Luxmetre og målere til belysningsstyrke til præcis lysmåling

Et luxmeter måler belysningsstyrken E_v. Den beskriver den lysstrøm, der falder på en given overflade. Enheden er lux:

1 lx = 1 lm/m²

Belysningsstyrke er en fotometrisk størrelse. Den vægter optisk stråling efter det menneskelige øjes spektrale følsomhed ved dagsyn.

Det gør luxmåling grundlæggende forskellig fra en radiometrisk måling i W/m². To lyskilder med samme strålingseffekt kan give forskellige luxværdier på grund af deres forskellige spektre.

Ved fotometriske målinger beskrives det menneskelige øjes spektrale lysfølsomhed af V(λ)-funktionen. Den har sit maksimum ved 555 nm og falder stejlt mod kanterne af det synlige område.

En belysningsstyrkemåler kræver derfor en V-lambda-sensor: en sensor, hvis spektrale følsomhed svarer så nøjagtigt som muligt til denne vægtningsfunktion. Afvigelser mellem sensorens respons og V(λ) kan føre til målefejl, især ved smalbåndede LED'er eller usædvanlige spektre.

Opsytec LUX-sensoren arbejder fra 380 til 780 nm med V(λ)-vægtning og kan anvendes på radiometrene RMD og RM-12.

Belysningsstyrke er en arealrelateret størrelse. Stråling, der rammer måleoverfladen i en skrå vinkel, bidrager til belysningsstyrken svarende til cosinus til indfaldsvinklen. Et egnet målehoved skal gengive denne vinkelafhængighed.

Opsytec-sensorer anvender diffusorer til cosinuskorrektion. Det forbedrer målenøjagtigheden for lys, der ikke udelukkende falder vinkelret ind på sensoren.

Mellem en stjerneklar nymånenat og solen i zenit ligger der en faktor på mere end 100 millioner – og øjet ser i begge tilfælde. Pupillen ændrer kun mængden af indfaldende lys med cirka en faktor 16; nethinden står for den langt største del af tilpasningen. Skalaen viser typiske belysningsstyrker og standardværdier på en logaritmisk akse. Træk skyderen på aksen, før musen hen over et symbol, eller indtast din egen måleværdi.

Typiske anvendelser er:

• Test af LED-armaturer
• Udvikling af belysningssystemer
• Kvalitetskontrol og produktionstest
• Sammenlignende målinger på lamper
• Forskning og udvikling
• Karakterisering af optiske systemer

I flere anvendelser angiver standarder belysningsstyrken direkte:

• Fluorescerende revnedetektering iht. ISO 3059: Under inspektionen må det synlige omgivelseslys ikke overstige 20 lx, med en UV-A-irradians på mindst 10 W/m². Til dette formål findes en kombineret sensor til 365 nm og LUX til RMD.
• Fotostabilitet iht. ICH Q1B: Lægemiddelprøver skal modtage mindst 1,2 millioner luxtimer synligt lys og 200 Wh/m² nær-UV. Hertil måles belysningsstyrken og UV-irradiansen i prøvepositionen.
• Arbejdspladsbelysning iht. EN 12464-1: Standarden angiver vedligeholdte belysningsstyrker for arbejdspladser, fra 75 lx i parkeringsanlæg til 750 lx ved teknisk tegning.
• LED- og displayteknologi: Belysningsstyrken beskriver omgivelseslyset og LED-modulernes lysudbytte på en overflade.

Valget af målesystem afhænger af spektret, intensiteten, målegeometrien og af, om UV-stråling skal vurderes ud over synligt lys. RMD eller RM-12 med LUX-sensor er velegnede til hurtige og reproducerbare luxmålinger. Til permanent installeret overvågning i anlæg fås LUX-sensoren også som PLC-sensor med analog udgang og som PLC.net med Ethernet-tilslutning.

RM-12 er et kompakt, batteridrevet håndholdt radiometer, som kan anvendes med forskellige målehoveder. Sammen med LUX-sensoren bliver det et praktisk luxmåleinstrument.

Det modulære design gør det muligt at bruge den samme grundenhed til fotometriske og radiometriske målinger. Ud over belysningsstyrke kan passende sensorer f.eks. måle UVA-, UVB- eller UVC-irradians.

Det er især en fordel i anvendelser, hvor synligt lys og UV-stråling skal vurderes samlet.

RMD er et fuldt digitalt håndholdt radiometer med to sensorindgange. Det er velegnet til præcise målinger med stort dynamikområde og forskellige sensorer. Med måleområdet op til 500.000 lx kan både typiske kunstlyssituationer og meget høje belysningsstyrker undersøges – for eksempel i bestrålingskamre eller under operations- og behandlingslamper.

• to digitale sensorindgange, for eksempel til samtidig måling af belysningsstyrke og UVA-irradians
• 24-bit konvertering og et dynamikområde på 1 : 10.000.000
• belysningsstyrke op til 500.000 lx
• visning af irradians, belysningsstyrke og dosis
• sensorernes kalibreringsusikkerhed typisk 4,5–6,0 % (k = 2)

Systemet er velegnet til laboratorier, udvikling, kvalitetssikring og industriel test og giver med to sensorindgange den største reserve.

LED'er kan have meget smalle spektre eller spektre sammensat af flere toppe. Et luxmeters spektrale tilpasning til V(λ) er derfor særligt relevant ved LED-målinger: hvis sensorens følsomhed ved emissionsbølgelængden ligger lidt over eller under V(λ)-kurven, slår denne afvigelse fuldt igennem på aflæsningen for en smalbåndet kilde. Hvor stor effekten kan være, forklares i artiklen om spektral mismatch.

Et kalibreret luxmeter med en V(λ)-tilpasset sensor er velegnet til rutinemæssig kontrol.

• Definer måleplanet: Sensoren ligger i det plan, som værdien skal gælde for – på arbejdspladser typisk arbejdsfladen – og rettes ind parallelt med det.
• Hold afstanden konstant: Ved punktformede lyskilder falder belysningsstyrken med kvadratet på afstanden. Selv få millimeter giver en tydelig forskel i måleværdien.
• Undgå afskærmning: Kroppe, hænder og kabler må ikke holde lys væk fra sensoren.
• Flere målepunkter: Belysningsstyrken på en flade er sjældent ensartet. Et gitter med flere punkter viser middelværdien og ensartetheden.
• Vær opmærksom på temperaturen: Sensor og lyskilde bør have nået deres driftstemperatur; mange lamper og LED'er ændrer deres lysudbytte, mens de varmer op.

Metrologisk sporbar kalibrering af målesystemet er afgørende for reproducerbare målinger.

Opsytec-sensorer leveres kalibrerede og kan rekalibreres. Det gør systemerne velegnede til tilbagevendende test, kvalitetssikring og måleopgaver, der kræver dokumentation.

Hvad er forskellen på en måling i lux og en måling i W/m²?
En radiometrisk måling i W/m² registrerer den fysisk tilstedeværende stråleeffekt uden vægtning. En fotometrisk måling i lux vægter den samme stråling med det menneskelige øjes lysfølsomhedskurve V(λ) og er nul uden for ca. 380–780 nm. To kilder med samme stråleeffekt kan derfor have meget forskellige luxværdier.

Hvorfor måles belysningsstyrken ved fluorescerende inspektion efter ISO 3059?
Synligt omgivelseslys reducerer kontrasten mellem den fluorescerende indikation og baggrunden. Standarden begrænser derfor belysningsstyrken under inspektionen til maksimalt 20 lx, med en UV-A-irradians på mindst 10 W/m². Begge dele måles ved inspektionsfladen.

Hvad betyder V(λ)-vægtning?
V(λ) er den internationalt definerede lysfølsomhedskurve for det menneskelige øje ved fotopisk syn, med maksimum ved 555 nm. En luxmeter-sensor skal følge denne kurve spektralt, så dens visning svarer til den oplevede lysstyrke. Ved smalbåndede kilder som LED'er har afvigelser større betydning end ved bredbåndet lys.

Hvad bruges cosinuskorrektion til?
Lys, der falder skråt ind på en flade, bidrager kun til belysningsstyrken med cosinus til indfaldsvinklen. En diffusor foran sensorens optiske areal gengiver denne adfærd. Uden cosinuskorrektion ville lys, der ankommer i en vinkel – for eksempel fra flere armaturer eller store kilder – blive vægtet forkert.