Bu ücretsiz çevrimiçi araç, halojen aydınlatmalı bir integre kürenin (toplayıcı küre) çıkış portundaki radyansı, luminansı ve spektral radyansı hesaplar. Küre çapını (100 ila 500 mm arasında standart boyutlar veya 25 ila 2500 mm arasında herhangi bir değer), kaplamayı (baryum sülfat, optik PTFE veya altın), lamba portu sayısını, lamba tipini ve çalışma gücünü seçiniz – simülasyon sonuçları, kürenin döndürülebilir 3D modelini ve 250 ila 2500 nm arasındaki tam spektrumu anında gösterir. Hesaplama, gerçek kaplamalar üzerinde ölçülen spektral yansıtma verilerine ve spektral küre çoklayıcısı içeren klasik integre küre teorisine dayanmaktadır.
Tipik uygulamalar arasında homojen luminans ve radyans standartlarının tasarımı, kameralar ve spektrometreler için kalibrasyon kaynakları ve hedeflenen bir radyans için hangi küre boyutu, kaplama ve lamba yapılandırmasının gerekli olduğuna dair hızlı tahminler bulunmaktadır. Tek bir tıklama, tüm parametreleri ve sonuçları içeren bir PDF raporu oluşturur. Tüm sonuçlar, basitleştirilmiş bir lamba modeline dayanan yönlendirici verilerdir – bağlayıcı bir tasarım için lütfen bizimle iletişime geçiniz: Opsytec Dr. Gröbel, 25 mm ila 2,5 m çap aralığında özel integre küreler üretmektedir.
Basitleştirilmiş lamba modeli: Planck radyatörü olarak halojen, ışık akısı = Pnom × lm/W × (P/Pnom)^2,2 (dimleme eğrisi); spektral küre çarpanına sahip küre teorisi, emici açıklıklar olarak portlar, bir ek baffle yansıması, kaplama yansıtırlığı %2 düşürülmüş, kaplama ideal olarak Lambertian. Yansıtırlık verileri: Opsytec tarafından 250–2500 nm aralığında yapılan ölçümler. Tüm sonuçlar yönlendirici verilerdir – garanti kapsamında değildir.
Integre küre simülasyonunun temelleri
Bir integre küre, yayınık şekilde yansıtan ve ideal olarak Lambertsel olan iç kaplaması üzerindeki çoklu yansımalar yoluyla enjekte edilen ışığı karıştırır. Sadece birkaç yansımadan sonra küre duvarı neredeyse homojen şekilde aydınlanır ve çıkış portu homojen bir ışıklı alan oluşturur. Simülasyon bu davranışı klasik küre teorisiyle modeller: halojen lambaların radyan akısı, tipik bir renk sıcaklığına sahip bir Planck radyatörü olarak modellenir ve küre çarpanı ile dalga boyu başına yükseltilir:
Formül: M(λ) = ρ(λ) / (1 − ρ(λ) · (1 − f))
Burada ρ(λ) kaplamanın spektral yansıtma oranıdır ve f, küre yüzeyinin port açıklıkları tarafından kaplanan kısmıdır. Hesaplama, gerçek Opsytec kaplamaları üzerinde ölçülen yansıtma spektrumları kullanılarak 250 ila 2500 nm arasında 1 nm adımlarla yürütülür.
Çıkış portundaki spektral radyans, tüm lambaların toplam akısı Φ(λ), küre yüzeyi A ve küre çarpanından şu şekilde elde edilir:
Formül: L(λ) = Φ(λ) · ρ(λ) · M(λ) / (π · A)
Ek ρ(λ) faktörü, lamba ile çıkış portu arasındaki doğrudan görüşü engelleyen baffledeki bir yansımayı hesaba katar. W/(m²·sr) biriminde ifade edilen radyans L, 250–2500 nm aralığında integral alınarak elde edilir. Küre duvarı Lambertsel biçimde ışıma yaptığından, radyans görüş açısından bağımsızdır — integre küre, homojen ve açıdan bağımsız bir ışınım kaynağı gibi davranır.
Işıklılık için spektral radyans, insan gözünün ışık verimliliği fonksiyonu V(λ) (CIE 1924, fotopik) ile ağırlıklandırılır:
Formül: Lv = 683 lm/W · ∫ L(λ) · V(λ) dλ
cd/m² olarak elde edilen sonuç, çıkış açıklığının göze veya fotometrik olarak ağırlıklandırılmış bir kameraya ne kadar parlak göründüğünü tanımlar. Her lambanın ışık akısı, nominal güç ve tipik verimden (lm/W) belirlenir; kısma yapıldığında bu değer (P/Pnom)^2,2 ile orantısız bir şekilde düşer — bu da halojen lambaların gerçek kısma davranışıyla örtüşür.
Radyans, küre yüzeyiyle ters orantılı olarak ölçeklenir ve bu nedenle 1/D² ile değişir: iki kat büyük bir küre, aynı lambalarla yalnızca dörtte biri kadar radyans sağlar, ancak ışığı daha iyi karıştırır ve daha fazla port için yer sunar. Her port açıklığı küreden ışık kaybına yol açar: port oranı f büyüdükçe küre çarpanı belirgin şekilde düşer. Genel bir kural olarak f değeri %5'in altında kalmalıdır — bunun üzerinde küre teorisi giderek daha az doğru hale gelir ve simülasyon bir uyarı gösterir. Lamba portları, çıkış portu etrafında 35°'lik bir koni üzerinde dönel simetrik olarak yerleştirilmiştir.
Işık çok sayıda yansıma geçirdiğinden, yansıtma katsayısı güçlü bir kaldıraç görevi görür: ρ = 1'e yakın değerlerde tek bir yüzde puanı sonucu önemli ölçüde değiştirir. f = %2'de, ρ = %98 yaklaşık 25'lik bir çarpan verirken, ρ = %94 yalnızca yaklaşık 12 verir – bu, yaklaşık iki katlık bir farktır. Optik PTFE, tüm UV/VIS/NIR aralığında yaklaşık %99 yansıtır, baryum sülfat yaklaşık %97–98, altın ise 500 nm'nin altında yalnızca yaklaşık %25 ancak 800 nm'nin üzerinde %95'ten fazla yansıtır. Simülasyon, bu üç kaplamanın ölçülmüş spektrumlarını ve yaşlanma ile uygulama için %2'lik pratik bir düşürme faktörünü kullanır.
- ideal Lambertian, uzaysal olarak homojen kaplama; portlar tam soğurucu açıklıklar olarak; baffle'da tam olarak bir ek yansıma
- halojen lambalar, sabit renk sıcaklığına ve tipik ışık verimine sahip Planck radyatörleri olarak; kısma eğrisi (P/Pnom)^2.2
- ışın izleme (ray tracing) yok — lamba flamanları, duylar ve baffle geometrisi uzaysal olarak çözümlenmemiştir; sıcaklık ve yaşlanma etkileri yalnızca düz derating üzerinden dikkate alınır
Sonuçlar bu nedenle tasarım amaçlı yönlendirici verilerdir — garanti içermez ve bir ölçümün yerini tutmaz. Talep üzerine Opsytec, gerçek küreye ait kalibre edilmiş ölçümleri kendi ışık laboratuvarında gerçekleştirmektedir.
Seçim için kural niteliğinde ipuçları: küçük ve orta boy küreler için UV'den NIR'a en yüksek reflektansa sahip ve uzun ömürlü kararlılık gösteren optik PTFE ilk tercihtir. Baryum sülfat, boyanın büyük alanlara ekonomik şekilde uygulanabilmesi nedeniyle özellikle büyük küreler için uygundur. Altın ise kabaca 800 nm üzerindeki NIR/IR uygulamaları için kaplama malzemesidir. Çap, yüksek radyans (küçük küre) ile iyi homojenlik veya çok sayıda port (büyük küre) arasındaki dengeye göre belirlenir. Opsytec Dr. Gröbel, 25 mm ila 2,5 m çap aralığında, baflılar, istenilen port konfigürasyonları ve uyumlu ışık kaynaklarıyla özel integre küreler üretmektedir: Opsytec'in luminans ve radyans standartları
Sıkça Sorulan Sorular
Altın — yaklaşık 800 nm'nin üzerinde %95'ten fazla yansıtır ve kimyasal olarak uzun süre kararlıdır. 500 nm'nin altında yansıtma oranı yaklaşık %25'e düşer; UV ve VIS uygulamaları için optik PTFE veya baryum sülfat doğru seçimdir.
Simülasyon, ölçülen yansıma spektrumlarıyla klasik küre teorisine dayalı yönlendirici veriler sunmaktadır ve gerçek Opsytec kürelerinden elde edilen deneyim değerlerine göre kalibre edilmiştir. Üretim toleransları, saptırıcı geometrisi ve lamba saçılması basitleştirilmiş biçimde modellenmiştir — bağlayıcı olan yalnızca gerçek kürenin ölçümüdür.
Enjekte edilen ışık akısı, küre yüzeyine yayılır ve bu yüzey çapın karesiyle orantılı olarak büyür. Çapın iki katına çıkarılması, yaklaşık olarak ışınım şiddetinin dörtte birine düşmesi anlamına gelir; bunun karşılığında daha iyi bir tekdüzelik ve portlar için daha fazla alan elde edilir.
Evet. Opsytec, 25 mm ila 2,5 m çapa kadar özel integre küreler üretmekte ve talep üzerine bunları kendi ışık laboratuvarından izlenebilir kalibrasyonla birlikte sunmaktadır.
Yazar: Dr. Mark Paravia
Dr.-Ing. Mark Paravia, Ettlingen'de bulunan Opsytec Dr. Gröbel GmbH'nin genel müdürüdür ve akredite kalibrasyon laboratuvarını yönetmektedir. KIT'teki Aydınlatma Teknolojisi Enstitüsü'nde darbeli ksenon eksimer deşarjları üzerine yaptığı araştırmaların ardından, güncel çalışma alanı optik radyasyon ölçüm teknolojisidir. Kendisi, DIN Standartlar Komitesi FNL 7 "Optik Radyasyon"un başkan yardımcısıdır ve DVGW UV Dezenfeksiyon Proje Grubu'nun bir üyesidir.
Integre küre hesaplama: çap, port ve kaplama
Bir integre küreyi hesaplamak, üç büyüklüğü birbirine karşı tartmak anlamına gelir: çap, port oranı ve kaplamanın yansıtma oranı. Küre çarpanı yansıtma oranıyla birlikte artar ve her port ile azalır.
Dolayısıyla küçük portlara sahip büyük bir küre otomatik olarak daha iyi değildir: daha homojendir ama daha sönüktür. Yukarıdaki araç her iki yönü de hesaplar.