Luxmetre og belysningsstyrkemålere for presis lysmåling

Et luxmeter måler belysningsstyrken E_v. Den beskriver lysstrømmen som faller på en gitt flate. Enheten er lux:

1 lx = 1 lm/m²

Belysningsstyrke er en fotometrisk størrelse. Den vekter optisk stråling etter det menneskelige øyets spektrale følsomhet ved dagsyn.

Dette gjør luxmåling fundamentalt forskjellig fra en radiometrisk måling i W/m². To lyskilder med samme stråleeffekt kan gi ulike luxverdier på grunn av sine ulike spektre.

Ved fotometriske målinger beskrives det menneskelige øyets spektrale lysfølsomhet av V(λ)-funksjonen. Den har sitt maksimum ved 555 nm og faller bratt av mot kantene av det synlige området.

Et luksmeter trenger derfor en V-lambda-sensor: en sensor med en spektral følsomhet som samsvarer så godt som mulig med denne vektefunksjonen. Avvik mellom sensorens respons og V(λ) kan føre til målefeil, særlig ved smalbåndede LED-er eller uvanlige spektre.

Opsytec LUX-sensoren dekker 380 til 780 nm med V(λ)-vekting og kan brukes på radiometrene RMD og RM-12.

Belysningsstyrke er en arealrelatert størrelse. Stråling som treffer måleflaten i en skrå vinkel, bidrar til belysningsstyrken i henhold til cosinus til innfallsvinkelen. Et egnet målehode må gjengi denne vinkelavhengigheten.

Opsytec-sensorer bruker diffusorer for cosinuskorreksjon. Dette forbedrer målenøyaktigheten for lys som ikke utelukkende faller loddrett inn på sensoren.

Mellom en stjerneklar nymånenatt og sola i senit ligger det en faktor på mer enn 100 millioner – og øyet ser i begge tilfeller. Pupillen endrer mengden innfallende lys med bare rundt en faktor på 16; netthinnen står for den langt største delen av tilpasningen. Skalaen viser typiske belysningsstyrker og standardverdier på en logaritmisk akse. Dra glidebryteren på aksen, før musen over et symbol, eller legg inn din egen måleverdi.

Typiske bruksområder er:

• Testing av LED-armaturer
• Utvikling av belysningssystemer
• Kvalitetskontroll og produksjonstesting
• Sammenlignende målinger på lamper
• Forskning og utvikling
• Karakterisering av optiske systemer

I flere bruksområder angir standardene belysningsstyrken direkte:

• Fluorescerende sprekkdeteksjon etter ISO 3059: Under inspeksjonen må det synlige omgivelseslyset ikke overstige 20 lx, med en UV-A-irradians på minst 10 W/m². For dette tilfellet finnes det en kombinert sensor for 365 nm og LUX til RMD.
• Fotostabilitet etter ICH Q1B: Legemiddelprøver må motta minst 1,2 millioner luxtimer med synlig lys og 200 Wh/m² nær-UV. Belysningsstyrken og UV-irradiansen måles i prøveposisjonen for dette formålet.
• Arbeidsplassbelysning etter EN 12464-1: Standarden angir vedlikeholdte belysningsstyrkeverdier for arbeidsplasser, fra 75 lx i parkeringshus til 750 lx for teknisk tegning.
• LED- og displayteknologi: Belysningsstyrken beskriver omgivelseslyset og lysutbyttet fra LED-moduler på en overflate.

Valget av målesystem avhenger av spekteret, intensiteten, målegeometrien og av om UV-stråling skal vurderes i tillegg til synlig lys. RMD eller RM-12 med LUX-sensor egner seg for raske og reproduserbare luksmålinger. For permanent installert overvåking i anlegg er LUX-sensoren også tilgjengelig som PLS-sensor med analog utgang og som PLC.net med Ethernet-tilkobling.

RM-12 er et kompakt, batteridrevet håndholdt radiometer som kan brukes med ulike målehoder. Sammen med LUX-sensoren blir det et hendig luxmåleapparat.

Den modulære oppbygningen gjør at samme basisenhet kan brukes til fotometriske og radiometriske målinger. I tillegg til belysningsstyrke kan egnede sensorer for eksempel måle UVA-, UVB- eller UVC-irradians.

Dette er særlig fordelaktig i bruksområder der synlig lys og UV-stråling må vurderes sammen.

RMD er et fullt digitalt håndholdt radiometer med to sensorinnganger. Det egner seg for presise målinger med høyt dynamisk område og ulike sensorer. Med måleområdet opptil 500 000 lx kan både typiske kunstige lyssituasjoner og svært høye belysningsstyrker undersøkes – for eksempel i bestrålingskamre eller under operasjons- og behandlingslamper.

• to digitale sensorinnganger, for eksempel for å måle belysningsstyrke og UVA-irradians samtidig
• 24-bits konvertering og et dynamisk område på 1 : 10 000 000
• belysningsstyrke opptil 500 000 lx
• visning av irradians, belysningsstyrke og dose
• kalibreringsusikkerhet for sensorene typisk 4,5–6,0 % (k = 2)

Systemet egner seg for laboratorier, utvikling, kvalitetssikring og industriell testing, og med to sensorinnganger gir det større reserve.

LED-er kan ha svært smale spektre eller spektre som er satt sammen av flere topper. Den spektrale tilpasningen av et luxmeter til V(λ) er derfor spesielt relevant for LED-målinger: hvis sensorfølsomheten ved emisjonsbølgelengden ligger litt over eller under V(λ)-kurven, får dette avviket full effekt på avlesningen for en smalbåndet kilde. Hvor stor effekten kan være, er forklart i artikkelen om spektral mismatch.

Et kalibrert luxmeter med en V(λ)-tilpasset sensor er egnet for rutinemessig testing.

• Definer måleplanet: Sensoren ligger i det planet verdien skal gjelde for – for arbeidsplasser vanligvis arbeidsflaten – og rettes inn parallelt med det.
• Hold avstanden konstant: Ved punktkilder avtar belysningsstyrken med kvadratet av avstanden. Selv noen få millimeter gir en tydelig forskjell i måleverdien.
• Unngå skyggelegging: Kropp, hender og kabler må ikke hindre lys i å nå sensoren.
• Flere målepunkter: Belysningsstyrken på en flate er sjelden jevn. Et rutenett med flere punkter viser middelverdien og jevnheten.
• Tenk på temperaturen: Sensor og lyskilde bør ha nådd driftstemperaturen sin; mange lamper og LED-er endrer lysutbyttet mens de varmes opp.

Metrologisk sporbar kalibrering av målesystemet er avgjørende for reproduserbare målinger.

Opsytec-sensorer leveres kalibrert og kan rekalibreres. Det gjør systemene egnet for gjentakende tester, kvalitetssikring og måleoppgaver som krever dokumentasjon.

Hva er forskjellen på en måling i lux og en måling i W/m²?
En radiometrisk måling i W/m² registrerer den fysisk tilstedeværende stråleeffekten uten vekting. En fotometrisk måling i lux vekter den samme strålingen med lysutbyttefunksjonen V(λ) for det menneskelige øyet og er null utenfor omtrent 380–780 nm. To kilder med samme stråleeffekt kan derfor ha svært ulike luksverdier.

Hvorfor måles belysningsstyrken ved fluorescerende inspeksjon etter ISO 3059?
Synlig omgivelseslys reduserer kontrasten mellom den fluorescerende indikasjonen og bakgrunnen. Standarden begrenser derfor belysningsstyrken under inspeksjonen til maksimalt 20 lx, med en UV-A-irradians på minst 10 W/m². Begge deler måles ved inspeksjonsflaten.

Hva betyr V(λ)-vekting?
V(λ) er den internasjonalt definerte lysutbyttekurven for det menneskelige øyet ved fotopisk syn, med maksimum ved 555 nm. Sensoren i et luksmeter må følge denne kurven spektralt slik at avlesningen svarer til den opplevde lysstyrken. Ved smalbåndede kilder som LED-er får avvik større betydning enn ved bredbåndet lys.

Hva er formålet med cosinuskorreksjon?
Lys som treffer en flate skrått, bidrar til belysningsstyrken bare med cosinus til innfallsvinkelen. En diffusor foran sensorens optiske areal gjengir denne oppførselen. Uten cosinuskorreksjon ville lys som kommer inn i en vinkel – for eksempel fra flere lysarmaturer eller storflatede kilder – blitt vektet feil.