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关于积分球测试准确性概析


  来源: 仪器仪表商情网 时间:2016-02-15 作者:荆楚
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另一方面LED测量系统通常使用卤钨灯作为标准光源,使用的标准灯本身与LED无论是在外形上、发光的分布特性上还是光谱特性上都有较大的差异。因此二者的差异性必须进行必要的修正。

原因分析:

LED的方向性对测量准确性影响的一个重要原因是积分球的内表面反射特性。在普通的LED测量系统中,积分球表面涂层的反射率和朗伯特性都不是很理想。一个是反射率偏低,另一个是漫反射特性不好。国内厂家积分球涂层主要采用氧化镁或硫酸钡,反射率仅可达到ρ=0.9左右,而且该涂料较容易受潮脱落及高温环境下氧化、变色,这些都会造成数据测试误差。目前我司使用的进口美国蓝菲积分球系统,其球体内壁喷涂蓝菲专利Spectraflect涂料,该涂层在可见光光谱范围内具有很高的反射率。在厚度0.5mm以上、波长400-1100nm之间时,反射率超过99%;在360nm-830nm的光谱范围内提供97%的反射率,并且能扩展至300-2400nm范围。其涂料反射率是目前国内积分球上使用的涂料性能所达不到的。低反射率的积分球表面导致的一个结果就是,LED的直接照射光经过很少的几次反射后就逐渐衰减,而在整个的光混合过程中,直接照射光和直接反射光占了很大的比重,起了主导作用。而在某些条件下,低反射率材料会在某些条件下在挡板的后部探测器处产生强烈的阴影效应。而导致测量不准确的原因正是直的反射光和阴影效应。

另外较低的漫反射率对信号的衰减非常严重。由于光测量过程中,光在积分球内多次反射,每次反射都有一定的衰减,而反射率的高和低对光强的影响在多次反射后得以加强。以反射光在球内进行15次反射为例,如果两者的反射率相差5%,则信号的衰减可能会超过一倍以上。而实际上积分球内的反射率差别远远不止于此。

另外目前的积分球测试系统还没有用于仪器校正用的标准LED光源,在测量过程中,还是使用校准的稳定驱动的卤钨灯作为标准光源。由于标准灯的外形结构和待测LED的差别很大,LED支架对光有吸收效应,以及标准灯安装位置与LED安装位置的差别,这些也是影响测量结果准确性的重要因素。

解决方案及测试结果:

在目前的积分球测试系统中,为了克服以上这些问题,提高测试数据精准性,通常采用指定LED以特殊的安装方向进行测试,或者将系统设计成待测光源直接朝向探测端口或背向端口方式。但是一个角度无法解决所有问题,不同发光角度的LED的测试以及反射率等影响仍然需要解决。

Labsphere公司在设计LED测量系统时,根据实际使用中对测量准确性的影响因素进行了全面优化,使系统对LED方向的敏感度降到最小。即在测量过程中,无须规定特殊的角度和方向。即使在极端条件下,使用极强方向性的LED,使用极端条件的放置方式的测量的结果仍然保持了良好的一致性。

Labsphere的LED测量系统严格按照CIE标准进行设计,积分球内表面涂层使用蓝菲专利技术的Spectralon@或Spectraflect@作为反射层,具有极高的反射率和良好的朗伯反射特性。在可见光范围内反射率分别大于99%和98%。图2为Labsphere公司的Spectroflex涂料的光谱漫反射曲线,从中可以看出,从380nm-780nm之间,基本上为一条直线,漫反射率非常稳定,而且接近于1。良好的反射材料可以保证更好地混合特性和均匀的光分布。另外在挡板的设计和探测端口的设计方面进行了优化,采用了漫射器的装置,最大限度地降低探测端口对直接反射光的敏感度。在球体内表面的结合部位进行了特殊的考虑。

图2 Labsphere涂料光谱漫反射率曲线图

关键词:仪器仪表 积分球 光通量测量 LED    浏览量:417

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