Ulbrichtkugel in optischen Messungen: Aufbau, Anwendung und Wartung

Einführung:

An integrierende Kugel, auch als photometrische Kugel oder Leuchtkugel bekannt, ist ein hohles, kugelförmiges Gerät für optische Messungen. Sein Design umfasst eine oder mehrere Öffnungen auf der Oberfläche der Kugel für die Lichteinstrahlung und die Platzierung von Lichtempfangsgeräten.

Aufbau und Eigenschaften von Ulbrichtkugeln:

Anforderungen an Kugelschale und Abweichung:

• Eine Ulbrichtkugel besteht aus einer vollständigen Kugelschale, deren Innenfläche eine gute Kugelform aufweist.
• Die Abweichungsanforderungen für die ideale Kugeloberfläche überschreiten im Allgemeinen nicht 0.2 % des Innendurchmessers.

Material der Innenflächenbeschichtung:

• Die Innenfläche der Ulbrichtkugel ist mit einem ideal diffus reflektierenden Material beschichtet, um mehrfache Lichtreflexionen auf der Innenfläche und damit eine gleichmäßige Beleuchtung zu gewährleisten.
• Zu den üblichen diffus reflektierenden Materialien gehören Magnesiumoxid (MgO) und Bariumsulfat (BaSO₄), die nach dem Mischen mit einem Harzbindemittel auf die Innenfläche gesprüht werden.
• Die spektrale Reflexion von Magnesiumoxidbeschichtungen liegt im sichtbaren Spektralbereich typischerweise über 99 %.

Blendenverhältnis:

• Um die Messgenauigkeit zu verbessern, sollte das Öffnungsverhältnis der Ulbrichtkugel möglichst klein sein.
• Das Öffnungsverhältnis wird als Verhältnis der Fläche der Öffnungen auf der Ulbricht-Kugel zur gesamten inneren Oberfläche der Kugel definiert.

Anwendungen von Ulbrichtkugeln:

Ulbrichtkugeln finden im Bereich optischer Messungen breite Anwendung, unter anderem:

• Lichtquellenmessungen: Ulbrichtkugeln können den gesamten Lichtstrom von Lichtquellen genau messen, indem sie deren Lichtintensität vereinheitlichen.
• Messung der optischen Eigenschaften von Materialien: Mithilfe von Ulbrichtkugeln können der Reflexionsgrad und die Transmission von Materialien gemessen werden.
• Photometrische Messungen: Durch den Einsatz von Ulbrichtkugeln kann die Lichtverteilung von Lichtquellen gemessen werden, um eine gleichmäßige Beleuchtungsumgebung zu gewährleisten.

Schritte zur Messung mit einem Ulbrichtkugel-Spektralanalysesystem:

Messschritte:

Standard-Lampenmaße:
• Platzieren Sie eine Standardlampe in der Ulbricht-Kugel und beleuchten Sie sie.
• Lesen Sie die Spektraldaten der Standardlampe als Referenz.

Beispielmessung:
• Ersetzen Sie die Standardlampe durch die zu testende Probe und beleuchten Sie diese.
• Lesen Sie die Spektraldaten der Musterlampe ab.

Korrektur der Selbstabsorption:
Führen Sie eine Selbstabsorptionskorrektur der Messdaten durch, um die Absorptionseffekte des von der Probe emittierten Lichts zu eliminieren.

Selbstabsorptionseffekt und seine Auswirkungen:

Bei Messungen, insbesondere bei LED-Beleuchtungsprodukten, kann der Lampenkörper oder der Kühlkörper aufgrund ihrer Untrennbarkeit von der Lichtquelle stark Licht absorbieren. Dieses Phänomen, bekannt als Selbstabsorptionseffekt, bezieht sich auf den Absorptionseffekt des emittierten Lichts durch die Probe selbst.

Der Selbstabsorptionseffekt wirkt sich hauptsächlich aus auf:

• Messfehler: Wenn Größe und Form der Probe erheblich von der Standardlampe abweichen, kann sich die Reaktionskonstante des Ulbrichtkugelsystems ändern, was zu Messfehlern führt.
• Unterschiede im spektralen Reflexionsgrad: Der spektrale Reflexionsgrad der Beschichtung der Ulbrichtkugel ist bei unterschiedlichen Wellenlängen ungleichmäßig, was zu Unterschieden im Selbstabsorptionseffekt bei unterschiedlichen Wellenlängen führt.
• Methoden zur Beseitigung des Selbstabsorptionseffekts:

Um den Selbstabsorptionseffekt zu eliminieren, können Zusatzlampen verwendet werden. Die Zusatzlampen sollten folgende Eigenschaften besitzen:

• Breitbandige spektrale Emission: Wählen Sie Glühbirnen, die ein breitbandiges Spektrum emittieren können, wie etwa Halogenbirnen mit omnidirektionaler Lichtintensitätsverteilung.
• Gleichmäßige Beleuchtung: Stellen Sie sicher, dass die Zusatzlampen eine gleichmäßige Beleuchtung innerhalb der Ulbricht-Kugel erzeugen können, um durch den Selbstabsorptionseffekt verursachte Fehler wirksam zu korrigieren.

Fazit:

Durch Befolgen der oben genannten Schritte und Methoden kann die Messgenauigkeit von Ulbrichtkugel-Spektralanalysesystemen effektiv verbessert werden, wodurch die Auswirkungen des Selbstabsorptionseffekts auf die Messergebnisse verringert und eine genaue Erfassung spektraler Daten sichergestellt wird.

Wartung von Ulbrichtkugeln:

Bei ordnungsgemäßer Verwendung und regelmäßiger Wartung von Ulbrichtkugeln kann deren Lebensdauer erheblich verlängert werden. Die Wartung von Ulbrichtkugeln umfasst hauptsächlich drei Aspekte: Wartung der Beschichtung, Wartung der Schaltkreise und Wartung der Vorrichtung.

Beschichtungspflege:

• Reinigungsmethode: Aufgrund der Ungleichmäßigkeit der chemischen Beschichtung im Inneren der Ulbrichtkugel können Feinstaub und Schmutz leicht haften bleiben. Wischen Sie beim Reinigen vorsichtig mit einer weichen Bürste in eine Richtung.

Vorsichtsmaßnahmen beim Betrieb:

• Halten Sie die Glühbirne vor dem Test vorsichtig, um ein Herunterfallen oder Berühren der Beschichtung der Ulbricht-Kugel zu vermeiden und so eine Beschädigung zu verhindern.
• Schalten Sie nach dem Test sofort die Stromversorgung der getesteten Lampe aus, entfernen Sie die Vorrichtung und schließen Sie umgehend die Ulbricht-Kugel, um das Eindringen von Staub und Schmutz zu verhindern.

Schaltungswartung:

• Erdung und Stromversorgungsauswahl: Stellen Sie sicher, dass das Ulbrichtkugelsystem ordnungsgemäß geerdet ist, und wählen Sie die entsprechende Stromversorgung, um den sicheren und stabilen Betrieb des Geräts zu gewährleisten.
• Regelmäßige Inspektion: Überprüfen Sie regelmäßig die Drähte außerhalb der Ulbrichtkugel und des Anschlusskastens auf Beschädigungen. Wenn abgenutzte oder beschädigte Drähte gefunden werden, ersetzen und reparieren Sie diese umgehend.

Wartung der Vorrichtung:

• Kontakte des Lampenkopfes: Stellen Sie sicher, dass die Kontakte des Lampenkopfes normal funktionieren und nicht beschädigt oder deformiert sind, um eine stabile Stromversorgung der Glühbirne zu gewährleisten.
• Verdrahtungsprüfung: Stellen Sie sicher, dass die Verdrahtung der Lampenfassung richtig angeschlossen ist, um lose oder falsche Verbindungen zu vermeiden, die die Testergebnisse beeinträchtigen könnten.

Zusammenfassung:

Durch die Umsetzung der oben genannten Maßnahmen wird die Langzeitstabilität und Messgenauigkeit von Kugeln integrieren kann sichergestellt werden, dass zuverlässige Daten für verschiedene optische Messungen bereitgestellt werden. Hier sind einige spezifische Wartungsvorschläge:

• Regelmäßige Reinigung: Reinigen Sie die Innenwand der Ulbrichtkugel vor und nach jedem Test, um Staub- und Schmutzansammlungen zu vermeiden.
• Regelmäßige Schaltkreisprüfungen: Überprüfen Sie das Schaltkreissystem monatlich oder vierteljährlich, um sicherzustellen, dass die Verkabelung und Stromquellen normal sind.
• Wartung der Fassung: Überprüfen Sie bei jedem Einsetzen oder Entfernen einer Glühbirne die Verkabelung und Kontakte der Glühbirnenfassung, um eine ordnungsgemäße Funktion sicherzustellen.
• Durch diese Maßnahmen kann die Lebensdauer der Ulbrichtkugeln effektiv verlängert und deren Genauigkeit und Zuverlässigkeit bei optischen Messungen beibehalten werden.

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