מדי לוקס ומדי עצמת הארה למדידת אור מדויקת

מד לוקס מודד את עצמת התאורה E_v. היא מתארת את השטף האורי הנופל על משטח נתון. היחידה היא לוקס:

1 lx = 1 lm/m²

עצמת התאורה היא גודל פוטומטרי. היא משקללת את הקרינה האופטית לפי הרגישות הספקטרלית של העין האנושית בראייה ביום.

לכן מדידת לוקס שונה באופן מהותי ממדידה רדיומטרית ב-W/m². שני מקורות אור בעלי הספק קרינה זהה עשויים להניב ערכי לוקס שונים בשל הספקטרום השונה שלהם.

במדידות פוטומטריות, הרגישות הספקטרלית של העין האנושית לאור מתוארת באמצעות פונקציית V(λ). שיאה באורך גל של 555 nm והיא יורדת בתלילות לעבר קצות התחום הנראה.

לכן, מד עצמת תאורה זקוק לחיישן V-lambda: חיישן שהרגישות הספקטרלית שלו תואמת ככל האפשר את פונקציית השקלול הזו. סטיות בין תגובת החיישן לבין V(λ) עלולות לגרום לשגיאות מדידה, במיוחד עם נוריות LED צרות-פס או עם ספקטרומים חריגים.

חיישן LUX של Opsytec פועל בתחום 380 עד 780 nm עם שקלול V(λ), וניתן להשתמש בו עם הרדיומטרים RMD ו-RM-12.

עצמת ההארה היא גודל המתייחס לשטח. קרינה הפוגעת במשטח המדידה בזווית אלכסונית תורמת לעצמת ההארה בהתאם לקוסינוס של זווית הפגיעה. ראש מדידה מתאים חייב לשחזר התנהגות זוויתית זו.

חיישני Opsytec עושים שימוש במפזרי אור לצורך תיקון קוסינוס. הדבר משפר את דיוק המדידה עבור אור שאינו נופל על החיישן בניצב בלבד.

בין לילה של ירח חדש זרוע כוכבים לבין השמש בשיא גובהה מפריד גורם של יותר מ-100 מיליון – והעין רואה בשני המצבים. האישון משנה את כמות האור הנכנס בפי 16 בלבד; הרשתית מבצעת את החלק הגדול בהרבה של ההסתגלות. הסולם מציג רמות תאורה אופייניות וערכי תקן על ציר לוגריתמי. גררו את המחוון על הציר, העבירו את העכבר מעל סמל או הזינו ערך מדידה משלכם.

היישומים האופייניים הם:

• בדיקת גופי תאורה מבוססי LED
• פיתוח מערכות תאורה
• בקרת איכות ובדיקות ייצור
• מדידות השוואתיות על מנורות
• מחקר ופיתוח
• אפיון מערכות אופטיות

בכמה יישומים התקנים מגדירים את עצמת התאורה באופן ישיר:

• גילוי סדקים פלואורסצנטי לפי ISO 3059: במהלך הבדיקה אסור שאור הסביבה הנראה יעלה על 20 lx, בעוד שעצמת הקרינה הנופלת ב-UV-A היא לפחות 10 W/m². למקרה זה זמין עבור ה-RMD חיישן משולב ל-365 nm ול-LUX.
• יציבות פוטוכימית לפי ICH Q1B: דגימות תרופה חייבות לקבל לפחות 1.2 מיליון שעות לוקס של אור נראה ו-200 Wh/m² של UV קרוב. לשם כך נמדדות עצמת התאורה ועצמת הקרינה הנופלת ב-UV במיקום הדגימה.
• תאורת מקומות עבודה לפי EN 12464-1: התקן מגדיר ערכי עצמת תאורה מתוחזקת למקומות עבודה, מ-75 lx בחניונים ועד 750 lx לשרטוט טכני.
• טכנולוגיית LED ותצוגה: עצמת התאורה מתארת את אור הסביבה ואת פלט האור של מודולי LED על משטח.

בחירת מערכת המדידה תלויה בספקטרום, בעצמה, בגאומטריית המדידה ובשאלה האם יש להעריך קרינת UV בנוסף לאור הנראה. ה-RMD או ה-RM-12 עם חיישן LUX מתאימים למדידות לוקס מהירות וברות-שחזור. לניטור קבוע המותקן במערכות, חיישן ה-LUX זמין גם כחיישן PLC עם מוצא אנלוגי וכ-PLC.net עם חיבור Ethernet.

ה-RM-12 הוא רדיומטר ידני קומפקטי המופעל בסוללה, שניתן להפעילו עם ראשי מדידה שונים. בשילוב עם חיישן LUX הוא הופך למכשיר נוח למדידת לוקס.

המבנה המודולרי מאפשר להשתמש באותה יחידת בסיס למדידות פוטומטריות ורדיומטריות כאחד. נוסף על עצמת הארה, חיישנים מתאימים יכולים למדוד למשל עצמת קרינה נופלת (W/m²) בתחומי UVA‏, UVB או UVC.

יתרון זה בולט במיוחד ביישומים שבהם יש להעריך יחד אור נראה וקרינת UV.

ה-RMD הוא רדיומטר ידני דיגיטלי לחלוטין עם שתי כניסות חיישן. הוא מתאים למדידות מדויקות בטווח דינמי רחב עם חיישנים שונים. בזכות טווח המדידה שלו עד 500,000 lx ניתן לבחון הן מצבי תאורה מלאכותית טיפוסיים והן עצמות הארה גבוהות במיוחד – למשל בתאי הקרנה או תחת מנורות ניתוח וטיפול.

• שתי כניסות חיישן דיגיטליות, למשל למדידה בו-זמנית של עצמת הארה ושל עצמת קרינה נופלת UVA
• המרה ברזולוציה של 24 ביט וטווח דינמי של 1 : 10,000,000
• עצמת הארה עד 500,000 lx
• תצוגה של עצמת קרינה נופלת, עצמת הארה ומנת קרינה
• אי-ודאות הכיול של החיישנים היא בדרך כלל 4.5 עד 6.0 % ‏(k = 2)

המערכת מתאימה למעבדות, לפיתוח, להבטחת איכות ולבדיקות תעשייתיות, ועם שתי כניסות חיישן היא מציעה את מרווח העתודה הגדול יותר.

לנוריות LED עשויים להיות ספקטרים צרים מאוד או ספקטרים המורכבים מכמה שיאים. לכן התאמת התגובה הספקטרלית של מד הלוקס לעקומת V(λ) רלוונטית במיוחד למדידות LED: אם רגישות החיישן באורך הגל של הפליטה נמצאת מעט מעל או מתחת לעקומת V(λ), סטייה זו משפיעה במלואה על הקריאה עבור מקור צר-פס. עד כמה גדולה יכולה להיות ההשפעה מוסבר במאמר על אי-התאמה ספקטרלית.

מד לוקס מכויל עם חיישן מותאם ל-V(λ) מתאים לבדיקות שגרתיות.

• הגדירו את מישור המדידה: החיישן מונח במישור שעבורו אמור לחול הערך – בעמדות עבודה בדרך כלל משטח העבודה – ומיושר במקביל אליו.
• שמרו על מרחק קבוע: במקורות נקודתיים, עצמת ההארה יורדת ביחס לריבוע המרחק. אפילו הפרש של מילימטרים בודדים יוצר הבדל ברור בקריאה.
• הימנעו מהצללה: גופים, ידיים וכבלים אינם צריכים למנוע אור מהחיישן.
• מספר נקודות מדידה: עצמת ההארה של משטח היא לעתים רחוקות אחידה. רשת של מספר נקודות מציגה את הערך הממוצע ואת האחידות.
• שימו לב לטמפרטורה: על החיישן ומקור האור להגיע לטמפרטורת ההפעלה שלהם; מנורות ונוריות LED רבות משנות את תפוקת האור שלהן בזמן ההתחממות.

כיול עם עקיבות מטרולוגית של מערכת המדידה חיוני למדידות הניתנות לשחזור.

חיישני Opsytec מסופקים מכוילים וניתנים לכיול מחדש. בכך המערכות מתאימות לבדיקות חוזרות, להבטחת איכות ולמשימות מדידה המחייבות תיעוד.

מה ההבדל בין מדידה ביחידות לוקס לבין מדידה ביחידות W/m²?
מדידה רדיומטרית ביחידות W/m² רושמת את הספק הקרינה הקיים פיזיקלית, ללא שקלול. מדידה פוטומטרית ביחידות לוקס משקללת את אותה קרינה בפונקציית הנצילות הראייתית V(λ) של העין האנושית, והיא מתאפסת מחוץ לתחום של כ-380 עד 780 nm. לכן שני מקורות בעלי אותו הספק קרינה עשויים להציג ערכי לוקס שונים מאוד.

מדוע נמדדת עצמת ההארה בבדיקה פלואורסצנטית לפי ISO 3059?
אור סביבה נראה מפחית את הניגודיות בין החיווי הפלואורסצנטי לבין הרקע. לפיכך התקן מגביל את עצמת ההארה במהלך הבדיקה לכל היותר 20 lx, בעצמת קרינה נופלת UV-A של 10 W/m² לפחות. שניהם נמדדים במשטח הבדיקה.

מה משמעות השקלול V(λ)?
V(λ) היא עקומת הנצילות הראייתית המוגדרת בינלאומית של העין האנושית בראייה פוטופית, שהמקסימום שלה הוא ב-555 nm. חיישן של מד לוקס חייב לעקוב אחר עקומה זו מבחינה ספקטרלית, כך שקריאתו תתאים לבהירות הנתפסת. במקורות צרי-פס כגון LED, סטיות משפיעות יותר מאשר באור רחב-פס.

לשם מה נועד תיקון הקוסינוס?
אור הפוגע במשטח בזווית תורם לעצמת ההארה רק לפי קוסינוס זווית הפגיעה. מפזר המוצב לפני השטח האופטי של החיישן משחזר התנהגות זו. ללא תיקון קוסינוס, אור המגיע בזווית – למשל ממספר גופי תאורה או ממקורות רחבי שטח – היה מקבל שקלול שגוי.