Esferas de integração para medição de lúmen de fontes de luz

Esferas de integração pode convenientemente medição do lúmen e poder de radiação de teste de fontes de luz, portanto, pode ser usado para testar vários produtos de iluminação.

O que é uma esfera integradora?
Uma esfera integradora, também conhecida como fotosfera, é uma esfera oca com uma superfície interna altamente reflexiva que é usada como um dispositivo de coleta de luz eficiente para coletar a luz dispersa ou emitida de amostras localizadas dentro ou próximas a uma janela. As paredes internas da esfera integradora são revestidas com um material difuso branco, ou seja, um material com coeficiente de refletância difusa próximo a 1, materiais como óxido de magnésio ou sulfato de bário geralmente são pulverizados na superfície interna após mistura uniforme com uma borracha adesivo.

O princípio básico da esfera integradora é que a luz é coletada através da porta de amostragem e espalhada uniformemente dentro da esfera integradora após múltiplas reflexões. Ao usar a esfera integradora para medir o fluxo de luz, os resultados da medição podem ser mais confiáveis, e a esfera integradora pode reduzir e eliminar os erros de medição causados ​​pela diferença na forma da luz, ângulo de divergência e capacidade de resposta em diferentes posições no detector.

As esferas são amplamente utilizadas em fotometria e, na maioria das aplicações, esses componentes ópticos comuns são usados ​​em conjunto com outros dispositivos fotônicos, como fotômetros e radiômetros. Em laboratórios de pesquisa, as esferas integradoras podem ser usadas para medir a transmitância ou refletância de materiais. As bolas também são frequentemente usadas para calibrar e medir a luz em dispositivos eletrônicos de imagem.

Método de medição da refletância de esferas integrantes:
A amostra é mantida na porta de 0 graus e o feixe incidente é usado para determinar a refletância através da porta de 180 graus. A esfera integra espacialmente a radiação refletida total e é medida com um detector de baffle. A radiação especular refletida pode ser limpa usando o porta-amostras, que usa incidência vertical para refletir qualquer radiação especular incidente.

A refletância “especular mais difusa” pode ser medida com o porta-amostras de 8 incidências. Ao medir ambos e tomar sua proporção, a refletância de uma amostra padrão conhecida pode ser calculada. Para evitar erros devido à natureza reflexiva da amostra, a amostra e o padrão devem ter a mesma refletância. Um sistema de feixe duplo pode ser usado para eliminar essa fonte potencial de erro de medição. O detector é montado em uma porta de 90 graus.

Medição do Fluxo Total:
O fluxo óptico total produzido por uma fonte de luz (como uma lâmpada) é medido colocando a fonte de luz dentro do elemento óptico, onde a luz é muitas vezes refletida várias vezes pelas paredes da esfera até ser detectada pelo fotodetector. Este conceito de luminância é amplamente utilizado na indústria para comparar a saída de lúmen de uma fonte de luz para controle de qualidade de fabricação. Outros elementos básicos necessários para esta configuração incluem difusores e detectores de resposta de observação-visão.

Medição da Taxa de Transmissão de Esferas Integrantes:
A luz que incide na amostra e passa através dela é conhecida como transmitância. Se a amostra tiver baixa dispersão (como solução diluída limpa), quase toda a luz que não for absorvida será transmitida. Além da medição da refletância, outro fator importante a ser considerado ao usar o Integrating Sphere é a medição da transmitância.

Medição do Fluxo de Radiância Espectral:
Para medir o fluxo de radiância espectral gerado pela fonte de luz, uma esfera integradora é usada com um espectrorradiômetro. Esta configuração é a mesma usada para medir o fluxo total, mas em vez de fotodetectores, um espectrorradiômetro é usado. Além disso, esta configuração é aplicável para medir índices colorimétricos, temperatura de cor correlacionada e coordenadas de cromaticidade.

Sensor de imagem de teste:
A porta esférica permite que o elemento óptico seja usado como um difusor de fonte de luz uniforme, onde uma irradiância uniforme originada de uma fonte difusa pode ser usada para testar sistemas de imagem, como câmeras CCD ou detectores de matriz. Esta configuração de aplicação é realizada colocando lâmpadas dentro da esfera. A seleção de lâmpadas depende da irradiância necessária. Para esta configuração, não são necessários detectores.

Medição de potência do laser:
As esferas são amplamente utilizadas para medições de potência do laser em laboratórios e indústrias onde esses elementos ópticos são adequados para testar lasers industriais de alta e baixa potência. Ao fazer medições de potência do laser, o uso correto de um escudo ajuda a evitar a visão direta do ponto quente do laser. A integração espacial torna uma esfera de integração uma escolha adequada para testar diodos laser e outros dispositivos que exibem características assimétricas e divergentes. Além disso, o revestimento altamente reflexivo da esfera ajuda a proteger o material da superfície de temperaturas extremamente altas.

Testando o produto de iluminação de estado sólido:
As características de desempenho das lâmpadas LED e outros produtos de iluminação de estado sólido são obtidas testando e avaliando a eficácia do lúmen e o fluxo total gerado pela fonte de luz; usando uma esfera de integração, medições precisas de dados de espaço de cores e fluxo total podem ser obtidas. Embora esses elementos ópticos permitam medições precisas dos parâmetros mencionados, eles não medem as distribuições espaciais do feixe. Para medir as características de desempenho dessas fontes de luz, geralmente são usadas esferas em combinação com gonio-fotômetro. Gonio-fotômetro pode medir distribuições espaciais com precisão.

O total teste de fluxo luminoso da esfera integradora inclui pelo menos duas partes - uma parte para uma amostra e a outra para um detector. O detector é calibrado para fluxo de radiação, mas basicamente testa a iluminância na superfície interna da esfera. Ao usar uma esfera integradora para medir o fluxo luminoso do LED, é necessário considerar o tamanho da embalagem e o tipo de LED.

A esfera integradora deve atender aos seguintes requisitos para garantir que todas as superfícies curvas tenham a mesma iluminância (o valor da iluminância na área testada representará o de toda a esfera):
a relação do diâmetro da esfera para o diâmetro da interface do detector deve ser no máximo 1:3;

ignore a autoabsorção da luz da interface da amostra ou da luz auxiliar; o revestimento interno possui alto coeficiente de reflexão e refletividade difusa (BaSO4);

de acordo com os requisitos da CIE 127:2007 e IES LM-79 para outras condições de teste de fluxo luminoso.

De acordo com o padrão, existem três configurações diferentes de teste de esfera integradora:
Configuração 2π: a amostra é colocada na superfície interna da esfera integradora – usada para LEDs sem luz reversa. Frequentemente usado para LEDs únicos e matrizes de LED.

Configuração 4π: amostra colocada no centro da esfera através de uma interface – frequentemente utilizada para fontes de luz de estado sólido, são necessárias lâmpadas auxiliares para compensar a absorção de luz pela amostra e pelo conector.

Configuração de teste de fluxo luminoso parcial: a amostra é colocada a uma certa distância da interface da amostra – um ângulo sólido é definido por uma abertura precisa na frente da interface.

LPCE-2 A integração do sistema de teste de LED do espectrorradiômetro de esfera é para medição de luz de LEDs únicos e produtos de iluminação LED. A qualidade do LED deve ser testada verificando seus parâmetros fotométricos, colorimétricos e elétricos. De acordo com CIE 177, CIE84,  CIE-13.3, IES LM-79-19, Engenharia Óptica-49-3-033602, REGULAMENTO DELEGADO COMISSÃO (UE) 2019/2015, IESNA LM-63-2, IES-LM-80 e ANSI-C78.377, recomenda o uso de um espectrorradiômetro array com esfera integradora para testar produtos SSL. O LPCE-2 sistema é aplicado com LMS-9000C Espectrorradiômetro CCD de alta precisão ou LMS-9500C Espectrorradiômetro CCD de grau científico e uma esfera de integração de moldagem com base de suporte. Esta esfera é mais redonda e o resultado do teste é mais preciso do que a esfera integradora tradicional.

Sistema de esfera de integração de espectrorradiômetro de alta precisão LPCE-2(LMS-9000)

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