行，或者沿着横穿整个感兴趣区域的样线进行。通常情况下，测量的区域和次数越多，对光的均匀性/可变性的描述越详细。作为一个粗略的估计，要评估两个相邻灯之间的光强度演变情况，应在两个灯之间的一条线上按等距离方式选择5 个测量点测定，第一个和最后一个测量点应直接位于灯下方(图2)。