Kolik vědců pro měření je potřeba ke kalibraci LED žárovky? Pro výzkumníky z Národního institutu pro standardy a technologie (NIST) ve Spojených státech je toto číslo poloviční než před pár týdny. V červnu NIST začal poskytovat rychlejší, přesnější a práci šetřící kalibrační služby pro vyhodnocování jasu LED světel a dalších polovodičových světelných produktů. Mezi zákazníky této služby patří výrobci LED světel a další kalibrační laboratoře. Kalibrovaná lampa může například zajistit, že ekvivalentní 60 wattová LED žárovka ve stolní lampě je skutečně ekvivalentní 60 wattům, nebo že pilot ve stíhačce má vhodné osvětlení dráhy.
Výrobci LED musí zajistit, aby světla, která vyrábějí, byla skutečně tak jasná, jak jsou navržena. Abyste toho dosáhli, kalibrujte tyto lampy pomocí fotometru, což je nástroj, který dokáže měřit jas na všech vlnových délkách a přitom zohledňuje přirozenou citlivost lidského oka na různé barvy. Fotometrická laboratoř NIST po desetiletí plní požadavky průmyslu poskytováním služeb jasu LED a fotometrické kalibrace. Tato služba zahrnuje měření jasu zákaznických LED a dalších polovodičových světel a také kalibraci vlastního fotometru zákazníka. Laboratoř NIST dosud měřila jas žárovky s relativně nízkou nejistotou, s chybou mezi 0,5 % a 1,0 %, což je srovnatelné s běžnými kalibračními službami.
Nyní, díky renovaci laboratoře, tým NIST ztrojnásobil tyto nejistoty na 0,2 % nebo méně. Díky tomuto úspěchu je nová služba jasu LED a kalibrace fotometru jednou z nejlepších na světě. Vědci také výrazně zkrátili dobu kalibrace. U starých systémů by provedení kalibrace pro zákazníky trvalo téměř celý den. Výzkumník NIST Cameron Miller uvedl, že většina práce se spotřebuje na nastavení každého měření, výměnu světelných zdrojů nebo detektorů, ruční kontrolu vzdálenosti mezi nimi a následné překonfigurování zařízení pro další měření.
Nyní se však laboratoř skládá ze dvou stolů automatizovaného vybavení, jeden pro světelný zdroj a druhý pro detektor. Stůl se pohybuje na kolejovém systému a umístí detektor kdekoli od 0 do 5 metrů od světla. Vzdálenost lze kontrolovat v rozsahu 50 ppm od jednoho metru (mikrometr), což je přibližně polovina šířky lidských vlasů. Zong a Miller mohou naprogramovat stoly tak, aby se vzájemně pohybovaly bez nutnosti neustálého lidského zásahu. Dříve to trvalo jeden den, ale nyní to lze dokončit během několika hodin. Již není třeba vyměňovat žádné vybavení, vše je zde a lze jej kdykoli použít, což dává výzkumníkům velkou svobodu dělat mnoho věcí současně, protože je to zcela automatizované.
Během provozu se můžete vrátit do kanceláře a dělat jinou práci. Výzkumníci NIST předpovídají, že zákaznická základna se rozšíří, protože laboratoř přidala několik dalších funkcí. Nové zařízení může například kalibrovat hyperspektrální kamery, které měří mnohem více vlnových délek světla než typické kamery, které typicky zachycují pouze tři až čtyři barvy. Od lékařského snímkování až po analýzu satelitních snímků Země, hyperspektrální kamery jsou stále populárnější. Informace poskytované vesmírnými hyperspektrálními kamerami o počasí a vegetaci Země umožňují vědcům předpovídat hladomory a záplavy a mohou pomáhat komunitám při plánování nouzových situací a pomoci při katastrofách. Nová laboratoř také může výzkumníkům usnadnit a zefektivnit kalibraci displejů chytrých telefonů, ale i televizních a počítačových displejů.
Správná vzdálenost
Ke kalibraci fotometru zákazníka používají vědci z NIST širokopásmové světelné zdroje k osvětlení detektorů, což je v podstatě bílé světlo s více vlnovými délkami (barvami) a jeho jas je velmi jasný, protože měření se provádějí pomocí standardních fotometrů NIST. Na rozdíl od laserů je tento typ bílého světla nekoherentní, což znamená, že veškeré světlo různých vlnových délek není vzájemně synchronizováno. V ideálním scénáři, pro co nejpřesnější měření, budou výzkumníci používat laditelné lasery pro generování světla s ovladatelnými vlnovými délkami, takže na detektor je ozářena vždy pouze jedna vlnová délka světla. Použití laditelných laserů zvyšuje poměr signálu k šumu měření.
V minulosti však laditelné lasery nebylo možné použít ke kalibraci fotometrů, protože lasery s jednou vlnovou délkou samy sebe rušily způsobem, který přidával různé množství šumu k signálu na základě použité vlnové délky. V rámci vylepšení laboratoře Zong vytvořil přizpůsobený design fotometru, který tento hluk snižuje na zanedbatelnou úroveň. To umožňuje poprvé použít laditelné lasery ke kalibraci fotometrů s malými nejistotami. Další výhodou nového designu je, že usnadňuje čištění osvětlovacího zařízení, protože vynikající otvor je nyní chráněn za utěsněným skleněným oknem. Měření intenzity vyžaduje přesnou znalost toho, jak daleko je detektor od zdroje světla.
Laboratoř NIST dosud stejně jako většina ostatních fotometrických laboratoří nemá vysoce přesnou metodu pro měření této vzdálenosti. Částečně je to proto, že otvor detektoru, kterým se shromažďuje světlo, je příliš jemný na to, aby se ho měřicí zařízení dotklo. Běžným řešením je, že výzkumníci nejprve změří osvětlenost světelného zdroje a osvětlí povrch o určité ploše. Dále použijte tyto informace k určení těchto vzdáleností pomocí zákona inverzní čtverce, který popisuje, jak intenzita světelného zdroje exponenciálně klesá s rostoucí vzdáleností. Toto dvoufázové měření není snadné implementovat a přináší další nejistotu. S novým systémem nyní tým může opustit metodu inverzní čtverce a přímo určit vzdálenost.
Tato metoda využívá kameru založenou na mikroskopu s mikroskopem umístěným na stolku světelného zdroje a zaměřeným na poziční značky na stolku detektoru. Druhý mikroskop je umístěn na pracovním stole detektoru a zaměřuje se na poziční značky na pracovním stole světelného zdroje. Určete vzdálenost nastavením apertury detektoru a polohy světelného zdroje podle ohniska jejich příslušných mikroskopů. Mikroskopy jsou velmi citlivé na rozostření a dokážou rozeznat i několik mikrometrů daleko. Nové měření vzdálenosti také umožňuje výzkumníkům měřit „skutečnou intenzitu“ LED diod, což je samostatné číslo označující, že množství světla vyzařovaného LED diodami je nezávislé na vzdálenosti.
Kromě těchto nových funkcí přidali vědci NIST také některé nástroje, jako je zařízení zvané goniometr, které dokáže otáčet LED světla a měřit, kolik světla je vyzařováno v různých úhlech. Miller a Zong doufají, že v nadcházejících měsících použijí spektrofotometr pro novou službu: měření ultrafialového (UV) výstupu LED. Potenciální využití LED pro generování ultrafialových paprsků zahrnuje ozařování potravin pro prodloužení jejich trvanlivosti, stejně jako dezinfekci vody a lékařského vybavení. Tradičně komerční ozařování využívá ultrafialové světlo vyzařované rtuťovými výbojkami.
Čas odeslání: 23. května 2024