أجهزة قياس اللوكس وشدة الاستضاءة لقياس الضوء بدقّة

يقيس مقياس اللوكس شدة الاستضاءة E_v، وهي تصف التدفّق الضوئي الساقط على سطح معيّن. ووحدتها هي اللوكس:

1 lx = 1 lm/m²

شدة الاستضاءة هي كمية فوتومترية، إذ تُرجِّح الإشعاع الضوئي وفقاً للحساسية الطيفية للعين البشرية في الرؤية النهارية.

وهذا ما يجعل القياس باللوكس مختلفاً اختلافاً جوهرياً عن القياس الراديومتري بوحدة W/m². فمصدرا ضوء لهما القدرة الإشعاعية نفسها يمكن أن ينتجا قيم لوكس مختلفة بسبب اختلاف طيفيهما.

في القياسات الفوتومترية، تُوصَف الحساسية الضوئية الطيفية للعين البشرية بالدالة V(λ). وتبلغ ذروتها عند 555 nm وتنخفض بحدّة نحو حدود المجال المرئي.

لذلك يحتاج مقياس شدة الإضاءة إلى مستشعر V-lambda: أي مستشعر تتطابق حساسيته الطيفية مع دالة الترجيح هذه بأكبر قدر ممكن. ويمكن أن تؤدي الانحرافات بين استجابة المستشعر والدالة V(λ) إلى أخطاء في القياس، خصوصاً مع مصابيح LED ضيقة النطاق أو الأطياف غير الاعتيادية.

يعمل مستشعر LUX من Opsytec من 380 إلى 780 nm مع الترجيح V(λ)، ويمكن استخدامه مع مقياسَي الإشعاع (الراديومتر) RMD وRM-12.

شدة الاستضاءة كمية مرتبطة بالمساحة. ويُسهم الإشعاع الساقط على سطح القياس بزاوية مائلة في شدة الاستضاءة وفقاً لجيب تمام زاوية السقوط. ويجب أن يعيد رأس قياس مناسب إنتاج هذا السلوك الزاوي.

تستخدم مستشعرات Opsytec ناشرات ضوئية لتصحيح جيب التمام. ويؤدي ذلك إلى تحسين دقة القياس للضوء الذي لا يسقط عمودياً على المستشعر حصراً.

بين ليلة مقمرة جديدة مضاءة بالنجوم والشمس في أوجها يقع فارق يفوق 100 مليون ضعف – والعين ترى في الحالتين. يغيّر البؤبؤ كمية الضوء الداخل بمعامل يقارب 16 فقط؛ أما الشبكية فتؤدي الجزء الأكبر بكثير من التكيّف. يعرض المقياس مستويات الإضاءة النموذجية والقيم القياسية على محور لوغاريتمي. اسحبوا المؤشر المنزلق على المحور، أو حرّكوا الفأرة فوق أحد الرموز، أو أدخِلوا قراءتكم الخاصة.

التطبيقات النموذجية هي:

• اختبار وحدات الإنارة LED
• تطوير أنظمة الإضاءة
• مراقبة الجودة واختبارات الإنتاج
• القياسات المقارنة على المصابيح
• البحث والتطوير
• توصيف الأنظمة البصرية

في عدة تطبيقات تحدّد المواصفات القياسية شدة الاستضاءة مباشرةً:

• الكشف عن الشقوق بالفلورة وفقاً للمواصفة ISO 3059: أثناء الفحص يجب ألّا يتجاوز الضوء المحيط المرئي 20 lx، مع شدة إشعاع ساقط UV-A لا تقل عن 10 W/m². ولهذه الحالة يتوفّر مستشعر مدمج لـ 365 nm ولوحدة LUX لجهاز RMD.
• الثبات الضوئي وفقاً للمواصفة ICH Q1B: يجب أن تتلقّى عيّنات الأدوية ما لا يقل عن 1.2 مليون lux·h من الضوء المرئي و200 Wh/m² من الأشعة فوق البنفسجية القريبة. ولهذا الغرض تُقاس شدة الاستضاءة وشدة الإشعاع الساقط فوق البنفسجي عند موضع العيّنة.
• إضاءة أماكن العمل وفقاً للمواصفة EN 12464-1: تحدّد المواصفة قيم شدة الاستضاءة المصانة لأماكن العمل، من 75 lx في مواقف السيارات إلى 750 lx للرسم الفني.
• تقنية LED وتقنية شاشات العرض: تصف شدة الاستضاءة الضوء المحيط وخرج الضوء الصادر عن وحدات LED على سطحٍ ما.

يعتمد اختيار نظام القياس على الطيف والشدة وهندسة القياس وما إذا كان يلزم تقييم الأشعة فوق البنفسجية إضافةً إلى الضوء المرئي. ويُعدّ جهاز RMD أو RM-12 مزوّداً بمستشعر LUX مناسباً لإجراء قياسات اللوكس بسرعة وبقابلية للتكرار. ولأغراض المراقبة المثبّتة بصفة دائمة داخل الأنظمة، يتوفّر مستشعر LUX أيضاً بصيغة مستشعر PLC بخرج تناظري وبصيغة PLC.net مع وصلة إيثرنت.

يُعد RM-12 مقياس إشعاع (راديومتر) يدويًا مدمجًا يعمل بالبطارية ويمكن تشغيله برؤوس قياس مختلفة. وبدمجه مع مستشعر LUX يتحوّل إلى جهاز عملي لقياس اللوكس.

يتيح التصميم المعياري استخدام الوحدة الأساسية نفسها لإجراء القياسات الفوتومترية والراديومترية. وإلى جانب شدة الإضاءة، يمكن للمستشعرات المناسبة قياس شدة الإشعاع الساقط UVA أو UVB أو UVC على سبيل المثال.

ويمثّل ذلك ميزة خاصة في التطبيقات التي يتعيّن فيها تقييم الضوء المرئي والأشعة فوق البنفسجية معًا.

إن RMD هو مقياس إشعاع (راديومتر) محمول رقمي بالكامل مزوّد بمدخلين للمستشعرات. وهو مناسب لإجراء قياسات دقيقة ذات مدى ديناميكي عالٍ باستخدام مستشعرات مختلفة. وبفضل مدى القياس الذي يصل إلى 500,000 lx، يمكن فحص حالات الإضاءة الاصطناعية المعتادة وكذلك شدّات الإضاءة العالية جداً – على سبيل المثال في حجرات التشعيع أو تحت مصابيح الجراحة والعلاج.

• مدخلان رقميان للمستشعرات، على سبيل المثال لقياس شدة الإضاءة وشدة الإشعاع الساقط UVA في آنٍ واحد
• تحويل بدقة 24 بت ومدى ديناميكي 1 : 10,000,000
• شدة إضاءة حتى 500,000 lx
• عرض شدة الإشعاع الساقط وشدة الإضاءة والجرعة الإشعاعية
• عدم يقين المعايرة للمستشعرات نموذجياً من 4.5 إلى 6.0 % ‎(k = 2)‎

النظام مناسب للمختبرات والتطوير وضمان الجودة والاختبارات الصناعية، ويوفّر بمدخليه للمستشعرات احتياطياً أكبر.

يمكن أن تمتلك مصابيح LED أطيافاً ضيّقة جداً أو أطيافاً مكوّنة من عدّة قمم. لذلك فإنّ مدى مطابقة مقياس اللوكس لمنحنى V(λ) طيفياً يكتسب أهمية خاصة في قياسات LED: فإذا كانت حساسية المستشعر عند طول موجة الانبعاث أعلى أو أدنى قليلاً من منحنى V(λ)، فإنّ هذا الانحراف يظهر بكامل أثره في القراءة عند التعامل مع مصدر ضيّق النطاق. ويُوضَّح مقدار هذا الأثر في المقال المتعلق بـعدم التطابق الطيفي.

ويُعدّ مقياس اللوكس المُعايَر المزوّد بمستشعر مطابق لمنحنى V(λ) مناسباً للاختبارات الروتينية.

• تحديد مستوى القياس: يوضع المستشعر في المستوى الذي يُراد أن تنطبق عليه القيمة – وهو في أماكن العمل سطح العمل عادةً – ويُحاذى موازياً له.
• الحفاظ على ثبات المسافة: في حالة المصادر النقطية، تنخفض شدة الإضاءة بمربع المسافة. وحتى بضعة مليمترات تُحدث فرقاً واضحاً في القراءة.
• تجنّب التظليل: يجب ألا تحجب الأجسام أو الأيدي أو الكابلات الضوء عن المستشعر.
• عدة نقاط قياس: نادراً ما تكون شدة الإضاءة على سطح ما منتظمة. وتُظهر شبكة من عدة نقاط القيمة المتوسطة ومدى الانتظام.
• مراعاة درجة الحرارة: ينبغي أن يكون المستشعر ومصدر الضوء قد بلغا درجة حرارة التشغيل؛ إذ تغيّر كثير من المصابيح وعناصر LED خرجها الضوئي أثناء الإحماء.

تُعدّ المعايرة القابلة للإرجاع المترولوجي لنظام القياس أمراً أساسياً للحصول على قياسات قابلة للتكرار.

تُورَّد مستشعرات Opsytec مُعايَرة ويمكن إعادة معايرتها. وهذا يجعل الأنظمة مناسبة للاختبارات المتكرّرة وضمان الجودة ومهام القياس التي تتطلّب التوثيق.

ما الفرق بين القياس بوحدة اللوكس والقياس بوحدة W/m²؟
القياس الراديومتري بوحدة W/m² يسجّل القدرة الإشعاعية الموجودة فيزيائياً دون أي ترجيح. أما القياس الفوتومتري بوحدة اللوكس فيرجّح الإشعاع نفسه بدالة الكفاءة الضوئية V(λ) للعين البشرية، ويكون صفراً خارج النطاق الممتد تقريباً من 380 إلى 780 nm. ولذلك يمكن أن يكون لمصدرين لهما القدرة الإشعاعية نفسها قيم لوكس مختلفة جداً.

لماذا تُقاس شدة الاستضاءة في الفحص الفلوري وفقاً للمواصفة ISO 3059؟
يقلّل الضوء المحيط المرئي التباين بين المؤشر الفلوري والخلفية. ولذلك تحدّ المواصفة شدة الاستضاءة أثناء الفحص بحد أقصى قدره 20 lx، مع شدة إشعاع ساقط من الأشعة فوق البنفسجية UV-A لا تقل عن 10 W/m². ويُقاس كلاهما عند سطح الفحص.

ماذا يعني الترجيح بدالة V(λ)؟
V(λ) هي منحنى الكفاءة الضوئية للعين البشرية في الرؤية النهارية، المُعرَّف دولياً، وتقع ذروته عند 555 nm. ويجب أن يتبع مستشعر مقياس اللوكس هذا المنحنى طيفياً كي تتوافق قراءته مع السطوع المُدرَك. ومع المصادر ضيقة النطاق مثل المصابيح LED، يكون تأثير الانحرافات أكبر مما هو عليه مع الضوء عريض النطاق.

ما الغرض من تصحيح جيب التمام؟
الضوء الساقط بزاوية مائلة على سطح ما لا يسهم في شدة الاستضاءة إلا بمقدار جيب تمام زاوية السقوط. ويحاكي ناشرٌ ضوئي موضوع أمام المساحة البصرية للمستشعر هذا السلوك. وبدون تصحيح جيب التمام، فإن الضوء الوارد بزاوية – من عدة مصابيح أو من مصادر كبيرة المساحة مثلاً – سيُرجَّح بشكل خاطئ.