Materialisation de la candela (unité d'intensité lumineuse dans le système international); à l'aide de photomètres dont la chaîne de raccordement au radiomètre cryogénique primaire est parfaitement établie

par Laura Patricia Gonzalez Galvan

Thèse de doctorat en Systèmes physiques. Lasers et métrologie

Sous la direction de Marc Himbert.

Soutenue en 2005

à Paris, CNAM .


  • Résumé

    La définition la plus récente de la candela, adoptée en 1979 par la 16ème Conférence Générale des Poids et Mesures est la suivante : La candela est l’intensité lumineuse, dans une direction donnée, d’une source qui émet un rayonnement monochromatique de fréquence 540 x 10[puissance]12 hertz et dont l’intensité énergétique dans cette direction est de 1/683 watt par stéradian. Cette définition ne donne pas de méthode pratique pour sa réalisation, elle ne donne qu’une relation directe entre les grandeurs photométriques et les grandeurs radiométriques. Depuis plusieurs années, les mesures radiométriques ont connu un développement important, et une réduction notable des incertitudes grâce au développement des radiomètres cryogéniques à substitution électrique, qui servent de références radiométriques. Il est donc logique de rattacher la réalisation de la candela aux mesures radiométriques faites avec le radiomètre cryogénique. La matérialisation de la candela est faite actuellement à l’utilisation de photomètres. Les photomètres sont composés de 3 composants : détecteur, filtre et diaphragme. Le détecteur utilisé peut être un seul détecteur ou un détecteur piège, lequel est composé de trois détecteurs placés de façon à ce que les pertes par réflexion soient minimes. Le filtre V(lambda), correspondant à la vision photopique, est réalisé à l’aide d’une combinaison de verres présentant différents facteurs de transmission. Le diaphragme est utilisé pour délimiter la quantité de lumière qui arrive sur le photomètre. Dans ce travail nous avons utilisé des détecteurs pièges qui ont une traçabilité au radiomètre cryogénique. De cette manière nous obtenons la sensibilité du détecteur piège aux longueurs d’onde des lasers employés. En utilisant comme étalon un détecteur non sélectif, nous obtenons la sensibilité spectrale de ces mêmes détecteurs pièges sur l’intervalle de mesure de 380 nm à 780 nm. Les filtres V(lambda) sont mesurés pour obtenir leur facteur de transmission dans le même intervalle. La surface du diaphragme est obtenue en utilisant la méthode des moindres carrés à partir des mesures des points des bords du diaphragme avec une table micrométrique. Ces trois éléments étant caractérisés, nous faisons le calcul du facteur d’adaptation spectral du photomètre et nous utilisons l’équation du corps noir de Planck pour obtenir le flux énergétique de l’illuminant utilisé. La sensibilité lumineuse du photomètre est égale à la sensibilité du photomètre à 555 nm divisée par, le produit de l’efficacité lumineuse maximale et du facteur d’adaptation spectral. Cette valeur de la sensibilité lumineuse est donnée en unité de courant électrique divisée par le flux lumineux. Comme nous connaissons la surface du diaphragme nous calculons l’éclairement lumineux qui arrive sur le photomètre. En utilisant le loi de l’inverse carré de la distance nous trouvons l’intensité lumineuse de la source. Le travail exposé dans ce document décrit la réalisation pratique de l’unité d’intensité lumineuse, la candela, effectuée à l’Institut National de Métrologie du Conservatoire National des Arts et Métiers et son raccordement au radiomètre cryogénique, meilleure référence actuelle des mesures radiométriques.

  • Titre traduit

    Materialization of the candela (unit of luminous intensity in the international system); using photometers calibrated directly with a cryogenic radiometer


  • Résumé

    The most recent definition of the candela, adopted in 1979 by the 16th General Conference of the Weights and Mesures is the following : The candela is the luminous intensity, in a given direction, of a source that emits monochromatic radiation of frequency 540 x 10[to the power of]12 hertz and that has a radiant intensity in that direction of 1/683 watt per steradian. This definition doesn’t give any practical method for its realization, but only a direct relation between the photometric quantities and the radiometric quantities. Since several years, radiometric measurements have known a significant development, and a notable reduction of uncertainties thanks to the development of the electrically calibrated cryogenic radiometers, which are used as radiometric reference. For this reason it is logical to connect the realization of the candela to the radiometric measurements carried out with the cryogenic radiometer. The materialization of the candela is actually done with the use of photometers. The photometers are composed by 3 components : detector, filter and aperture. The detector can be a single detector or a trap detector, which is composed by three detectors placed in the way to get minimal losses by reflexion. The V(lambda) filter, corresponding to the photopic vision, is produced using a combination of glasses that present diferent transmittances. The aperture is used to delimit the quantity of light entering inside the photometer. In this work we used trap detectors which have traceability to the cryogenic radiometer. In this way we had the responsivity of the trap detector in 3 differents lasers wavelengths. Using as a standard a non selective detector , we obtained the relative spectral responsivity of these trap detectors in the range of 380 nm to 780 nm. The V(lambda) filters have been measured to get their transmitance in the same range. The surface of the aperture has been measured thanks to a micrometric table and contactless method. With this three elements charaterized, we can calculate the mismatch correction factor of the photometer and we used the equation of the black body of Planck to obtain the radiant energy flux of the illuminant. The luminous responsivity of the photometer is equal to the responsivity of the photometer at 555 nm divided by, the product of the constant of luminous efficacy and the mismatch correction factor. This value of luminous responsivity is given in units of electrical current divided by luminous flux. As we know the surface of the aperture, we can calculate the illuminance of the photometer. Using the inverse square law of the distance, we can find the luminous intensity of the source. The work presented in this document describe the practical realisation of the unit of luminous intensity, the candela, done at the Institut National de Metrologie du Conservatoire National des Arts et Métiers, and its traceability to the cryogenic radiometer, the best actual standard for radiometric measurements.

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  • Annexes : Bibliogr. 39 réf

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  • Cote : Th A 512
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