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12 de Outubro, 2022 703 Visualizações Autor: Raza Rabbani

Explique a esfera integradora e suas geometrias

An esfera de integração é uma esfera com uma cobertura refletora no interior, como o nome indica. Ele é projetado para ter uma fonte de luz dentro dele, ponto em que pode calcular o fluxo total de saída da luz. Por isso esferas integradoras de 2pi e 4pi são um de seus tipos.
Ele acumula todos os raios que saem do item e são refletidos pelo revestimento no interior da esfera. Como o próprio nome indica, uma esfera integradora é usada para integrar a saída de luz medida de uma fonte.
An esfera de integração é um dispositivo que detecta fluxo ou atenua a radiação óptica de uma fonte normalmente localizada fora do instrumento óptico. Quando a radiação é injetada em uma esfera integradora, ela colide com as paredes refletoras e é espalhada em várias direções.
Por causa de todas as refrações, a radiação se espalha uniformemente ao redor das bordas da esfera. O detector pode medir prontamente o nível de radiação integrado resultante, uma vez que é proporcional ao nível de radiação inicial.

Explique a esfera integradora e suas geometrias

Figura: Integrando Esfera

Como a integração da esfera funciona
Uma fonte de luz (a amostra) pode ser posicionada na frente da abertura da esfera (2) para uma medição de irradiância ou dentro da esfera integradora (4) para uma captura completa do fluxo radiante para obter uma leitura. Os feixes de luz refletirão no revestimento muitas vezes ao usar qualquer uma dessas configurações de medição, criando uma iluminação uniforme em toda a esfera integradora.
Defletores como esse são cruciais porque o detector ou a área no interior da esfera integradora de onde está obtendo a refletância direta não deve ser atingido diretamente pela luz que entra na esfera.
Os mais
esfera de integração projetos têm defletores para facilitar esta função. Os defletores podem criar erros porque impedem que a esfera de integração tenha uma cavidade esférica precisamente formada. É por isso que faz sentido utilizar o menor número possível de defletores e portas em uma esfera de integração.

Revestimentos refletivos
Considere a refletividade e a durabilidade ao decidir sobre o revestimento refletivo de uma esfera de integração. Revestimentos difusos de alta reflexão devem ser aplicados em todas as peças, incluindo os defletores, para garantir que toda a luz recebida seja espalhada de volta ao espaço. Se a bola for exposta a muita luz e usada em um local onde possa acumular poeira ou sujeira, é melhor usar uma cobertura mais resistente e lavável. Evitar sujeira e poeira é importante, pois ambos reduzem a refletividade e absorvem a luz.

Integrando o design da esfera
Alguns fatores universais devem ser considerados ao projetar um esfera de integração para qualquer finalidade. Dependendo das portas disponíveis e outros acessórios, você precisará escolher uma esfera com o diâmetro certo. Ao decidir sobre um revestimento para uma faixa esférica, a faixa espectral e os objetivos de desempenho devem ser considerados.
Equações radiométricas são fornecidas para calcular a eficácia do acoplamento entre uma esfera integradora e um sistema de detecção, e o emprego de defletores sobre a radiação incidente e o campo de visão do detector são examinados.

A superfície interna e a parede interna de uma esfera integradora são esféricas e compostas por uma substância espalhadora de luz, como o sulfato de bário, com alta refletância. O uso eficiente de uma esfera integradora é dispersar uniformemente um feixe de luz (a luz de medição) que entra na esfera.

esfera integradora de 2pi e 4pi
As abordagens 2pi e 4pi são frequentemente usadas para testar várias fontes de luz, luminárias e componentes, como módulos e matrizes de LED.
Luzes direcionais com saída de luz direcionada para frente são o alvo principal da geometria de teste 2pi. A lâmpada de teste é posicionada na porta lateral da esfera de modo que seu feixe de luz percorra a esfera e entre em contato primeiro com uma área em branco da esfera. Como a reflexão inicial ilumina toda a superfície da esfera de forma mais consistente, o feixe da lâmpada pode se projetar em uma parte contínua da superfície livre de impedimentos ou emendas.
As luzes omnidirecionais emitem luz em qualquer direção e geralmente são submetidas à geometria de teste 4pi. Um teste A lâmpada é posicionada no centro da esfera para que sua luz seja difundida uniformemente por toda a esfera, permitindo resultados mais confiáveis.
Ele projetou essas duas formas de teste para levar em conta as diferenças entre bens omnidirecionais e direcionais, enquanto ainda produz resultados confiáveis. No entanto, devido às suas propriedades únicas de intensidade do feixe, vários tipos de lâmpadas podem resultar em resultados fotométricos variados dentro de uma esfera integradora.
Os padrões de calibração estão vinculados a procedimentos de teste individuais para garantir a máxima precisão dos resultados. A saída medida de uma lâmpada direcional em geometrias de 2pi deve ser equivalente à saída medida de uma lâmpada omnidirecional em geometrias de 4pi.

Esfera de integração

Figura: Integrando Esfera

Aplicações da esfera integradora
O fluxo radiante é coletado e integrado espacialmente usando esferas de integração. Ele pode detectar o fluxo antes ou depois de interagir com uma amostra de material. Quando usado como parte de um radiômetro ou fotômetro, o esfera de integração permite a medição direta da densidade de fluxo gerada por iluminação hemisférica e fontes pontuais como lâmpadas e lasers.
Medições de refletância total e transmitância de materiais difusos ou espalhadores são talvez o uso mais comum de esferas de integração. Um método usa a abertura da porta da esfera integradora como uma fonte de área ampla e uniformemente iluminada. Eles também são úteis como retroiluminadores consistentes ou para calibrar equipamentos e sistemas eletrônicos de imagem.

Radiômetros e fotômetros
A medição direta do fluxo geométrico total de uma fonte de luz ou a densidade de fluxo de uma região iluminada pode ser feita com a ajuda de uma esfera integradora e um fotodetector com sensibilidade espectral adequada. O ideal esfera de integração design é baseado na distribuição geométrica da luz que está sendo medida.
Qual técnica de fotodetecção é melhor depende das características espectrais da fonte de luz. Normalmente, o watt é a unidade SI de fluxo radiante dos radiômetros. A maioria dos radiômetros emprega fotodetectores de resposta quântica.
Como sua sensibilidade varia no espectro visível, geralmente é mais prático ajustar a resposta para uma única área espectral usando filtros ópticos, exceto para situações em que o fluxo de entrada é monocromático.

Quando se trata dos comprimentos de onda da luz, os detectores térmicos não são preconceituosos. Como resultado dessa qualidade, eles também são vulneráveis ​​aos efeitos da radiação de calor de fundo da Terra. Eles geralmente precisam de um ambiente com temperatura controlada e ajustam sua radiação de entrada para permitir a detecção síncrona.
Modificar a responsividade espectral relativa do fotodetector é a dependência espectral do multiplicador da esfera integradora. Para construir ou calibrar seu sistema de medição para uma certa sensibilidade, você precisará pensar na esfera e no detector juntos.
Os fotômetros são um subconjunto de radiômetros que usam um detector quântico com filtros projetados para imitar a resposta de espectro do observador humano típico. O termo “função de eficiência luminosa” descreve a especificidade desta resposta.
O lúmen é a medida padrão do fluxo fotométrico. A função de resposta do detector combina o fluxo radiante espectral com um esquema de ponderação predeterminado para gerar uma escala de lúmen.
O campo de fotometria é a única tecnologia de medição física que depende apenas da visão humana.
Quando configurada como um fotômetro, uma esfera integradora pode fazer leituras em todas as porções visível, infravermelha e ultravioleta do espectro eletromagnético. Por eliminar os efeitos de iluminação indireta e dispersão geométrica, é perfeito para comparar as intensidades luminosas de fontes de iluminação direta.
Pode determinar a intensidade inicial do feixe, uma vez que a atenuação de fontes fortes colimadas, como lasers, é uma função direta da forma esférica.

Refletância e transmitância de materiais
Medições de refletância e transmitância de materiais difusos ou espalhadores são os usos mais comuns para a integração de esferas. É prática comum fazer as leituras espectralmente, ou seja, em função do comprimento de onda. No entanto, detectores de resposta fotópica podem ser usados ​​para quantificar a refletância e a transmitância luminosa.
A transmitância difusa é uma métrica UV usada para avaliar a proteção UV fornecida por recipientes farmacêuticos, roupas de proteção solar e revestimentos automotivos. Tintas, têxteis e artes gráficas são apenas alguns negócios que quantificam e regulam o uso de cores no espectro visível. A emissividade dos revestimentos e folhas de controle térmico usados ​​no projeto da espaçonave é calculada usando a refletância hemisférica total no infravermelho.
As medições de refletância requerem o posicionamento da amostra na saída reversa da porta de entrada. A amostra reflete uma parte do fluxo incidente. o esfera de integração mede a refletância hemisférica difusa e especular combinada.

Fontes uniformes
A esfera de integração já foi usado como coletor para medir o fluxo radiante, seja a quantidade absoluta de fluxo produzida por uma fonte de luz ou a quantidade relativa de fluxo transmitida ou refletida por materiais.
A porta aberta de uma esfera integradora iluminada por dentro pode fornecer iluminação difusa em uma ampla região.
As luzes são instaladas dentro da esfera integradora, em toda a volta da janela de observação. As luzes são muitas vezes protegidas da popa. A saída de luz do globo é proporcional à potência da lâmpada. O uso de uma série de luzes permite uma fonte de luz mais poderosa e um escurecimento gradual da intensidade.
A maioria das fontes de luz esféricas integradoras emprega lâmpadas halógenas de tungstênio. Ao usar uma fonte de energia adequadamente controlada, a luz dessas lâmpadas é uniforme em todo o espectro, sem linhas de emissão visíveis ou flutuações na frequência. Quando a equação de radiância da esfera é usada em conjunto com as equações de corpo negro para o fluxo radiante espectral, pode-se estimar a radiância espectral da fonte.

Outros usos da esfera integradora
1. As medições ópticas, fotométricas e radiométricas são todas possíveis usando um esfera de integração. Uma esfera integradora captura mais facilmente a luz devido à sua forma esférica, que permite a integração da fonte de luz interna. Para cada faixa de comprimento de onda, uma esfera integradora possui um revestimento único no interior de sua superfície.
Se alguém tentasse fornecer um resumo dos muitos usos da esfera integradora, poderia fazê-lo da seguinte forma:

2. Examinar quanta luz um item reflete ou transmite. A montagem de um item na porta de entrada da esfera de integração permite que a fonte de luz seja colocada atrás do objeto, com a luz refletida do revestimento do objeto sendo coletada pelo detector. Se o item que bloqueia a luz for removido, o fluxo de saída da fonte de luz pode ser medido diretamente, permitindo que a transmitância seja calculada. Outra opção é medir a refletância do objeto montando-o em ângulo reto com a porta de entrada.
3. O tamanho ótimo de uma esfera integradora depende do tamanho da fonte de luz; no entanto, esferas maiores geralmente fornecem melhor uniformidade devido à sua maior superfície.
4. Um esfera de integração é um acessório útil para um espectrômetro, pois pode medir o comprimento de onda dominante do espectro, a cromaticidade e a distribuição de energia espectral.
5. Diodos de laser e outras fontes divergentes podem ser integrados usando uma esfera integradora. Você pode construí-lo para permitir uma ampla variedade de ângulos de incidência em uma vasta área, mas isso degradaria o sinal do detector.
6. Esses instrumentos, que funcionam de forma semelhante a um corretor de cosseno, fornecem um excelente método para medir a irradiância. A abertura de saída de uma esfera integradora bem construída pode fornecer uma fonte de luz difusa e lambertiana quase perfeita independente do ângulo de visão.
7. A luz virá de além da esfera integradora nestas condições (medição 2-pi).
8. O vidro usado em estufas e outras aplicações agrícolas é um bom exemplo de um material para o qual uma esfera integradora é bem utilizada na aquisição de informações precisas e abrangentes do espectro por meio de medições de reflexão e transmissão.

Conclusão
Econômico e flexível, LISUNAs esferas de integração de uso geral podem ser configuradas em várias configurações para atender a uma ampla gama de necessidades. Muitas funções diferentes da esfera de integração, como obter iluminação uniforme, medir a luz e determinar a refletância, podem ser realizadas com uma única esfera e sua extensa gama de acessórios.
LISUN'S as esferas são uma opção prática para combinar medição de luz esférica e caracterização de luz para clientes que não exigem homogeneidade exata ou medições precisas.
Se uma amostra não puder ser medida com precisão usando o método de recepção direta de luz de um detector comum, uma esfera integradora pode ajudar. Soluções e lentes semitransparentes ou opacas alteram o caminho da luz e são candidatas ideais para medição com uma esfera integradora.

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