Kiek matavimo mokslininkų reikia norint sukalibruoti LED lemputę? JAV Nacionalinio standartų ir technologijų instituto (NIST) mokslininkams šis skaičius yra perpus mažesnis nei buvo prieš kelias savaites. Birželio mėnesį NIST pradėjo teikti greitesnes, tikslesnes ir darbo sąnaudas taupančias kalibravimo paslaugas, skirtas LED šviestuvų ir kitų kietojo kūno apšvietimo gaminių ryškumui įvertinti. Šios paslaugos klientai yra LED šviestuvų gamintojai ir kitos kalibravimo laboratorijos. Pavyzdžiui, sukalibruota lempa gali užtikrinti, kad 60 vatų ekvivalentinė LED lemputė stalinėje lempoje tikrai atitiktų 60 vatų, arba užtikrinti, kad naikintuvo pilotas turėtų tinkamą kilimo ir tūpimo tako apšvietimą.

LED gamintojai turi užtikrinti, kad jų gaminami žibintai būtų tikrai tokie pat ryškūs, kaip ir suprojektuoti. Norėdami tai pasiekti, sukalibruokite šias lempas fotometru, kuris yra įrankis, galintis matuoti ryškumą visais bangos ilgiais, atsižvelgiant į natūralų žmogaus akies jautrumą skirtingoms spalvoms. Dešimtmečius NIST fotometrinė laboratorija tenkina pramonės poreikius, teikdama LED šviesumo ir fotometrinio kalibravimo paslaugas. Ši paslauga apima kliento LED ir kitų kietojo kūno lempučių ryškumo matavimą, taip pat kliento paties fotometro kalibravimą. Iki šiol NIST laboratorija matavo lemputės ryškumą su santykinai mažu neapibrėžtumu, o paklaida nuo 0,5% iki 1,0%, kuri yra panaši į pagrindines kalibravimo paslaugas.
Dabar, atnaujinus laboratoriją, NIST komanda tris kartus padidino šiuos neapibrėžtumus iki 0,2% ar mažiau. Dėl šio pasiekimo naujoji LED šviesumo ir fotometro kalibravimo paslauga yra viena geriausių pasaulyje. Mokslininkai taip pat gerokai sutrumpino kalibravimo laiką. Senose sistemose kalibravimas klientams užtruktų beveik visą dieną. NIST tyrinėtojas Cameronas Milleris teigė, kad didžioji darbo dalis atliekama nustatant kiekvieną matavimą, keičiant šviesos šaltinius ar detektorius, rankiniu būdu tikrinant atstumą tarp jų ir iš naujo sukonfigūruojant įrangą kitam matavimui.
Tačiau dabar laboratoriją sudaro dvi automatinės įrangos lentelės – viena skirta šviesos šaltiniui, kita – detektoriui. Stalas juda ant bėgių sistemos ir pastato detektorių bet kur nuo 0 iki 5 metrų nuo šviesos. Atstumas gali būti valdomas 50 milijonų dalių nuo vieno metro (mikrometro), kuris yra maždaug pusė žmogaus plaukų pločio. Zongas ir Milleris gali užprogramuoti lenteles judėti viena kitos atžvilgiu be nuolatinio žmogaus įsikišimo. Anksčiau tai užtrukdavo vieną dieną, o dabar gali būti atlikta per kelias valandas. Nebereikia keisti jokios įrangos, viskas yra čia ir gali būti naudojama bet kuriuo metu, suteikiant mokslininkams daug laisvės vienu metu atlikti daug dalykų, nes ji yra visiškai automatizuota.
Galite grįžti į biurą atlikti kitų darbų, kol jis veikia. NIST mokslininkai prognozuoja, kad klientų bazė plėsis, nes laboratorija pridėjo keletą papildomų funkcijų. Pavyzdžiui, naujasis įrenginys gali kalibruoti hiperspektrines kameras, kurios matuoja daug didesnį šviesos bangos ilgį nei įprastos kameros, kurios paprastai fiksuoja tik tris ar keturias spalvas. Nuo medicininio vaizdo gavimo iki Žemės palydovinių vaizdų analizės – hiperspektrinės kameros tampa vis populiaresnės. Kosminių hiperspektrinių kamerų teikiama informacija apie Žemės orą ir augmeniją leidžia mokslininkams numatyti badą ir potvynius ir padėti bendruomenėms planuoti pagalbą nelaimės atveju. Naujoji laboratorija taip pat gali padėti mokslininkams lengviau ir efektyviau kalibruoti išmaniųjų telefonų ekranus, taip pat televizorių ir kompiuterių ekranus.

Teisingas atstumas
Norėdami kalibruoti kliento fotometrą, NIST mokslininkai naudoja plačiajuosčius šviesos šaltinius, kad apšviestų detektorius, kurie iš esmės yra balta šviesa su keliais bangos ilgiais (spalvomis), o jos ryškumas yra labai aiškus, nes matavimai atliekami naudojant NIST standartinius fotometrus. Skirtingai nuo lazerių, šio tipo balta šviesa yra nenuosekli, o tai reiškia, kad visa skirtingo bangos ilgio šviesa nėra sinchronizuojama viena su kita. Idealiame scenarijuje, kad būtų galima tiksliau išmatuoti, mokslininkai naudos derinamus lazerius, kad generuotų valdomų bangų ilgių šviesą, kad detektoriumi vienu metu būtų apšvitinama tik vieno bangos ilgio šviesa. Naudojant derinamus lazerius, padidėja matavimo signalo ir triukšmo santykis.
Tačiau anksčiau derinami lazeriai negalėjo būti naudojami fotometrams kalibruoti, nes vieno bangos ilgio lazeriai trukdė sau taip, kad pridėdavo skirtingą triukšmo kiekį prie signalo, atsižvelgiant į naudojamą bangos ilgį. Laboratorijos tobulinimo metu Zong sukūrė pritaikytą fotometro dizainą, kuris sumažina šį triukšmą iki nereikšmingo lygio. Tai leidžia pirmą kartą naudoti derinamus lazerius fotometrams kalibruoti su mažais neapibrėžčiais. Papildomas naujo dizaino privalumas yra tai, kad apšvietimo įrangą lengviau valyti, nes išskirtinė diafragma dabar apsaugota už sandaraus stiklo lango. Norint išmatuoti intensyvumą, reikia tiksliai žinoti, kokiu atstumu detektorius yra nuo šviesos šaltinio.
Iki šiol, kaip ir dauguma kitų fotometrijos laboratorijų, NIST laboratorija dar neturi didelio tikslumo metodo šiam atstumui išmatuoti. Taip yra iš dalies dėl to, kad detektoriaus, per kurį surenkama šviesa, apertūra yra per subtili, kad ją paliestų matavimo prietaisas. Įprastas sprendimas yra tai, kad mokslininkai pirmiausia išmatuoja šviesos šaltinio apšvietimą ir apšviečia tam tikro ploto paviršių. Tada naudokite šią informaciją, kad nustatytumėte šiuos atstumus naudodami atvirkštinį kvadrato dėsnį, kuris apibūdina, kaip šviesos šaltinio intensyvumas eksponentiškai mažėja didėjant atstumui. Šį dviejų pakopų matavimą nėra lengva įgyvendinti, todėl atsiranda papildomo neapibrėžtumo. Naudodama naują sistemą, komanda dabar gali atsisakyti atvirkštinio kvadrato metodo ir tiesiogiai nustatyti atstumą.
Šiam metodui naudojama mikroskopu pagrįsta kamera, kai mikroskopas sėdi ant šviesos šaltinio scenos ir fokusuoja į detektoriaus scenos padėties žymeklius. Antrasis mikroskopas yra ant detektoriaus darbastalio ir sutelkia dėmesį į padėties žymeklius šviesos šaltinio darbastalyje. Nustatykite atstumą, reguliuodami detektoriaus diafragmą ir šviesos šaltinio padėtį pagal atitinkamų mikroskopų židinį. Mikroskopai yra labai jautrūs defokusavimui ir gali atpažinti net kelis mikrometrus. Naujasis atstumo matavimas taip pat leidžia tyrėjams išmatuoti „tikrąjį šviesos diodų intensyvumą“, kuris yra atskiras skaičius, rodantis, kad šviesos diodų skleidžiamos šviesos kiekis nepriklauso nuo atstumo.
Be šių naujų funkcijų, NIST mokslininkai taip pat pridėjo keletą instrumentų, pavyzdžiui, prietaisą, vadinamą goniometru, kuris gali pasukti LED lemputes, kad būtų galima išmatuoti, kiek šviesos skleidžiama skirtingais kampais. Artimiausiais mėnesiais Milleris ir Zongas tikisi panaudoti spektrofotometrą naujai paslaugai: matuoti šviesos diodų ultravioletinę (UV) galią. Galimas šviesos diodų panaudojimas ultravioletiniams spinduliams generuoti apima maisto švitinimą, siekiant pailginti jo galiojimo laiką, taip pat vandens ir medicinos įrangos dezinfekavimą. Tradiciškai komerciniam švitinimui naudojama gyvsidabrio garų lempų skleidžiama ultravioletinė šviesa.