La sfera di Ulbricht è anche conosciuta come la sfera di integrazione. Richard Ulbricht, un ingegnere tedesco, ha ispirato la sfera di Ulbricht. Per determinare la migliore strategia di illuminazione, ha effettuato misurazioni fotometriche. È avvenuto durante la preparazione degli impianti elettrici e di illuminazione di una stazione ferroviaria. Ha stabilito che la quantità di luce misurata sulla parete sferica opposta alla sorgente luminosa è proporzionale alla quantità di flusso luminoso complessivo. La sua forma sferica ha ispirato il suo nome. I sistemi di illuminazione a sfera utilizzano sfere per misurare sorgenti luminose come lampade e apparecchi di illuminazione.
Sistema di sfere integrate con spettroradiometro di alta precisione LPCE-2(LMS-9000)
In genere, i campioni che diffondono la luce o rifrangono vengono esaminati utilizzando un sistema di illuminazione sferica, come le lenti ottiche. Il metodo di prova determina la trasmissione di lenti che condensano la luce dopo averle attraversate. Quando un rilevatore convenzionale rileva la luce, colpisce la superficie fotosensibile del rilevatore. Ciò porta la correzione della linea di base al termine (allineamento del 100 percento). La luce proviene dalla superficie fotosensibile del rivelatore dopo aver irradiato il campione. Di conseguenza, una misurazione precisa è irraggiungibile.
Un campione distribuito non viene conteggiato. Tutte le luci di misurazione sono puntate sulla superficie fotosensibile del rivelatore. Quando si utilizza una sfera di integrazione per misurare un campione, la luce dopo la diffusione all'interno della sfera viene misurata durante la correzione della linea di base e la misurazione del campione.
Infondendo l'illuminazione da una fonte esterna nella sfera, una sfera per uso generale può essere progettata come una fonte di luce uniforme rudimentale. Per la configurazione sono necessari un illuminatore, un rilevatore e un misuratore di potenza o un radiometro. Poiché la quarta porta inutilizzata con un connettore per porte può interferire con l'uniformità dell'uscita, è preferibile una sfera a tre porte rispetto a una sfera a quattro porte. La sorgente luminosa è collegata alla porta a 90 gradi e il rilevatore è collegato al polo nord. L'uscita di illuminazione uniforme è fornita tramite l'enorme porta a 0 gradi.
Il rilevatore collegato al misuratore di potenza o al radiometro offre un indicatore esatto dell'illuminazione della sfera. Finché il rivelatore non è saturo, l'uscita varierà linearmente con la lettura della potenza.
Le sfere di diametro più piccolo e di costo inferiore devono avere porte di utilità più piccole e una produttività estremamente elevata. Il throughput è aumentato al punto che sono necessari filtri o cavi in fibra ottica per prevenire la saturazione del rivelatore, a causa della dipendenza dalla sorgente luminosa. La percentuale di porte delle sfere più piccole, invece, è estremamente alta. Di conseguenza, i dati di misurazione forniti da una piccola sfera di integrazione saranno meno accurati dei dati generati dalla stessa applicazione che utilizza una sfera di grandi dimensioni.
La sfera di integrazione più grande ha un throughput inferiore rispetto alle sfere più piccole e una maggiore attenuazione ottica, risultando in un rapporto segnale-rumore più elevato. Queste sfere sono più flessibili, ma sono anche più costose da produrre.
Le sfere integrative GPS rivestite in solfato di bario a basso costo sono composte da due emisferi in alluminio. Una copertura della flangia anodizzata con viti collega gli emisferi. Sebbene la riflettanza emisferica del solfato di bario diminuisca leggermente al di sopra di 1850 nm, l'intervallo spettrale utile è 350 - 2400 nm. Questo tipo di sfera è adatto per la maggior parte delle applicazioni di monitoraggio delle radiazioni nel visibile e nel vicino infrarosso.
Il rivestimento in oro diffuso è un rivestimento metallico dorato diffuso con placcatura elettrochimica con un'elevata riflettività nelle gamme di lunghezze d'onda del vicino infrarosso e infrarosso da 0.7 a 20 m. Le sfere d'oro sono costruite allo stesso modo delle sfere di solfato di bario, con l'eccezione che anche la superficie piana esterna e le cornici delle porte sono placcate in oro. Le applicazioni laser a infrarossi beneficiano dell'uso di un GPS dorato. A differenza di un rivestimento in solfato di bario, che perde riflettività a temperature elevate, l'oro diffuso è stabile a temperature ben superiori a 100 gradi Celsius.
La riflettanza diffusa del materiale PTFE è piuttosto elevata e copre la regione spettrale di 250 – 2500 nm, con una riflettanza superiore al 99% tra 400 nm e 1500 nm. Sebbene la stabilità della temperatura del PTFE sia appropriata per le applicazioni laser, la sua elevata riflettività è più adatta per applicazioni con luce di basso livello. Un'altra caratteristica notevole delle sfere in PTFE è la loro affidabilità: il materiale non si deteriora con l'età e può essere pulito senza compromettere l'integrità meccanica del materiale.
Lo spessore di 7 mm del materiale riflettente lungo la parete interna della sfera di un PTFE sfera di integrazione è facilmente visibile attraverso una porta sferica. Un GPS in PTFE è composto da due emisferi lavorati che si incastrano per formare una sfera interna cava e sono tenuti insieme da un guscio esterno in alluminio. A causa della lavorazione e dell'assemblaggio richiesti, una sfera in PTFE è più costosa di un GPS al solfato di bario. Poiché le pareti sono spesse, anche le possibilità di dimensione per le sfere in PTFE variano. Il rendimento ottico di un GPS in PTFE è elevato a causa della sua elevata riflettività e diffusività, quindi è necessario prestare particolare attenzione durante la selezione di attacchi e dispositivi di porta.
Quando si seleziona una sfera per le applicazioni specificate, le dimensioni della porta e la posizione su una sfera di integrazione sono considerazioni critiche. Una porta sferica migliora l'utilità di una sfera integratrice diminuendo l'uniformità della dispersione della luce all'interno della sfera. La frazione portuale è il rapporto tra l'intera area portuale e l'area del muro interno di un GPS. Il parametro della frazione port è una misura della precisione della sfera. Un sfera di integrazione con una frazione port bassa supera una sfera con una frazione port grande.
Ciascuna porta su una sfera di integrazione ha uno scopo specifico e l'uso errato di qualsiasi porta risulterà in risultati di misurazione errati. Le posizioni portuali sono indicate dai numeri 0°, 90°, 180° e dal polo nord. Tutte le aperture della Sfera sono lavorate nel guscio emisferico esterno a intervalli di 90 gradi. Le dimensioni di ciascuna porta sono determinate dalle dimensioni e dalla serie del GPS. Le funzioni di ciascuna porta GPS sono predeterminate durante il processo di progettazione della sfera. Alcune porte hanno un'unica funzione, mentre altre hanno numerose funzioni. Tutti sfere di integrazione nella serie GPS può essere utilizzato per applicazioni di misurazione della luce e di sorgenti uniformi. Il 4 porte sfere di integrazione può misurare la riflettanza diffusa e la trasmittanza.
An sfera di integrazione è perfetto anche per valutare l'uscita della fibra ottica. Il primo punto di riflessione sul lato opposto della sorgente non è fortemente concentrato. Ciò accade a causa della solita lenta divergenza delle fibre ottiche. Di conseguenza, la disposizione del fascio collimato o la configurazione del fascio divergente sono spesso sufficienti. Tuttavia, a causa dell'aumentato NA della fibra, nel caso della fibra con lenti è suggerita la struttura a fascio divergente. La disposizione del fascio collimato è preferibile quando si impiega un collimatore di fibre.
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