如何在 Excel 中根據光譜計算輻照度

輻照度是光譜輻照度對波長範圍的積分結果──因此在 Excel 中即為讀數總和乘以光譜步階寬度。若步階寬度為 0.5 nm，公式為 =SUM(B2:B100) * 0.5。單位會由 W/(m²·nm) 變為 W/m²。CIE 的範圍界限為 UV-A 315～400 nm、UV-B 280～315 nm、UV-C 100～280 nm。

若要在 Excel 中計算輻照度，您需要對特定波長範圍內光譜輻照度曲線下方的面積進行積分。以下提供 UV-A、UV-B 及 UV-C 的操作說明：

• 光譜的資料準備
  • A 欄為波長（單位為 nm）。
  • B 欄為光譜輻照度（單位為 W/m²/nm）。
  • 第 1 列為欄標題，內容為 Wavelength in nm 與 Spectral irradiance E [W / ( m² nm)]
• 總輻照度的計算
  • 將光譜輻照度對相應的波長範圍進行積分。

請注意，範例中的輻照度僅為示例。輻照度會受到諸如與燈具之距離及其功率等因素之影響。

從光譜逐步計算 Excel 中輻照度的操作說明

• 下載檔案並在 Excel 中開啟。
• 依照 CIE International Lighting Vocabulary 確定所需的波長範圍，一般為
  • UV-A：315 nm – 400 nm
  • UV-B：280 nm – 315 nm
  • UV-C：100 nm – 280 nm
• 對光譜輻照度進行積分
• 在 Excel 或其他電子表格軟體中，使用加總函式來完成此步驟。公式：= Sum (B2:B100)
• 接著您需要考慮光譜步階大小。在我們的範例中，通常每個單元格／列為 0.5 nm。
• 因此在此情況下，將總和乘以 0.5：公式：= Sum(B2:B100) * 0.5。
• 結果即為由光譜輻照度曲線積分而得的輻照度。
• 由於積分運算，單位會隨之改變。W/m²/nm 會變為 W/m²。這是正確的，因為已乘以以 nm 為單位的波長區間 Δλ。

提示：

在我們為許多燈具與 LED 提供的光譜資料中，光譜步階大小通常是固定的。此資料可例如透過掃描式光譜儀或雙單色儀量測取得。相對而言，陣列式光譜儀的光譜步階寬度會隨波長範圍而變化。

為考量此情況，請建立一個輔助欄來記錄光譜步階大小。
此欄稱為 delta wavelength（波長差）。

陣列式光譜儀在 Excel 中計算輻照度的操作說明

• 建立新的 C 欄以記錄波長差：
• 在第 3 列的 C3 單元格中，輸入公式：= A3-A2
• 將公式拖曳套用至最後一列。
• 接著調整缺漏的 C2 單元格：公式：= C3
• 在此我們假設光譜步階大小相同，一方面可避免出現空白單元格，另一方面也可避免在欄末端出現趨近於 0 的差異而產生偏高的數值。
• 接著將 B 欄的光譜輻照度乘以 C 欄的波長差（逐列進行），並將乘積寫入 D 欄。D2 的公式：= B2 * C2
• 此時才對 D 欄在所需波長範圍內求總和。公式：=SUM(D2:D100)
• 結果同樣是在光譜步階寬度不相等的情況下，由光譜輻照度曲線積分而得的輻照度。

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