Como funciona um espectrorradiômetro de alta precisão e um sistema integrado de esferas

Esfera de integração é um acessório de espectrofotômetro simples, mas frequentemente incompreendido, para medir a radiação óptica. Seu trabalho em estudos de amostra de transmissão de dispersão e refletância difusa é integrar espacialmente o fluxo radiante. É fundamental compreender como o esfera de integração funções. Isso é feito antes que se possa otimizar um projeto esférico para uma determinada aplicação. Para entender como a luz viaja ao redor da esfera, as superfícies refletoras difusas devem primeiro ser discutidas.

Isso leva à derivação e discussão do brilho da superfície interior de um esfera de integração. Uma configuração é composta por um esfera de integração e um espectrorradiômetro. Este sistema é usado para medir a luz de LEDs individuais e dispositivos de iluminação LED. Ao examinar suas propriedades fotométricas, colorimétricas e elétricas, os LEDs devem ser examinados quanto à qualidade. Ambos os dispositivos serão examinados neste artigo juntamente com suas aplicações.

O básico da Esfera Integrada
A precisão de medição de um esfera de integração será, sem dúvida, impactado pelo seu design. A refração da luz dentro da esfera é afetada pela refletividade da superfície da esfera. Também é afetado pelo tamanho e posicionamento das portas, detectores e defletores. A capacidade de uma esfera de integrar luz pode ser afetada por cada um desses fatores. Grandes esferas de 150 mm de diâmetro oferecem melhores propriedades de integração de luz.

Suas medições também são menos propensas a serem afetadas por pontos quentes gerados por amostras. Esferas menores têm integração de sinal menos eficaz. A grande fração de porta que está frequentemente presente em esferas menores pode causar erros graves de medição devido à perda de fluxo. Ao selecionar um anexo de esfera de integração apropriado para a aplicação do usuário, todos esses critérios devem ser levados em consideração.

O que pode ser medido usando uma esfera integradora?
Integrando esferas pode ser usado para avaliar a potência de fontes com feixes altamente divergentes. Estes incluem LEDs, Vic CIL e outros diodos de laser e fibra ótica. Feixes de laser paralelos também podem ser identificados. Isso é feito aproveitando-se o fato de que o esfera de integração recebe apenas uma pequena quantidade do feixe, efetivamente atenuando o feixe. Eles também são usados ​​para medir as propriedades de difusão de luz dos materiais, como sua transmitância ou refletância.

Além disso, podemos usar a esfera na direção oposta, em vez de como um dispositivo coletor para capturar e medir um feixe. A saída de luz da lâmpada também pode ser medida usando as esferas radiantes. Um esfera de integração é usado para a maioria das medições ópticas. Podemos determinar com precisão o poder geral de uma luz. Além disso, a maneira pela qual as amostras refletem e absorvem a luz é facilmente compreendida.

O que é um detector CCD?
Um detector de fótons muito sensível é chamado de CCD ou Charge Coupled Device. Ele é dividido em várias seções minúsculas e sensíveis à luz chamadas pixels. Estes podem ser utilizados para montar uma imagem da área de interesse.

Um CCD é um detector de matriz multicanal para luz UV, visível e infravermelho próximo construído em silício. Estes são empregados em espectroscopia devido à sua sensibilidade à luz. Por causa disso, esses detectores podem analisar o sinal Raman. Este sinal por natureza é fraco. Além disso, possibilita operação multicanal, possibilitando a detecção de todo o espectro em uma única captura.

O CCD é amplamente utilizado além de ser sensores em câmeras digitais. Para obter a melhor sensibilidade possível, homogeneidade e características de ruído, as versões usadas para espectroscopia científica são de qualidade muito superior. Os detectores CCD são tipicamente matrizes de área bidimensionais. Eles são compostos de dezenas de milhares ou milhões de elementos detectores individuais, ou detectores lineares unidimensionais.

Esses componentes são chamados de pixels. A luz e cada elemento interagem para criar uma carga. Mais carga é detectada quando a luz é mais brilhante ou quando o encontro dura mais tempo. A carga é removida dos elementos na conclusão da medição. Isso é feito pela eletrônica de leitura. Cada leitura de carga é então calculada.

A luz espalhada Raman é espalhada usando uma grade de difração em um espectrômetro Raman padrão. O eixo longo da matriz CCD é exposto a essa luz difusa. A luz da borda baixa cm-1 do espectro será detectada pelo primeiro componente. A luz da próxima posição espectral será detectada pelo segundo elemento, e assim por diante. O componente final encontrará a luz que vem da borda alta cm-1 do espectro.

Os CCDs devem ser resfriados até certo ponto para serem usados ​​para espectroscopia de alto grau. Isso geralmente é realizado usando resfriamento criogênico de nitrogênio líquido ou resfriamento Peltier, que pode operar em temperaturas tão baixas quanto -90oC. Embora os detectores resfriados por nitrogênio líquido ainda tenham vantagens para algumas aplicações especializadas, a maioria dos sistemas Raman emprega detectores resfriados por Peltier.

Espectrômetro UV CCD vs. espectrômetro CCD de banda larga
A faixa típica para a capacidade de resposta do espectro de detectores CCD padrão é de 200 nm a 1100 nm. Essa faixa de resposta de amplo espectro do detector CCD é frequentemente chamada de faixa de resposta do espectrorradiômetro. Isso, no entanto, desconsidera a função de resposta espectral da grade de dispersão, que reduz ainda mais a capacidade de resposta do detector no espectro UV. Devido à luz difusa de onda longa, isso causa grandes imprecisões no sinal de medição UV.

A resolução espectral dos espectrômetros de banda larga é frequentemente insuficiente para fornecer medições precisas de coisas como LEDs UV de banda estreita. A faixa espectral dos espectrorradiômetros CCD feitos especificamente para radiação UV é limitada, e esses instrumentos permitem uma eficiência de grade muito alta em conjunto com uma resolução espectral extremamente alta. Uma grande redução na luz difusa também pode ser alcançada usando filtros ópticos.

Sistema de esfera de integração de espectrorradiômetro de alta precisão
A medição de luz para LEDs individuais e produtos de iluminação LED é feita com o LPCE-2 Integrando Espectrradiômetro de Esfera Sistema de teste de LED. Ao examinar suas propriedades fotométricas, colorimétricas e elétricas, a qualidade dos LEDs deve ser examinada. É aconselhável usar um espectrorradiômetro de matriz com uma esfera integradora para testar produtos SSL de acordo com CIE 177, CIE84, CIE-13.3, IES LM-79-19, Optical-Engineering-49-3-033602, REGULAMENTO DELEGADO DA COMISSÃO (UE) 2019/2015, IESNA LM-63-2, IES-LM-80 e ANSI-C78.377.

Uma esfera integradora moldada com base de suporte e um LMS-9000C Espectrorradiômetro CCD de alta precisão ou um LMS-9500C Os espectrorradiômetros CCD de grau científico são usados ​​com o LPCE-2 sistema. Comparada com a esfera integradora convencional, esta esfera é mais arredondada e produz resultados de teste mais precisos.

Composição
Os componentes do Esfera de Integração do Espectrradiômetro O sistema inclui um espectrorradiômetro de varredura rápida, fibra óptica com conectores, uma fonte de luz comum, esferas integradoras, um medidor de energia digital e um gabinete de instrumento típico.

Características
O sistema pode calcular a distribuição de potência espectral, as coordenadas de cromaticidade, a temperatura de cor correlacionada, o índice de reprodução de cor, a diferença de cor, o comprimento de onda de pico, a meia largura espectral, o comprimento de onda dominante, a pureza da cor, o fluxo luminoso e o teste de fotometria, colorimetria e eletricidade das características do LED.

Perguntas Frequentes:
Quais são algumas das especificações de um sistema de esfera integradora de espectrorradiômetro de alta precisão?
Eles têm capacidades de espectro. Repetibilidade de comprimento de onda de 0.1 nm e precisão de 0.3 nm. O tempo necessário para integração é de 0.110,000ms. É capaz de medir as temperaturas internas e externas da esfera integradora. Os métodos para teste de fluxo incluem fotometria, revisão fotométrica e espectral. A funcionalidade da lâmpada auxiliar faz parte do sistema e a funcionalidade de autoabsorção faz parte do programa. É capaz de medir as temperaturas internas e externas da esfera integradora. Tanto o relatório de teste de manutenção óptica de LED quanto o LM-79 Os relatórios fotométricos, colorimétricos e de eletricidade podem ser exportados em PDF ou Excel.

O que é um Dispositivo Acoplado à Carga Multiplicadora de Elétrons (EMCCD)?
Um sensor de imagem é um dispositivo acoplado a carga multiplicadora de elétrons (EMCCD). Com o uso de uma estrutura especial de multiplicação de elétrons incluída no chip, ele pode detectar eventos de fótons únicos sem o uso de um intensificador de imagem. As câmeras EMCCD são construídas para contornar uma limitação física fundamental e oferecer excelente sensibilidade e desempenho rápido. As câmeras CCD tradicionais forneceram leitura rápida em troca de alta sensibilidade e baixo ruído de leitura. Essas câmeras eram frequentemente chamadas de câmeras de “varredura lenta”. O EMCCD superou isso pela amplificação do sinal.

Como resultado, o ruído de leitura efetivamente não afeta mais a sensibilidade e é efetivamente ignorado. A adição de um registro serial estendido específico no chip CCD é o que torna a tecnologia EMCCD única. Através do processo de ionização por impacto em silício, gera ganho de multiplicação. O sinal que chega ao instrumento de imagem pode ser tão fraco a ponto de se misturar com o ruído de fundo quando os fótons são esparsos. O ruído eletrônico inerente ao processo de leitura deve ser reduzido por meio da tecnologia EMCCD. Quando se trata de imagens com pouca luz, as câmeras EMCCD se destacam.

Esses detectores são ideais para imagens ao vivo porque podem adquirir quadros em taxas mais rápidas do que seus equivalentes CCD. As câmeras EMCCD também podem fornecer o mais alto nível de sensibilidade para visualizar as cenas mais escuras. Isso é feito transformando-se em sistemas de imagem de contagem de fótons em tempo real de campo amplo.

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