İntegre küreler - ölçüm için ve homojen ışık kaynağı olarak

Difüz yansıtan iç yüzey Lambert yasasına göre ışıma yapar: aydınlanan her nokta ışığı tüm yönlere eşit olarak verir. Küresel geometriyle birlikte bu, başka hiçbir biçimin sağlamadığı bir özellik ortaya çıkarır – duvardaki aydınlık düzeyi ne ışığın nereden girdiğine ne de kaynağın hangi yönde ışıdığına bağlıdır. Bir kürenin, ışıma dağılımı bilinmeyen bir lambanın ışık akısını ölçebilmesinin nedeni tam olarak budur.

Işık bir kez değil, çok kez yansır. Bunun kaç kez olduğu küre çarpanı M ile verilir:

M = ρ / [ 1 − ρ (1 − f) ] burada ρ = kaplamanın yansıtma çarpanı, f = iç küre yüzeyindeki açıklık oranı

İki değer neyin önemli olduğunu gösteriyor. %2'lik bir açıklık oranında ve 0,98 yansıtma çarpanında çarpan M ≈ 25'tir. Yansıtma çarpanı 0,95'e düşerse M yaklaşık 14'e iner.

Yansıtma çarpanındaki üç puanlık fark sinyali neredeyse yarıya indirir. Buradan, veri sayfalarında nadiren belirtilen iki sonuç çıkar: kaplama, tüm ölçümün duyarlılığını belirler. Ve bir küre ölçülebilir biçimde yaşlanır – baryum sülfat UV altında sararır, PTFE yağ ve toz emer. Her ikisi de ρ'yu birkaç puan, sinyali ise üçte bir oranında düşürür. Bu nedenle integre küreler düzenli aralıklarla yeniden kalibre edilmelidir.

Dolayısıyla seçim fiyata göre değil, dalga boyuna göre yapılır. UV-C'de 254 nm'de ölçüm yapan biri için baryum sülfat bir seçenek değildir – burada kullanılabilir bir yansıtma değerine sahip tek kaplama PTFE'dir. Işık akısı ölçümleri için iki metrelik bir küreye ihtiyaç duyan birinin de seçeneği yoktur, ancak tam tersi yönde: masif PTFE bu boyutta üretilemez.

Üç büyüklük birbirine bağlıdır ve hiçbiri tek başına belirlenemez.

Port oranı f. Her açıklık, yansımanın olmadığı bir noktadır ve siyah bir yama gibi davranır. Genel bir kural olarak tüm açıklıklar birlikte iç küre yüzeyinin %5'inin altında kalmalıdır; hassas ışık akısı ölçümleri için bunun belirgin şekilde altında olmalıdır. Yukarıdaki formül bunun nedenini verir: f, küre çarpanına doğrudan girer.

Çap. Test edilecek cihaza göre belirlenir. Kürenin kaynağı görüntülemek yerine akıyı integre etmesi için, test nesnesi küreye kıyasla küçük olmalıdır – genel bir kural olarak küre çapının en fazla onda biri kadar. Bu nedenle 30 cm'lik bir LED armatür yaklaşık üç metrelik bir küre gerektirirken, tek bir 5 mm LED için 50 mm yeterlidir. İkinci bağlantı port oranıdır: daha büyük bir küre, aynı port çapında daha küçük bir orana izin verir.

Baffle. Kaynak ile dedektör arasındaki küçük bir perde. O olmadan ışık, kaynaktan doğrudan dedektörün üzerine düşer ve ölçüm yeniden ışınım yönüne bağlı hale gelir – tam olarak kürenin önlemek için var olduğu durum.

Öz-soğurma. Test nesnesinin kendisi ışığı yutar: büyük duylu bir lamba, küreden küçük bir LED'den daha fazlasını alır. Bu, bir yardımcı lamba ile düzeltilir; bir kez test nesnesi ile, bir kez de onsuz ölçüm yapılır. Hassas ışık akısı ölçümleri için bu bir aksesuar değil, bir ön koşuldur.

Bir lazer demeti, her doğrudan ölçümü bozan üç özellik taşır: dedektör alanına düzensiz dağılmış bir demet profili, duyarlılığın tepki verdiği bir geliş açısı ve bir polarizasyon. İntegre küre (toplayıcı küre) bu üçünü de ortadan kaldırır: ilk difüz yansımadan sonra ışık polarize değildir, yönsüzdür ve duvara eşit biçimde dağılmıştır. Dedektör yalnızca bir irradyans (ışınım yoğunluğu) görür.

İkinci gerekçe güç yoğunluğudur. 1 mm çapında 10 W'lık bir demet yaklaşık 1,3 kW/cm² taşır – bu, herhangi bir yarı iletken dedektörü anında tahrip etmeye yeter. Küre aynı gücü tüm iç yüzeyine yayar; 100 mm çapta bu 314 cm² eder. Dolayısıyla dedektöre ulaşan değer üç büyüklük mertebesinden fazla daha düşüktür.

Darbeli lazerler darbe boyunca integre edilir: ölçülen, watt cinsinden güç değil, joule cinsinden enerjidir. Küre bunda hiçbir şeyi değiştirmez – burada da demet profilinin ve hizalamanın önemsiz olması avantajını sağlar.

İki nokta kalıyor. Birincisi, lazer dalga boyundaki yansıtıcılığın bilinmesi gerekir – 550 nm'de kalibre edilmiş bir küre 1064 nm'de hatalı ölçer. İkincisi, kaplama termal olarak sınırlıdır: yüzlerce watt mertebesindeki sürekli dalga güçlerinde termal tasarım da konuşmanın bir parçası olmalıdır.