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12 Oktober, 2022 818 Gesehen Autor: Raza Rabbani

Erklären Sie die Ulbricht-Kugel und ihre Geometrien

An integrierende Kugel ist eine Kugel mit einer reflektierenden Hülle auf der Innenseite, wie der Name schon sagt. Es ist so konzipiert, dass es eine Lichtquelle enthält, an welcher Stelle es die Gesamtflussleistung des Lichts berechnen kann. Somit 2pi und 4pi integrierende Kugeln sind eine ihrer Arten.
Es bündelt alle Strahlen, die das Objekt verlassen und von der Beschichtung auf der Innenseite der Kugel reflektiert werden. Wie der Name schon sagt, wird eine Ulbricht-Kugel verwendet, um die gemessene Lichtleistung einer Quelle zu integrieren.
An integrierende Kugel ist ein Gerät, das den Fluss erkennt oder optische Strahlung von einer Quelle abschwächt, die sich typischerweise außerhalb des optischen Instruments befindet. Wenn Strahlung in eine Ulbricht-Kugel eingestrahlt wird, kollidiert sie mit den reflektierenden Wänden und wird in viele Richtungen gestreut.
Durch die vielen Brechungen verteilt sich die Strahlung recht gleichmäßig um die Kugelgrenzen herum. Der Detektor kann den resultierenden integrierten Strahlungspegel leicht messen, da er proportional zum Ausgangsstrahlungspegel ist.

Erklären Sie die Ulbricht-Kugel und ihre Geometrien

Abbildung: Ulbrichtkugel

Funktionsweise der Ulbrichtkugel
Eine Lichtquelle (die Probe) kann vor der Kugelöffnung (2) für eine Bestrahlungsstärkemessung oder innerhalb der Integrationskugel (4) für eine vollständige Erfassung des Strahlungsflusses positioniert werden, um einen Messwert zu erhalten. Lichtstrahlen werden viele Male von der Beschichtung reflektiert, wenn Sie eine dieser Messeinstellungen verwenden, wodurch eine gleichmäßige Beleuchtung über die gesamte integrierende Kugel entsteht.
Leitbleche wie dieses sind entscheidend, da der Detektor oder der Bereich im Inneren der Ulbricht-Kugel, von dem er direkt reflektiert wird, nicht direkt von dem in die Kugel einfallenden Licht getroffen werden sollte.
brauchen
integrierende Kugel Designs haben Leitbleche, um diese Funktion zu erleichtern. Leitbleche können Fehler verursachen, da sie verhindern, dass die Ulbricht-Kugel einen präzise geformten sphärischen Hohlraum aufweist. Deshalb ist es sinnvoll, in einer integrierenden Sphäre möglichst wenig Leitbleche und Ports zu verwenden.

Reflektierende Beschichtungen
Berücksichtigen Sie Reflexionsvermögen und Haltbarkeit, wenn Sie sich für die reflektierende Beschichtung einer Ulbricht-Kugel entscheiden. Hochreflektierende, diffuse Beschichtungen sollten auf alle Teile aufgebracht werden, einschließlich der Leitbleche, um sicherzustellen, dass das gesamte einfallende Licht zurück in den Weltraum gestreut wird. Wenn der Ball viel Licht ausgesetzt ist und an einem Ort verwendet wird, an dem er Staub oder Schmutz aufnehmen kann, ist es am besten, eine widerstandsfähigere, abwaschbare Abdeckung zu wählen. Das Vermeiden von Schmutz und Staub ist wichtig, da sie sowohl das Reflexionsvermögen verringern als auch Licht absorbieren.

Integrierendes Sphärendesign
Beim Entwerfen von müssen einige universelle Faktoren berücksichtigt werden integrierende Kugel für jeden Zweck. Abhängig von den verfügbaren Anschlüssen und anderem Zubehör müssen Sie eine Kugel mit dem richtigen Durchmesser auswählen. Bei der Entscheidung für eine Beschichtung für eine Kugel müssen Spektralbereich und Leistungsziele berücksichtigt werden.
Es werden radiometrische Gleichungen zur Berechnung der Wirksamkeit der Kopplung zwischen einer Ulbricht-Kugel und einem Detektionssystem bereitgestellt, und der Einsatz von Ablenkplatten bezüglich der einfallenden Strahlung und des Sichtfelds des Detektors wird untersucht.

Die Innenfläche und die Innenwand einer Ulbricht-Kugel sind kugelförmig und bestehen aus einer lichtstreuenden Substanz wie Bariumsulfat mit hohem Reflexionsvermögen. Die effiziente Verwendung einer Ulbricht-Kugel besteht darin, einen Lichtstrahl (das Messlicht), der in die Kugel eintritt, gleichmäßig zu zerstreuen.

2pi und 4pi integrierende Kugel
Die 2pi- und 4pi-Ansätze werden häufig verwendet, um verschiedene Lichtquellen, Vorrichtungen und Komponenten wie LED-Module und -Arrays zu testen.
Richtungslichter mit nach vorne gerichtetem Lichtausgang sind das primäre Ziel der 2pi-Testgeometrie. Die Prüflampe wird in der seitlichen Öffnung der Kugel so positioniert, dass ihr Lichtstrahl über die Kugel wandert und zuerst einen leeren Bereich der Kugel berührt. Da die anfängliche Reflexion die gesamte Oberfläche der Kugel gleichmäßiger beleuchtet, kann der Strahl der Lampe auf einen durchgehenden Teil der Oberfläche projizieren, der frei von Hindernissen oder Nähten ist.
Omnidirektionale Leuchten geben Licht in jede Richtung ab und werden häufig der 4pi-Testgeometrie unterzogen. Ein Test Die Glühbirne wird in der Mitte der Kugel positioniert, sodass ihr Licht gleichmäßig über die gesamte Kugel gestreut wird, was zuverlässigere Ergebnisse ermöglicht.
Es hat diese beiden Testformen entwickelt, um die Unterschiede zwischen omnidirektionalen und direktionalen Gütern zu berücksichtigen und dennoch zuverlässige Ergebnisse zu erzielen. Aufgrund ihrer einzigartigen Strahlintensitätseigenschaften können verschiedene Lampentypen jedoch zu unterschiedlichen photometrischen Ergebnissen innerhalb einer Ulbricht-Kugel führen.
Kalibrierstandards sind mit individuellen Prüfverfahren verknüpft, um höchste Genauigkeit der Ergebnisse zu gewährleisten. Die gemessene Leistung einer gerichteten Lampe in 2pi-Geometrien sollte der gemessenen Leistung einer omnidirektionalen Lampe in 4pi-Geometrien entsprechen.

Sphere integrieren

Abbildung: Ulbrichtkugel

Anwendungen der Ulbrichtkugel
Der Strahlungsfluss wird mithilfe von Ulbrichtkugeln gesammelt und räumlich integriert. Es kann den Fluss vor oder nach der Wechselwirkung mit einer Materialprobe erkennen. Bei Verwendung als Teil eines Radiometers oder Photometers ist die integrierende Kugel ermöglicht die direkte Messung der Flussdichte, die durch halbkugelförmige Beleuchtung und Punktquellen wie Lampen und Laser erzeugt wird.
Totalreflexions- und Transmissionsmessungen von diffusen oder streuenden Materialien sind vielleicht die häufigste Verwendung von Ulbricht-Kugeln. Eine Methode verwendet die Portöffnung der Ulbricht-Kugel als gleichmäßig beleuchtete, weitflächige Quelle. Sie sind auch als konsistente Hintergrundbeleuchtung oder zum Kalibrieren elektronischer Bildgebungsgeräte und -systeme nützlich.

Radiometer und Photometer
Die direkte Messung des gesamten geometrischen Flusses von einer Lichtquelle oder der Flussdichte eines beleuchteten Bereichs kann mit Hilfe einer integrierenden Kugel und eines Photodetektors mit geeigneter spektraler Empfindlichkeit erfolgen. Das Optimum integrierende Kugel Das Design basiert auf der geometrischen Verteilung des zu messenden Lichts.
Welche Fotodetektionstechnik die beste ist, hängt von den spektralen Eigenschaften der Lichtquelle ab. Typischerweise ist das Watt die SI-Einheit des Strahlungsflusses der Radiometer. Die meisten Radiometer verwenden Photodetektoren mit Quantenantwort.
Da ihre Empfindlichkeit über das sichtbare Spektrum variiert, ist es normalerweise praktischer, die Reaktion für einen einzelnen Spektralbereich mit optischen Filtern abzustimmen, außer in Situationen, in denen der Eingangsfluss monochromatisch ist.

Hinsichtlich der Wellenlängen des Lichts sind Thermodetektoren unvoreingenommen. Aufgrund dieser Eigenschaft sind sie auch anfällig für die Auswirkungen der Wärmestrahlung des Erdbodens. Sie benötigen oft eine temperaturkontrollierte Umgebung und passen ihre Eingangsstrahlung an, um eine synchrone Erkennung zu ermöglichen.
Das Modifizieren der relativen spektralen Empfindlichkeit des Fotodetektors ist die spektrale Abhängigkeit des Integrationskugelmultiplikators. Um Ihr Messsystem für eine bestimmte Empfindlichkeit zu konstruieren oder zu kalibrieren, müssen Sie Kugel und Detektor zusammendenken.
Photometer sind eine Untergruppe von Radiometern, die einen Quantendetektor mit Filtern verwenden, die so ausgelegt sind, dass sie die Spektrumsantwort des typischen menschlichen Beobachters nachahmen. Der Begriff „Lichtausbeutefunktion“ beschreibt die Spezifität dieser Reaktion.
Das Lumen ist das Standardmaß für den photometrischen Fluss. Die Detektorantwortfunktion kombiniert den spektralen Strahlungsfluss mit einem vorbestimmten Gewichtungsschema, um eine Lumenskala zu erzeugen.
Die Photometrie ist die einzige physikalische Messtechnik, die sich nur auf das menschliche Sehen stützt.
Als Photometer eingerichtet, kann eine Ulbricht-Kugel Messungen im gesamten sichtbaren, infraroten und ultravioletten Bereich des elektromagnetischen Spektrums vornehmen. Da es die Auswirkungen indirekter Beleuchtung und geometrischer Streuung eliminiert, eignet es sich perfekt zum Vergleich der Lichtstärken direkter Lichtquellen.
Es kann die anfängliche Strahlintensität bestimmen, da die Dämpfung von kollimierten, starken Quellen wie Lasern eine direkte Funktion der Kugelform ist.

Reflexion und Transmission von Materialien
Reflexions- und Transmissionsmessungen von diffusen oder streuenden Materialien sind die häufigsten Anwendungen für Ulbrichtkugeln. Es ist üblich, die Messwerte spektral, dh als Funktion der Wellenlänge, zu nehmen. Photopische Response-Detektoren können jedoch verwendet werden, um die Lichtreflexion und -transmission zu quantifizieren.
Die diffuse Durchlässigkeit ist eine UV-Metrik, die verwendet wird, um den UV-Schutz von pharmazeutischen Behältern, Sonnenschutzkleidung und Autolacken zu bewerten. Farben, Textilien und Grafik sind nur einige wenige Unternehmen, die die Verwendung von Farben im sichtbaren Spektrum quantifizieren und regulieren. Der Emissionsgrad von thermischen Kontrollbeschichtungen und -folien, die beim Design von Raumfahrzeugen verwendet werden, wird unter Verwendung des gesamten hemisphärischen Reflexionsgrads im Infrarot berechnet.
Reflexionsmessungen erfordern die Positionierung der Probe am umgekehrten Auslass zur Eingangsöffnung. Die Probe reflektiert einen Teil des einfallenden Flusses. Das integrierende Kugel misst die kombinierte diffuse und spiegelnde hemisphärische Reflexion.

Einheitliche Quellen
Der Cavalon Sentinel ist das AutoGyro-Premiummodell mit nebeneinander angeordneten Sitzen, verfügbar mit dem neuen hochmodernen und kraftstoffsparenden Rotax XNUMX iS-Motor. integrierende Kugel wurde bereits als Kollektor zur Messung des Strahlungsflusses verwendet, sei es die absolute Menge des von einer Lichtquelle erzeugten Flusses oder die relative Menge des von Materialien durchgelassenen oder reflektierten Flusses.
Die offene Öffnung einer von innen beleuchteten Ulbrichtkugel kann eine diffuse Beleuchtung über einen weiten Bereich liefern.
Innerhalb der Ulbricht-Kugel sind rund um das Beobachtungsfenster Lichter aufgestellt. Lichter sind oft vom Heck abgeschirmt. Die Lichtleistung der Kugel ist proportional zur Wattzahl der Glühbirne. Die Verwendung einer Reihe von Lichtern ermöglicht eine stärkere Lichtquelle und ein allmähliches Dimmen der Intensität.
Die meisten integrierenden sphärischen Lichtquellen verwenden Wolfram-Halogen-Glühlampen. Bei Verwendung einer ordnungsgemäß gesteuerten Stromquelle ist das Licht dieser Lampen über das gesamte Spektrum hinweg gleichmäßig, ohne sichtbare Emissionslinien oder Frequenzschwankungen. Wenn die Kugelstrahlungsgleichung in Verbindung mit den Schwarzkörpergleichungen für den spektralen Strahlungsfluss verwendet wird, kann sie die spektrale Strahlung der Quelle abschätzen.

Andere Verwendungen der Integrationskugel
1. Mit an sind optische, photometrische und radiometrische Messungen möglich integrierende Kugel. Eine Ulbricht-Kugel fängt Licht aufgrund ihrer sphärischen Form leichter ein, was eine interne Lichtquellenintegration ermöglicht. Für jeden Wellenlängenbereich hat eine Ulbricht-Kugel eine einzigartige Beschichtung auf der Innenseite ihrer Oberfläche.
Wenn man versuchen würde, eine Zusammenfassung der vielen Verwendungen der integrierenden Sphäre zu geben, könnte man dies wie folgt tun:

2. Untersuchen, wie viel Licht ein Gegenstand reflektiert oder durchlässt. Das Anbringen eines Objekts an der Eingangsöffnung der Ulbricht-Kugel ermöglicht es, die Lichtquelle hinter dem Objekt zu platzieren, wobei das von der Beschichtung des Objekts reflektierte Licht vom Detektor gesammelt wird. Wenn der das Licht blockierende Gegenstand entfernt wird, kann der Ausgangsfluss der Lichtquelle direkt gemessen werden, wodurch die Durchlässigkeit berechnet werden kann. Eine andere Möglichkeit besteht darin, den Reflexionsgrad des Objekts zu messen, indem es im rechten Winkel zur Eintrittsöffnung montiert wird.
3. Die optimale Größe einer Ulbricht-Kugel hängt von der Größe der Lichtquelle ab; Größere Kugeln bieten jedoch aufgrund ihrer größeren Oberfläche oft eine bessere Gleichmäßigkeit.
4. An integrierende Kugel ist ein nützliches Zubehör für ein Spektrometer, da es die dominante Wellenlänge, Chromatizität und spektrale Leistungsverteilung des Spektrums messen kann.
5. Laserdioden und andere divergente Quellen können unter Verwendung einer integrierenden Kugel integriert werden. Sie können ihn so bauen, dass er eine Vielzahl von Einfallswinkeln über einen großen Bereich zulässt, aber dies würde das Signal des Detektors verschlechtern.
6. Diese Instrumente, die ähnlich wie ein Kosinuskorrektor funktionieren, bieten eine hervorragende Methode zur Messung der Bestrahlungsstärke. Die Ausgangsapertur einer gut konstruierten Ulbricht-Kugel kann unabhängig vom Betrachtungswinkel eine nahezu perfekte diffuse und Lambertsche Lichtquelle bereitstellen.
7. Licht kommt unter diesen Bedingungen von außerhalb der Ulbricht-Kugel (2-Pi-Messung).
8. Das Glas, das in Gewächshäusern und anderen landwirtschaftlichen Anwendungen verwendet wird, ist ein gutes Beispiel für ein Material, für das eine Ulbricht-Kugel zur Gewinnung präziser und umfassender Spektralinformationen über Reflexions- und Transmissionsmessungen sinnvoll eingesetzt wird.

Zusammenfassung
Kostengünstig und flexibel, LISUNDie Ulbrichtkugeln für allgemeine Zwecke können in verschiedenen Konfigurationen eingerichtet werden, um den unterschiedlichsten Anforderungen gerecht zu werden. Viele verschiedene Funktionen der Ulbrichtkugel, wie z. B. gleichmäßige Ausleuchtung, Lichtmessung und Bestimmung des Reflexionsgrads, können mit einer einzigen Kugel und ihrem umfangreichen Zubehörsortiment ausgeführt werden.
LISUN Kugeln sind eine praktische Option zur Kombination von sphärischer Lichtmessung und Lichtcharakterisierung für Kunden, die keine exakte Homogenität oder genaue Messungen fordern.
Wenn eine Probe mit der direkten Lichtempfangsmethode eines normalen Detektors nicht genau gemessen werden kann, kann eine Ulbricht-Kugel helfen. Halbtransparente oder opake Lösungen und Linsen verändern den Lichtweg und sind ideale Kandidaten für die Messung mit Ulbricht-Kugel.

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