Wyjaśnij sferę całkującą i jej geometrię

An integrująca sfera to sfera posiadająca odblaskowe pokrycie we wnętrzu, jak sugeruje nazwa. Został zaprojektowany tak, aby zawierał w sobie źródło światła, w którym to momencie może obliczyć całkowity strumień świetlny. Stąd Kule całkujące 2pi i 4pi są jednym z jego typów.
Gromadzi wszystkie promienie, które opuszczają przedmiot i są odbijane przez powłokę we wnętrzu kuli. Jak sama nazwa wskazuje, sfera całkująca służy do całkowania zmierzonego strumienia świetlnego ze źródła.
An integrująca sfera to urządzenie, które wykrywa strumień lub tłumi promieniowanie optyczne ze źródła zwykle znajdującego się poza przyrządem optycznym. Kiedy promieniowanie jest wstrzykiwane do sfery integrującej, zderza się z odbijającymi ścianami i jest rozpraszane w wielu kierunkach.
Ze względu na wszystkie załamania promieniowanie jest dość równomiernie rozłożone wokół granic kuli. Detektor może z łatwością zmierzyć wynikowy poziom promieniowania zintegrowanego, ponieważ jest on proporcjonalny do początkowego poziomu promieniowania.

Jak działa sfera całkująca
Źródło światła (próbka) może być umieszczone przed otworem kuli (2) w celu pomiaru natężenia napromienienia lub wewnątrz kuli całkującej (4) w celu całkowitego wychwycenia strumienia promieniowania w celu uzyskania odczytu. Wiązki światła będą wielokrotnie odbijać się od powłoki przy użyciu dowolnego z tych ustawień pomiarowych, tworząc równomierne oświetlenie w całej całkującej sferze.
Takie przegrody są kluczowe, ponieważ detektor lub obszar we wnętrzu sfery integrującej, z którego otrzymuje bezpośrednie odbicie, nie powinien być bezpośrednio uderzany przez światło wpadające do sfery.
Większość integrująca sfera projekty mają przegrody ułatwiające tę funkcję. Przegrody mogą stwarzać błędy, ponieważ utrudniają sferze całkującej posiadanie precyzyjnie ukształtowanej kulistej wnęki. Dlatego sensowne jest wykorzystanie jak najmniejszej liczby przegród i portów w sferze integrującej.

Powłoki odblaskowe
Decydując się na powłokę odblaskową sfery integrującej, weź pod uwagę współczynnik odbicia i trwałość. Na wszystkie części, w tym na przegrody, należy nakładać powłoki o wysokim współczynniku odbicia, zapewniające rozpraszanie światła w przestrzeni. Jeśli piłka będzie wystawiona na dużo światła i używana w miejscu, w którym może zbierać kurz lub brud, najlepiej wybrać twardsze, zmywalne pokrycie. Unikanie brudu i kurzu jest ważne, ponieważ zarówno zmniejszają one współczynnik odbicia, jak i pochłaniają światło.

Integracja projektowania kuli
Podczas projektowania należy wziąć pod uwagę kilka uniwersalnych czynników integrująca sfera w dowolnym celu. W zależności od dostępnych portów i innych akcesoriów będziesz musiał wybrać kulę o odpowiedniej średnicy. Decydując się na powłokę sferyczną, należy wziąć pod uwagę zakres spektralny i cele eksploatacyjne.
Przedstawiono równania radiometryczne do obliczania skuteczności sprzężenia między sferą całkującą a systemem detekcyjnym oraz zbadano zastosowanie przegród o wchodzącym promieniowaniu i polu widzenia detektora.
Wewnętrzna powierzchnia i wewnętrzna ściana sfery integrującej są kuliste i składają się z substancji rozpraszającej światło, takiej jak siarczan baru, o wysokim współczynniku odbicia. Efektywne wykorzystanie kuli całkującej polega na równomiernym rozproszeniu wiązki światła (światła pomiarowego), które wpada do kuli.

Sfera całkująca 2pi i 4pi
Podejścia 2pi i 4pi są często używane do testowania różnych źródeł światła, opraw i komponentów, takich jak moduły i matryce LED.
Światła kierunkowe ze skierowanym do przodu strumieniem świetlnym są głównym celem geometrii testowej 2pi. Żarówka testowa jest umieszczona w bocznym otworze kuli tak, że jej wiązka światła przechodzi przez kulę i najpierw styka się z pustym obszarem kuli. Ponieważ początkowe odbicie bardziej konsekwentnie oświetla całą powierzchnię kuli, wiązka lampy może padać na ciągłą część powierzchni, która jest wolna od przeszkód lub szwów.
Światła dookólne emitują światło w dowolnym kierunku i często poddawane są testowej geometrii 4pi. Test Żarówka jest umieszczona w środku kuli, dzięki czemu jej światło jest równomiernie rozproszone na całej kuli, co zapewnia bardziej wiarygodne wyniki.
Opracowano te dwie formy testowania, aby uwzględnić różnice między towarami wszechkierunkowymi i kierunkowymi, przy jednoczesnym zapewnieniu wiarygodnych wyników. Jednak ze względu na ich wyjątkowe właściwości natężenia wiązki, różne typy lamp mogą dawać różne wyniki fotometryczne wewnątrz sfery całkującej.
Standardy kalibracji są powiązane z indywidualnymi procedurami testowymi, aby zapewnić najwyższą precyzję wyników. Zmierzona moc lampy kierunkowej w geometriach 2pi powinna być równoważna z mocą lampy dookólnej zmierzonej w geometriach 4pi.

Zastosowania sfery całkującej
Strumień promieniowania jest gromadzony i integrowany przestrzennie za pomocą sfer całkujących. Może wykryć strumień przed lub po interakcji z próbką materiału. W przypadku stosowania jako część radiometru lub fotometru, integrująca sfera pozwala na bezpośredni pomiar gęstości strumienia generowanego przez oświetlenie półkuliste i źródła punktowe, takie jak lampy i lasery.
Pomiary całkowitego odbicia i transmitancji materiałów rozpraszających lub rozpraszających są prawdopodobnie najczęstszym zastosowaniem sfer całkujących. Jedna z metod wykorzystuje aperturę portu sfery całkującej jako jednolicie oświetlone źródło o dużym obszarze. Są również przydatne jako stałe oświetlacze tylne lub do kalibracji sprzętu i systemów obrazowania elektronicznego.

Radiometry i fotometry
Bezpośredni pomiar całkowitego strumienia geometrycznego ze źródła światła lub gęstości strumienia oświetlanego obszaru można przeprowadzić za pomocą sfery całkującej i fotodetektora o odpowiedniej czułości widmowej. Optymalny integrująca sfera projekt opiera się na geometrycznym rozkładzie mierzonego światła.
Która technika fotodetekcji najlepiej opiera się na charakterystyce widmowej źródła światła. Zazwyczaj wat jest jednostką strumienia promienistego radiometru w układzie SI. Większość radiometrów wykorzystuje fotodetektory odpowiedzi kwantowej.
Ponieważ ich czułość zmienia się w zakresie widzialnym, zwykle bardziej praktyczne jest dostrojenie odpowiedzi dla pojedynczego obszaru widmowego za pomocą filtrów optycznych, z wyjątkiem sytuacji, w których strumień wejściowy jest monochromatyczny.
Jeśli chodzi o długości fal światła, detektory termiczne są bezstronne. Ze względu na tę jakość są one również podatne na działanie promieniowania cieplnego Ziemi. Często potrzebują środowiska o kontrolowanej temperaturze i dostosowują promieniowanie wejściowe, aby umożliwić synchroniczną detekcję.
Modyfikacja względnej odpowiedzi spektralnej fotodetektora to zależność spektralna mnożnika całkującej sfery. Aby skonstruować lub skalibrować system pomiarowy pod kątem określonej czułości, musisz pomyśleć o sferze i detektorze razem.
Fotometry to podzbiór radiometrów, które wykorzystują detektor kwantowy z filtrami zaprojektowanymi do naśladowania typowej odpowiedzi widmowej ludzkiego obserwatora. Termin „funkcja wydajności świetlnej” opisuje specyfikę tej odpowiedzi.
Światło jest standardową miarą strumienia fotometrycznego. Funkcja odpowiedzi detektora łączy widmowy strumień promieniowania z ustalonym schematem ważenia w celu wygenerowania skali lumenów.
Pole fotometrii jest jedyną fizyczną technologią pomiarową, która opiera się wyłącznie na ludzkim wzroku.
Po ustawieniu jako fotometr, sfera całkująca może dokonywać odczytów w zakresie widzialnym, podczerwonym i ultrafioletowym widma elektromagnetycznego. Ponieważ eliminuje efekty oświetlenia pośredniego i rozproszenia geometrycznego, doskonale nadaje się do porównywania natężeń świetlnych źródeł światła bezpośredniego.
Może określać początkową intensywność wiązki, ponieważ tłumienie skolimowanych, silnych źródeł, takich jak lasery, jest bezpośrednią funkcją kształtu kulistego.

Odbicie i przepuszczalność materiałów
Pomiary reflektancji i transmitancji materiałów rozproszonych lub rozpraszających są najczęstszymi zastosowaniami do całkowania sfer. Powszechną praktyką jest dokonywanie odczytów spektralnie, tj. w funkcji długości fali. Jednak do ilościowego określenia współczynnika odbicia i transmitancji światła można użyć detektorów odpowiedzi fotopowej.
Przepuszczalność rozproszona to metryka UV stosowana do oceny ochrony UV zapewnianej przez pojemniki farmaceutyczne, odzież chroniącą przed słońcem i powłoki samochodowe. Farby, tekstylia i grafika to tylko kilka firm, które określają ilościowo i regulują wykorzystanie kolorów w widmie widzialnym. Emisyjność powłok i folii termokontrolnych stosowanych w konstrukcji statków kosmicznych jest obliczana na podstawie całkowitego odbicia hemisferycznego w podczerwieni.
Pomiary reflektancji wymagają umieszczenia próbki na wylocie wstecznym do portu wejściowego. Próbka odzwierciedla część strumienia padającego. The integrująca sfera mierzy łączny współczynnik odbicia rozproszonego i zwierciadlanego półkulistego.

Źródła jednolite
Połączenia integrująca sfera był już używany jako kolektor do pomiaru strumienia promieniowania, niezależnie od tego, czy jest to bezwzględna ilość strumienia wytwarzanego przez źródło światła, czy względna ilość strumienia przepuszczanego lub odbijanego przez materiały.
Otwarty port sfery całkującej oświetlony od wewnątrz może zapewniać rozproszone oświetlenie na szerokim obszarze.
Światła są ustawione w sferze całkującej dookoła okna obserwacyjnego. Światła są często osłonięte od rufy. Moc świetlna kuli jest proporcjonalna do mocy żarówki. Zastosowanie serii świateł pozwala na mocniejsze źródło światła i stopniowe ściemnianie intensywności.
Większość zintegrowanych kulistych źródeł światła wykorzystuje wolframowe żarówki halogenowe. Przy użyciu odpowiednio kontrolowanego źródła zasilania światło z tych lamp jest jednolite w całym spektrum bez widocznych linii emisyjnych lub wahań częstotliwości. Gdy równanie luminancji sfery jest używane w połączeniu z równaniami ciała doskonale czarnego dla widmowego strumienia promieniowania, może oszacować luminancję widmową źródła.

Inne zastosowania sfery całkującej
1. Wszystkie pomiary optyczne, fotometryczne i radiometryczne są możliwe przy użyciu integrująca sfera. Kula integrująca łatwiej wychwytuje światło ze względu na jej kulisty kształt, co pozwala na integrację wewnętrznego źródła światła. Dla każdego zakresu długości fal sfera całkująca ma unikalną powłokę na wewnętrznej stronie jej powierzchni.
Gdyby spróbować przedstawić podsumowanie wielu zastosowań sfery integrującej, można by to zrobić w następujący sposób:
2. Zbadanie, ile światła odbija lub transmituje przedmiot. Zamocowanie przedmiotu w otworze wejściowym sfery integrującej umożliwia umieszczenie źródła światła za obiektem, a odbite światło od powłoki obiektu jest zbierane przez detektor. Jeśli element blokujący światło zostanie usunięty, strumień wyjściowy źródła światła można zmierzyć bezpośrednio, umożliwiając obliczenie transmitancji. Inną opcją jest zmierzenie reflektancji obiektu poprzez zamontowanie go pod kątem prostym do portu wejścia.
3. Optymalny rozmiar sfery całkującej zależy od wielkości źródła światła; jednak większe kule często zapewniają lepszą jednorodność ze względu na ich większą powierzchnię.
4. Na integrująca sfera jest przydatnym akcesorium do spektrometru, ponieważ może mierzyć dominującą długość fali widma, chromatyczność i widmowy rozkład mocy.
5. Diody laserowe i inne źródła rozbieżne mogą być całkowane za pomocą sfery całkującej. Można go zbudować tak, aby pozwalał na szeroki zakres kątów padania na rozległym obszarze, ale spowodowałoby to degradację sygnału detektora.
6. Instrumenty te, które działają podobnie do korektora cosinusa, stanowią doskonałą metodę pomiaru natężenia promieniowania. Dobrze skonstruowana apertura wyjściowa sfery całkującej może zapewnić niemal idealne źródło światła rozproszonego i Lamberta, niezależne od kąta patrzenia.
7. W tych warunkach światło będzie pochodzić spoza sfery całkującej (pomiar 2-pi).
8. Szkło stosowane w szklarniach i innych zastosowaniach rolniczych jest dobrym przykładem materiału, w przypadku którego sfera całkująca jest dobrze wykorzystywana do pozyskiwania dokładnych i wyczerpujących informacji o widmie poprzez pomiary odbicia i transmisji.

Wnioski
Ekonomiczny i elastyczny, LISUNKule integrujące ogólnego przeznaczenia można ustawić w różnych konfiguracjach, aby zaspokoić szeroki zakres potrzeb. Wiele różnych funkcji kuli całkującej, takich jak uzyskiwanie równomiernego oświetlenia, pomiar światła i określanie współczynnika odbicia, można osiągnąć za pomocą pojedynczej kuli i jej szerokiej gamy akcesoriów.
LISUN'S kule są praktyczną opcją łączenia pomiaru światła sferycznego i charakterystyki światła dla klientów, którzy nie wymagają dokładnej jednorodności lub dokładnych pomiarów.
Jeśli próbki nie można dokładnie zmierzyć przy użyciu metody bezpośredniego odbierania światła standardowego detektora, może pomóc sfera całkująca. Półprzezroczyste lub nieprzezroczyste roztwory i soczewki zmieniają ścieżkę światła i są idealnymi kandydatami do pomiarów ze sferą całkującą.

Lisun Firma Instruments Limited została znaleziona przez LISUN GROUP w 2003 roku. LISUN system jakości został ściśle certyfikowany przez ISO9001: 2015. Jako członek CIE, LISUN produkty są projektowane w oparciu o normy CIE, IEC i inne normy międzynarodowe lub krajowe. Wszystkie produkty przeszły certyfikat CE i zostały uwierzytelnione przez zewnętrzne laboratorium.

Naszymi głównymi produktami są Goniofotometr, Integracja Kuli, Spektroradiometr, Generator przepięć, Pistolety do symulatorów ESD, Odbiornik EMI, Sprzęt testowy EMC, Tester bezpieczeństwa elektrycznego, izba środowiska, izba Temperatura, Komora klimatyczna, Komora termiczna, Test w komorze solnej, Komora do badania pyłu, Wodoodporny test, Test RoHS (EDXRF), Test świecącego drutu i Test płomienia igłowego.

Skontaktuj się z nami, jeśli potrzebujesz wsparcia.
Dział techniczny: Service@Lisungroup.com, Cell / WhatsApp: +8615317907381
Dział sprzedaży: Sales@Lisungroup.com, Cell / WhatsApp: +8618117273997

Tagi:IS-*M