Integrazione della sfera nelle misurazioni ottiche: struttura, applicazione e manutenzione

Introduzione:

An sfera di integrazione, nota anche come sfera fotometrica o sfera luminosa, è un dispositivo sferico cavo utilizzato per misurazioni ottiche. Il suo design incorpora una o più porte sulla superficie della sfera per l'ingresso della luce e il posizionamento dei dispositivi di ricezione della luce.

Struttura e caratteristiche delle sfere integratrici:

Requisiti di guscio sferico e deviazione:

• Una sfera integrante è costituita da un guscio sferico completo, la cui superficie interna mantiene una buona forma sferica.
• I requisiti di deviazione per la superficie sferica ideale generalmente non superano lo 0.2% del diametro interno.

Materiale del rivestimento della superficie interna:

• La superficie interna della sfera integratrice è rivestita con un materiale riflettente diffuso ideale per garantire molteplici riflessioni della luce sulla superficie interna, con conseguente illuminazione uniforme.
• I materiali riflettenti diffusi più comuni includono l'ossido di magnesio (MgO) e il solfato di bario (BaSO₄), che vengono spruzzati sulla superficie interna dopo essere stati miscelati con un legante di resina.
• La riflettanza spettrale dei rivestimenti di ossido di magnesio supera in genere il 99% nell'intervallo dello spettro visibile.

Rapporto di apertura:

• Per migliorare la precisione della misurazione, il rapporto di apertura della sfera integratrice dovrebbe essere il più piccolo possibile.
• Il rapporto di apertura è definito come il rapporto tra l'area delle porte sulla sfera integratrice e l'area della superficie interna totale della sfera.

Applicazioni delle sfere integratrici:

Le sfere integratrici trovano ampie applicazioni nel campo delle misurazioni ottiche, tra cui:

• Misurazioni della sorgente luminosa: le sfere integratrici possono misurare con precisione il flusso luminoso totale delle sorgenti luminose uniformandone l'intensità luminosa.
• Misurazione delle proprietà ottiche dei materiali: le sfere integratrici possono essere utilizzate per misurare la riflettanza e la trasmittanza dei materiali.
• Misurazioni fotometriche: utilizzando sfere integratrici, è possibile misurare la distribuzione luminosa delle sorgenti luminose, fornendo un ambiente di illuminazione uniforme.

Fasi per la misurazione utilizzando un sistema di analisi spettrale a sfera integratrice:

Fasi di misurazione:

Misurazione della lampada standard:
• Posizionare una lampada standard all'interno della sfera integratrice e illuminarla.
• Leggere i dati spettrali della lampada standard come riferimento.

Misurazione del campione:
• Sostituire la lampada standard con il campione da testare e illuminarla.
• Leggere i dati spettrali della lampada campione.

Correzione dell'autoassorbimento:
Eseguire la correzione dell'autoassorbimento sui dati di misurazione per eliminare gli effetti di assorbimento della luce emessa dal campione.

Effetto autoassorbimento e suo impatto:

Durante le misurazioni, in particolare per i prodotti di illuminazione a LED, il corpo della lampada o il dissipatore di calore possono assorbire fortemente la luce a causa della loro inseparabilità dalla sorgente luminosa. Questo fenomeno, noto come effetto di autoassorbimento, si riferisce all'effetto di assorbimento della luce emessa dal campione stesso.

L'effetto autoassorbimento colpisce principalmente:

• Errori di misurazione: quando le dimensioni e la forma del campione differiscono in modo significativo dalla lampada standard, la costante di risposta del sistema di sfere integratrici può cambiare, causando errori di misurazione.
• Differenze di riflettanza spettrale: la riflettanza spettrale del rivestimento della sfera integratrice è irregolare a diverse lunghezze d'onda, con conseguenti differenze nell'effetto di autoassorbimento a diverse lunghezze d'onda.
• Metodi per eliminare l'effetto di autoassorbimento:

Per eliminare l'effetto autoassorbimento, si possono utilizzare lampade ausiliarie. Le lampade ausiliarie devono possedere le seguenti caratteristiche:

• Emissione spettrale a banda larga: selezionare lampadine in grado di emettere spettri a banda larga, come le lampadine alogene con distribuzione dell'intensità luminosa omnidirezionale.
• Illuminazione uniforme: assicurarsi che le lampade ausiliarie possano creare un'illuminazione uniforme all'interno della sfera di integrazione per correggere efficacemente gli errori causati dall'effetto di autoassorbimento.

Conclusione:

Seguendo i passaggi e i metodi sopra descritti, è possibile migliorare efficacemente la precisione della misurazione dei sistemi di analisi spettrale della sfera di integrazione, riducendo l'impatto dell'effetto di autoassorbimento sui risultati della misurazione e garantendo un'acquisizione accurata dei dati spettrali.

Manutenzione delle sfere integratrici:

L'uso corretto e la manutenzione regolare delle sfere di integrazione possono estendere significativamente la loro durata di servizio. La manutenzione delle sfere di integrazione comprende principalmente tre aspetti: manutenzione del rivestimento, manutenzione del circuito e manutenzione dell'apparecchio.

Manutenzione del rivestimento:

• Metodo di pulizia: a causa dell'irregolarità del rivestimento chimico all'interno della sfera di integrazione, polvere fine e detriti possono facilmente aderire. Durante la pulizia, strofinare delicatamente con una spazzola morbida in una direzione.

Precauzioni operative:

• Prima di effettuare il test, tenere la lampadina con cura per evitare di farla cadere o di toccare il rivestimento della sfera integratrice per evitare danni.
• Dopo il test, spegnere immediatamente la lampada testata, rimuovere l'apparecchio e chiudere prontamente la sfera di integrazione per evitare l'ingresso di polvere e detriti.

Manutenzione del circuito:

• Messa a terra e selezione dell'alimentazione: assicurarsi che il sistema della sfera integratrice sia correttamente collegato a terra e scegliere l'alimentazione appropriata per garantire il funzionamento sicuro e stabile dell'apparecchiatura.
• Ispezione regolare: controllare regolarmente i fili all'esterno della sfera di integrazione e la scatola di giunzione del terminale per eventuali danni. Se si trovano fili usurati o danneggiati, sostituirli e ripararli tempestivamente.

Manutenzione degli apparecchi:

• Contatti della testa della lampada: assicurarsi che i contatti della testa della lampada funzionino normalmente senza danni o depressioni per garantire un'alimentazione stabile alla lampadina.
• Controllo del cablaggio: assicurarsi che il cablaggio del portalampada sia collegato correttamente per evitare collegamenti allentati o errati, che potrebbero influenzare i risultati del test.

Sommario:

Con l'implementazione delle misure di cui sopra, la stabilità a lungo termine e la precisione della misurazione di sfere di integrazione può essere assicurato, fornendo un supporto dati affidabile per varie misurazioni ottiche. Ecco alcuni suggerimenti specifici per la manutenzione:

• Pulizia regolare: pulire la parete interna della sfera integratrice prima e dopo ogni test per evitare l'accumulo di polvere e detriti.
• Controlli regolari del circuito: ispezionare il sistema del circuito mensilmente o trimestralmente per assicurarsi che il cablaggio e le fonti di alimentazione siano normali.
• Manutenzione dell'apparecchio: controllare il cablaggio e i contatti dell'apparecchio ogni volta che si installa o si rimuove una lampadina per garantirne il corretto funzionamento.
• Grazie a queste misure, la durata utile delle sfere integratrici può essere prolungata in modo efficace e la loro accuratezza e affidabilità nelle misurazioni ottiche possono essere mantenute.

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