Miglioramento della precisione delle misurazioni con l'integrazione di rivestimenti sferici e standard di riflettanza

Introduzione
In misurazioni ottiche, avere risultati accurati e affidabili è assolutamente necessario. Le sfere integrate si sono rivelate strumenti utili grazie alla loro capacità di offrire un'illuminazione costante, oltre a ridurre gli errori di misurazione causati dall'eterogeneità del campione e dagli effetti di superficie.

È possibile aumentare ulteriormente la precisione di sfera di integrazionedati basati sulla scelta dei rivestimenti appropriati per la superficie interna della sfera e utilizzando standard di riflettanza che sono stati confermati. In questo articolo vengono esaminati sia gli attuali progressi in questi campi sia l'importanza di combinare rivestimenti sferici e standard di riflettanza per ottenere misurazioni più precise.

Integrazione di rivestimenti sferici
I rivestimenti sulle sfere integranti sono molto necessari per ottenere letture accurate. La gamma spettrale, le proprietà di riflettanza e la compatibilità complessiva di un materiale di rivestimento per una particolare applicazione sono le considerazioni principali nella sua selezione. I rivestimenti a base di solfato di bario (BaSO4) sono piuttosto popolari perché hanno un'elevata riflettività sia nello spettro visibile che nel vicino infrarosso.

Le eccellenti proprietà di riflessione diffusa dei rivestimenti prodotti da BaSO4 rendono possibile illuminare un'intera sfera nello stesso modo. Tuttavia, vi è una diminuzione della riflettanza nelle regioni dell'ultravioletto e dell'infrarosso.

Nel tentativo di identificare una soluzione a questa limitazione, i ricercatori stanno studiando nuovi materiali di rivestimento come Spectralon® e PTFE (politetrafluoroetilene). Rispetto al BaSO4, i rivestimenti realizzati con Spectralon® hanno una maggiore riflettività e sono in grado di assorbire una gamma più ampia di lunghezze d'onda (dagli UV agli IR).

Poiché i rivestimenti in PTFE hanno una bassa fluorescenza e un'elevata riflettanza diffusa, è possibile utilizzarli per misurazioni negli spettri ultravioletti (UV) e visibili (VIS). Le sfere di integrazione possono ora essere impiegate in una gamma più ampia di regioni dello spettro grazie allo sviluppo di materiali di rivestimento superiori, che garantiscono anche letture esatte a una varietà di lunghezze d'onda.

Standard di riflettanza spettrale
Solo attraverso un'accurata calibrazione e tracciabilità sarai in grado di ottenere conclusioni affidabili dalle tue misurazioni. Uno standard di riflettanza spettrale viene spesso utilizzato in combinazione con an sfera di integrazione e può essere utilizzato per calibrare e verificare i sistemi di misurazione.

La calibrazione e la verifica possono essere eseguite rispetto allo standard. Le proprietà di riflettanza di questi noti standard sono state ampiamente studiate in un'ampia varietà di intervalli di lunghezze d'onda ristretti.

Gli standard di riflettanza spesso condividono una serie di proprietà, tra cui un'elevata stabilità dello spettro, un basso livello di incertezza e valori di riflettanza definiti.

Come standard di riflettanza, vengono spesso utilizzati BaSO4 pressato e sinterizzato, Spectralon® e metalli altamente riflettenti come l'alluminio e l'oro. Le proprietà di riflettanza di questi materiali sono state sottoposte a severi test ei risultati sono stati confermati utilizzando standard nazionali e internazionali riconosciuti.

La sfera di integrazione dovrebbe essere calibrata frequentemente rispetto agli standard di riflettanza per mantenere letture accurate e verificare che queste misurazioni siano accurate.

Con l'uso degli standard di riflettanza, è possibile regolare i difetti sistematici nel sistema di misurazione, come le oscillazioni nella risposta del rilevatore o la graduale usura del rivestimento sulla sfera nel tempo. IL sfera di integrazione viene mantenuto in condizioni ottimali per la misurazione ottica mediante una costante ricalibrazione.

Progressi nelle tecnologie di rivestimento
I progressi che sono stati raggiunti nella tecnologia di rivestimento hanno portato a un miglioramento della precisione delle misurazioni condotte utilizzando sfere integranti.  LISUN ha la migliore sfera di integrazione sul mercato.

Gli scienziati sono sempre alla ricerca di nuovi materiali e processi di rivestimento per aumentare le caratteristiche di riflettanza, ampliare la gamma dello spettro del rivestimento e ridurre gli errori di misurazione.

Molte persone sono interessate ai rivestimenti nanostrutturati per la loro capacità di regolare le interazioni luce-materia e migliorare la riflettanza. Nanoparticelle come il biossido di titanio (TiO2) o l'ossido di zinco (ZnO) potrebbero potenzialmente essere incluse nella formulazione del rivestimento per aumentare la riflettanza diffusa del rivestimento.

Questi rivestimenti nanostrutturati migliorano la precisione delle misurazioni riducendo la quantità di luce persa a causa della luce diffusa e aumentando la quantità di luce diffusa.

I ricercatori stanno studiando l'uso di rivestimenti multistrato come metodo potenziale per migliorare la riflettività su una gamma spettrale più ampia.

Impilando materiali con diversi indici di rifrazione, è possibile regolare la qualità della riflettanza in un determinato intervallo di lunghezze d'onda. La gamma spettrale delle sfere integranti può essere aumentata con rivestimenti multistrato, che consentono misurazioni più accurate negli spettri ultravioletto (UV), visibile (VIS) e infrarosso (IR).

Gli sviluppi nei processi di deposizione del rivestimento come lo sputtering con fascio ionico e la deposizione chimica da vapore hanno permesso di regolare con precisione lo spessore del rivestimento e la sua composizione. Questi processi forniscono rivestimenti uniformi e costanti in tutta la sfera, il che aiuta a ridurre la gamma di discrepanze di riflettanza esistenti.

Caratterizzazione e Certificazione dei Rivestimenti
Per ottenere letture esatte dalle misurazioni ottiche, i rivestimenti delle sfere integranti devono essere attentamente studiati. Due tecniche di caratterizzazione, spettrofotometria e scatterometria, vengono spesso utilizzate nel processo di valutazione della riflettanza del rivestimento.

Questi test vengono spesso eseguiti a una gamma di angoli di incidenza e in un ampio spettro di lunghezze d'onda. Questo viene fatto in modo che la risposta spettrale del rivestimento possa essere catturata con precisione.

Al fine di assicurare la tracciabilità e la comparabilità delle misurazioni dei rivestimenti, le organizzazioni internazionali e gli organismi di normazione stabiliscono linee guida e protocolli per la caratterizzazione e la certificazione dei rivestimenti.

Al fine di convalidare le proprietà di riflettanza di sfera di integrazione rivestimenti, queste organizzazioni, come il National Institute of Standards and Technology (NIST) e la Commissione internazionale per l'illuminazione (CIE), stabiliscono materiali di riferimento e procedure di misurazione di riferimento. A causa di queste regole per il controllo della qualità, è possibile fare affidamento sui dati di misurazione prodotti da una varietà di laboratori e organizzazioni.

Controllo qualità e manutenzione
Per garantire che le letture integrate della sfera rimangano affidabili nel tempo, necessitano di un regolare monitoraggio della qualità e manutenzione. La precisione di una misurazione può essere influenzata da fattori quali il deterioramento del rivestimento, la contaminazione o la semplice età.

Di conseguenza, la superficie interna della sfera deve essere ispezionata regolarmente per identificare eventuali cambiamenti nelle qualità di riflettanza. Se la riflettanza della sfera è influenzata da polvere, impronte digitali o qualsiasi altra impurità, è necessario eseguire metodi di pulizia adeguati secondo le istruzioni del produttore.

Inoltre, è essenziale controllare e correggere eventuali discrepanze di misurazione mediante calibrazione periodica utilizzando standard di riflettanza tracciabili. Durante la calibrazione, è importante prendere in considerazione le potenziali fonti di errore, tra cui la riflettanza del rivestimento e le variazioni di risposta del rivelatore.

Sviluppi futuri
C'è speranza per miglioramenti ancora maggiori nella precisione delle misurazioni grazie al continuo sviluppo di rivestimenti per l'integrazione di sfere e standard di riflettanza.

Gli scienziati stanno lavorando per produrre rivestimenti con uno spettro utilizzabile più ampio, una migliore consistenza del colore e meno fluorescenza o luce diffusa. Rivestimenti realizzati con nanomateriali, metodi di produzione all'avanguardia e architetture multistrato specializzate sono tutti oggetto di studio come potenziali percorsi per raggiungere questi obiettivi.

Le misurazioni dei rivestimenti diventeranno più uniformi e affidabili grazie agli sviluppi nei metodi di caratterizzazione dei rivestimenti e all'introduzione di solidi processi di certificazione. Ciò consentirà di monitorare e confrontare le qualità del rivestimento tra varie strutture di prova e calibri.

Conclusione
Migliorare la precisione delle misurazioni ottiche richiede l'uso di standard di riflettanza dello spettro e l'uso di rivestimenti su sfere integranti. Risultati di misurazione accurati e affidabili possono essere raggiunti mediante l'attenta selezione dei materiali di rivestimento, lo sviluppo di processi di rivestimento migliorati e l'esatta caratterizzazione e certificazione dei rivestimenti.

L'accuratezza a lungo termine dell'integrazione delle osservazioni basate sulla sfera può essere garantita da regolari controlli di qualità e manutenzione, come la calibrazione periodica utilizzando standard di riflettanza tracciabili. La scienza ottica, spettroscopica e dei materiali, tra le altre, beneficerà enormemente dei miglioramenti nella precisione delle misurazioni che saranno resi possibili dall'ulteriore sviluppo di sfera di integrazione rivestimenti e standard di riflettanza.

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