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12 Oct, 2022 83 Vues Auteur : Raza Akbar

Expliquer la sphère d'intégration et ses géométries

An sphère d'intégration est une sphère ayant un revêtement réfléchissant à l'intérieur, comme son nom l'indique. Il est conçu pour avoir une source de lumière à l'intérieur, à quel point il peut calculer le flux global de sortie de la lumière. Ainsi Sphères d'intégration 2pi et 4pi font partie de ses types.
Il accumule tous les rayons qui sortent de l'objet et sont réfléchis par le revêtement à l'intérieur de la sphère. Comme son nom l'indique, une sphère d'intégration est utilisée pour intégrer la sortie lumineuse mesurée d'une source.
An sphère d'intégration est un dispositif qui détecte le flux ou atténue le rayonnement optique d'une source généralement située à l'extérieur de l'instrument optique. Lorsqu'un rayonnement est injecté dans une sphère d'intégration, il entre en collision avec les parois réfléchissantes et est diffusé dans de nombreuses directions.
En raison de toutes les réfractions, le rayonnement est réparti assez uniformément autour des frontières de la sphère. Le détecteur peut facilement mesurer le niveau de rayonnement intégré résultant puisqu'il est proportionnel au niveau de rayonnement de départ.

Figure : Sphère d'intégration

Comment fonctionne la sphère d'intégration
Une source lumineuse (l'échantillon) peut être positionnée devant l'ouverture de la sphère (2) pour une mesure d'irradiance ou à l'intérieur de la sphère d'intégration (4) pour une capture complète du flux radiant pour obtenir une lecture. Les faisceaux lumineux se refléteront plusieurs fois sur le revêtement lors de l'utilisation de l'un de ces paramètres de mesure, créant un éclairage uniforme dans toute la sphère d'intégration.
Des déflecteurs comme celui-ci sont cruciaux car le détecteur ou la zone à l'intérieur de la sphère d'intégration d'où il reçoit une réflexion directe ne doit pas être directement frappé par la lumière entrant dans la sphère.
pont
sphère d'intégration les conceptions ont des chicanes pour faciliter cette fonction. Les chicanes peuvent créer des erreurs car elles empêchent la sphère d'intégration d'avoir une cavité sphérique formée avec précision. C'est pourquoi il est logique d'utiliser le moins de chicanes et de ports possible dans une sphère d'intégration.

Revêtements réfléchissants
Tenez compte de la réflectivité et de la durabilité lors du choix du revêtement réfléchissant d'une sphère d'intégration. Des revêtements diffus hautement réfléchissants doivent être appliqués sur toutes les pièces, y compris les déflecteurs, pour garantir que toute la lumière entrante est renvoyée dans l'espace. Si le ballon est exposé à beaucoup de lumière et utilisé dans un endroit où il peut ramasser de la poussière ou de la saleté, il est préférable d'utiliser un revêtement plus résistant et lavable. Il est important d'éviter la saleté et la poussière, car elles réduisent la réflectivité et absorbent la lumière.

Intégrer la conception de la sphère
Quelques facteurs universels doivent être pris en compte lors de la conception d'un sphère d'intégration à quelque fin que ce soit. Selon les ports et autres accessoires disponibles, vous devrez choisir une sphère avec le bon diamètre. Lors du choix d'un revêtement pour une sphère, la plage spectrale et les objectifs de performance doivent être pris en compte.
Des équations radiométriques sont fournies pour calculer l'efficacité du couplage entre une sphère d'intégration et un système de détection, et l'utilisation de déflecteurs autour du rayonnement entrant et du champ de vision du détecteur est examinée.

La surface interne et la paroi interne d'une sphère d'intégration sont sphériques et composées d'une substance diffusant la lumière, telle que le sulfate de baryum, à haute réflectance. L'utilisation efficace d'une sphère d'intégration consiste à disperser uniformément un faisceau de lumière (la lumière de mesure) qui pénètre dans la sphère.

Sphère d'intégration 2pi et 4pi
Les approches 2pi et 4pi sont souvent utilisées pour tester diverses sources lumineuses, luminaires et composants, tels que des modules et des matrices de LED.
Les lumières directionnelles avec sortie lumineuse dirigée vers l'avant sont la cible principale de la géométrie de test 2pi. L'ampoule de test est positionnée dans l'orifice latéral de la sphère de sorte que son faisceau lumineux se déplace à travers la sphère et entre d'abord en contact avec une zone vierge de la sphère. Étant donné que la réflexion initiale illumine toute la surface de la sphère de manière plus cohérente, le faisceau de la lampe peut projeter sur une partie continue de la surface qui est exempte d'obstacles ou de coutures.
Les lumières omnidirectionnelles émettent de la lumière dans toutes les directions et sont souvent soumises à la géométrie de test 4pi. Un test L'ampoule est positionnée au centre de la sphère afin que sa lumière soit diffusée uniformément sur toute la sphère, permettant des résultats plus fiables.
Il a conçu ces deux formes de test pour tenir compte des différences entre les produits omnidirectionnels et directionnels tout en produisant des résultats fiables. Cependant, en raison de leurs propriétés uniques d'intensité de faisceau, différents types de lampes peuvent donner des résultats photométriques variés à l'intérieur d'une sphère d'intégration.
Les normes d'étalonnage sont liées à des procédures de test individuelles pour garantir la plus grande précision des résultats. La sortie mesurée d'une lampe directionnelle dans les géométries 2pi doit être équivalente à celle de la sortie mesurée d'une lampe omnidirectionnelle dans les géométries 4pi.

Intégration de Sphère

Figure : Sphère d'intégration

Applications de la sphère d'intégration
Le flux rayonnant est collecté et intégré spatialement à l'aide de sphères d'intégration. Il peut détecter le flux avant ou après interaction avec un échantillon de matériau. Lorsqu'il est utilisé dans le cadre d'un radiomètre ou d'un photomètre, le sphère d'intégration permet une mesure directe de la densité de flux générée par un éclairage hémisphérique et des sources ponctuelles telles que des lampes et des lasers.
Les mesures de réflectance et de transmission totales à partir de matériaux diffus ou diffusants sont peut-être l'utilisation la plus courante des sphères d'intégration. Une méthode utilise l'ouverture du port de la sphère d'intégration en tant que source étendue uniformément éclairée. Ils sont également utiles comme rétro-illuminateurs cohérents ou pour l'étalonnage d'équipements et de systèmes d'imagerie électronique.

Radiomètres et photomètres
La mesure directe du flux géométrique total d'une source lumineuse ou de la densité de flux d'une région éclairée peut être effectuée à l'aide d'une sphère d'intégration et d'un photodétecteur avec une sensibilité spectrale appropriée. L'optimum sphère d'intégration la conception est basée sur la distribution géométrique de la lumière mesurée.
La meilleure technique de photodétection dépend des caractéristiques spectrales de la source lumineuse. En règle générale, le watt est l'unité SI du flux radiant des radiomètres. La plupart des radiomètres utilisent des photodétecteurs à réponse quantique.
Étant donné que leur sensibilité varie sur le spectre visible, il est généralement plus pratique d'ajuster la réponse pour une seule zone spectrale à l'aide de filtres optiques, sauf dans les situations où le flux d'entrée est monochromatique.

En ce qui concerne les longueurs d'onde de la lumière, les détecteurs thermiques sont sans préjugés. En raison de cette qualité, ils sont également vulnérables aux effets du rayonnement thermique de fond de la Terre. Ils ont souvent besoin d'un environnement à température contrôlée et ajustent leur rayonnement d'entrée pour permettre une détection synchrone.
La modification de la sensibilité spectrale relative du photodétecteur est la dépendance spectrale du multiplicateur de la sphère d'intégration. Pour construire ou calibrer votre système de mesure pour une certaine sensibilité, vous devrez penser à la sphère et au détecteur ensemble.
Les photomètres sont un sous-ensemble de radiomètres qui utilisent un détecteur quantique avec des filtres conçus pour imiter la réponse spectrale de l'observateur humain typique. Le terme « fonction d'efficacité lumineuse » décrit la spécificité de cette réponse.
Le lumen est la mesure standard du flux photométrique. La fonction de réponse du détecteur combine le flux rayonnant spectral avec un schéma de pondération prédéterminé pour générer une échelle de lumen.
Le domaine de la photométrie est la seule technologie de mesure physique qui repose uniquement sur la vision humaine.
Lorsqu'elle est configurée en tant que photomètre, une sphère d'intégration peut prendre des mesures dans toutes les parties visible, infrarouge et ultraviolette du spectre électromagnétique. Parce qu'il élimine les effets de l'éclairage indirect et de la dispersion géométrique, il est parfait pour comparer les intensités lumineuses des sources d'éclairage direct.
Il peut déterminer l'intensité initiale du faisceau puisque l'atténuation des sources puissantes collimatées comme les lasers est une fonction directe de la forme sphérique.

Réflectance et transmittance des matériaux
Les mesures de réflectance et de transmission de matériaux diffus ou diffusants sont les utilisations les plus courantes des sphères d'intégration. Il est courant d'effectuer les lectures de manière spectrale, c'est-à-dire en fonction de la longueur d'onde. Cependant, des détecteurs de réponse photopique peuvent être utilisés pour quantifier la réflectance et la transmission lumineuses.
La transmission diffuse est une métrique UV utilisée pour évaluer la protection UV fournie par les conteneurs pharmaceutiques, les vêtements de protection solaire et les revêtements automobiles. Les peintures, les textiles et les arts graphiques ne sont que quelques entreprises qui quantifient et réglementent l'utilisation des couleurs dans le spectre visible. L'émissivité des revêtements et des feuilles de contrôle thermique utilisés dans la conception des engins spatiaux est calculée à l'aide de la réflectance hémisphérique totale dans l'infrarouge.
Les mesures de réflectance nécessitent de positionner l'échantillon à la sortie inverse du port d'entrée. L'échantillon reflète une partie du flux incident. La sphère d'intégration mesure la réflectance hémisphérique diffuse et spéculaire combinée.

Sources uniformes
La série sphère d'intégration a déjà été utilisé comme collecteur pour mesurer le flux rayonnant, qu'il s'agisse de la quantité absolue de flux produit par une source lumineuse ou de la quantité relative de flux transmis ou réfléchi par des matériaux.
L'orifice ouvert d'une sphère d'intégration éclairée de l'intérieur peut fournir un éclairage diffus sur une large région.
Des lumières sont installées dans la sphère d'intégration, tout autour de la fenêtre d'observation. Les lumières sont souvent masquées de la poupe. La puissance lumineuse du globe est proportionnelle à la puissance de l'ampoule. L'utilisation d'une série de lumières permet une source de lumière plus puissante et une gradation progressive de l'intensité.
La plupart des sources lumineuses sphériques intégratrices utilisent des ampoules halogènes au tungstène. Lors de l'utilisation d'une source d'alimentation correctement contrôlée, la lumière de ces lampes est uniforme sur tout le spectre, sans lignes d'émission visibles ni fluctuations de fréquence. Lorsque l'équation de luminance de la sphère est utilisée conjointement avec les équations du corps noir pour le flux de rayonnement spectral, elle peut estimer la luminance spectrale de la source.

Autres utilisations de la sphère d'intégration
1. Les mesures optiques, photométriques et radiométriques sont toutes possibles à l'aide d'un sphère d'intégration. Une sphère d'intégration capte plus facilement la lumière en raison de sa forme sphérique, qui permet l'intégration d'une source de lumière interne. Pour chaque gamme de longueurs d'onde, une sphère d'intégration a un revêtement unique à l'intérieur de sa surface.
Si l'on devait tenter de fournir un résumé des nombreuses utilisations de la sphère intégratrice, on pourrait le faire comme suit :

2. Examiner la quantité de lumière qu'un objet reflète ou transmet. Le montage d'un élément au port d'entrée de la sphère d'intégration permet à la source de lumière d'être placée derrière l'objet, la lumière réfléchie par le revêtement de l'objet étant collectée par le détecteur. Si l'élément bloquant la lumière est retiré, le flux de sortie de la source lumineuse peut être mesuré directement, ce qui permet de calculer la transmission. Une autre option consiste à mesurer la réflectance de l'objet en le montant à angle droit par rapport au port d'entrée.
3. La taille optimale d'une sphère d'intégration dépend de la taille de la source lumineuse ; cependant, les sphères plus grandes offrent souvent une meilleure uniformité en raison de leur plus grande surface.
4. Un sphère d'intégration est un accessoire utile pour un spectromètre car il peut mesurer la longueur d'onde dominante, la chromaticité et la distribution de puissance spectrale du spectre.
5. Les diodes laser et autres sources divergentes peuvent être intégrées à l'aide d'une sphère d'intégration. Vous pouvez le construire pour permettre une grande variété d'angles d'incidence sur une vaste zone, mais cela dégraderait le signal du détecteur.
6. Ces instruments, qui fonctionnent de manière similaire à un correcteur de cosinus, fournissent une excellente méthode pour mesurer l'irradiance. L'ouverture de sortie d'une sphère d'intégration bien construite peut fournir une source de lumière diffuse et lambertienne presque parfaite indépendamment de l'angle de vision.
7. La lumière viendra d'au-delà de la sphère d'intégration dans ces conditions (mesure 2 pi).
8. Le verre utilisé dans les serres et autres applications agricoles est un bon exemple de matériau pour lequel une sphère d'intégration est mise à profit dans l'acquisition d'informations spectrales précises et complètes via des mesures de réflexion et de transmission.

Conclusion
Rentables et flexibles, les sphères d'intégration à usage général de LISUN peuvent être configurées dans diverses configurations pour répondre à un large éventail de besoins. De nombreuses fonctions de sphère d'intégration différentes, telles que l'obtention d'un éclairage uniforme, la mesure de la lumière et la détermination de la réflectance, peuvent être réalisées avec une seule sphère et sa vaste gamme d'accessoires.
De LISUN Les sphères sont une option pratique pour combiner la mesure de la lumière sphérique et la caractérisation de la lumière pour les clients qui n'exigent pas une homogénéité exacte ou des mesures précises.
Si un échantillon ne peut pas être mesuré avec précision à l'aide de la méthode de réception directe de la lumière d'un détecteur ordinaire, une sphère d'intégration peut aider. Les solutions et les lentilles semi-transparentes ou opaques modifient le trajet de la lumière et sont des candidats idéaux pour la mesure avec une sphère d'intégration.

Lisun Instruments Limited a été trouvé par LISUN GROUP en 2003. Le système de qualité LISUN a été strictement certifié par ISO9001: 2015. En tant qu'adhésion à la CIE, les produits LISUN sont conçus sur la base de la CIE, de la CEI et d'autres normes internationales ou nationales. Tous les produits ont passé le certificat CE et authentifiés par le laboratoire tiers.

Nos principaux produits sont Goniophotomètre, Intégration de Sphère, Spectroradiomètre, Générateur de surtension, Pistolets simulateurs ESD, Récepteur EMI, Équipement de test CEM, Testeur de sécurité électrique, Chambre environnementale, Chambre de température, Chambre climatique, Chambre thermique, Test de pulvérisation de sel, Chambre d'essai de poussière, Essai imperméable, Test RoHS (EDXRF), Test du fil incandescent et des tours Test de flamme d'aiguille.

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