La esfera de Ulbricht también se conoce como la esfera integradora. Richard Ulbricht, un ingeniero alemán, inspiró la esfera de Ulbricht. Para determinar la mejor estrategia de iluminación, tomó medidas fotométricas. Ocurrió mientras preparaba los sistemas eléctricos y de iluminación de una estación de tren. Estableció que la cantidad de luz medida en la pared de la esfera opuesta a la fuente de luz es proporcional a la cantidad total de flujo de luz. Su forma esférica inspiró su nombre. Los sistemas de iluminación de esfera emplean esferas para medir fuentes de luz como lámparas y luminarias.
Sistema de esfera de integración de espectroradiómetro de alta precisión LPCE-2(LMS-9000)
Por lo general, las muestras que dispersan la luz o refractan se examinan utilizando un sistema de iluminación esférico, como lentes ópticos. El método de prueba determina la transmisión de lentes que condensan la luz después de atravesarlos. Cuando un detector convencional detecta luz, impacta la superficie sensible a la luz del detector. Esto trae el cierre de la corrección de la línea de base (100 por ciento de alineación). La luz proviene de la superficie sensible a la luz del detector después de irradiar la muestra. Como resultado, la medición precisa es inalcanzable.
Una muestra distribuida no se cuenta. Todas las luces de medición apuntan a la superficie sensible a la luz del detector. Cuando se usa una esfera integradora para medir una muestra, la luz después de la difusión dentro de la esfera se mide durante la corrección de la línea base y la medición de la muestra.
Al infundir iluminación desde una fuente externa a la esfera, se puede diseñar una esfera de propósito general como una fuente de luz uniforme rudimentaria. Se requiere un iluminador, un detector y un medidor de potencia o radiómetro para la configuración. Debido a que el cuarto puerto no utilizado con un tapón de puerto puede interferir con la uniformidad de la salida, es preferible una esfera de tres puertos a una esfera de cuatro puertos. La fuente de luz está conectada al puerto de 90 grados y el detector está conectado al polo norte. La salida de iluminación uniforme se proporciona a través del enorme puerto de 0 grados.
El detector adjunto al medidor de potencia o radiómetro ofrece un indicador exacto de la iluminación de la esfera. Siempre que el detector no esté saturado, la salida variará linealmente con la lectura de potencia.
Las esferas de menor diámetro y menor costo deben tener puertos de utilidad más pequeños y un rendimiento extremadamente alto. El rendimiento aumenta hasta el punto de que se requieren filtros o cables de fibra óptica para evitar la saturación del detector, debido a la dependencia de la fuente de luz. El porcentaje de puerto de las esferas más pequeñas, por otro lado, es extremadamente alto. Como resultado, los datos de medición proporcionados por una pequeña esfera integradora serán menos precisos que los datos generados por la misma aplicación utilizando una esfera grande.
La esfera integradora más grande tiene un rendimiento más bajo que las esferas más pequeñas y una atenuación óptica más alta, lo que da como resultado una relación señal-ruido más alta. Estas esferas son más flexibles, pero también más caras de producir.
Las esferas integradoras de GPS recubiertas de sulfato de bario de bajo costo están hechas de dos hemisferios de aluminio. Una cubierta de brida anodizada con tornillos conecta los hemisferios. Aunque la reflectancia hemisférica del sulfato de bario cae ligeramente por encima de 1850 nm, el rango espectral útil es de 350 a 2400 nm. Este tipo de esfera es adecuado para la mayoría de las aplicaciones de monitoreo de radiación visible e infrarroja cercana.
El recubrimiento de oro difuso es un recubrimiento metálico dorado difuso electroquímicamente con una alta reflectividad en los rangos de longitud de onda del infrarrojo cercano y del infrarrojo de 0.7 a 20 m. Las esferas de oro están construidas de la misma manera que las esferas de sulfato de bario, con la excepción de que la superficie plana externa y los marcos de los puertos también están chapados en oro. Las aplicaciones de láser infrarrojo se benefician del uso de un GPS dorado. A diferencia de un revestimiento de sulfato de bario, que pierde reflectividad a temperaturas elevadas, el oro difuso es estable a temperaturas muy por encima de los 100 grados centígrados.
La reflectancia difusa del material de PTFE es bastante alta y abarca la región espectral de 250 a 2500 nm, con una reflectancia de más del 99 por ciento entre 400 nm y 1500 nm. Aunque la estabilidad de temperatura del PTFE es apropiada para aplicaciones láser, su alta reflectividad es más adecuada para aplicaciones de luz de bajo nivel. Otra característica notable de las esferas de PTFE es su confiabilidad: el material no se deteriora con el tiempo y se puede limpiar sin comprometer la integridad mecánica del material.
El espesor de 7 mm del material reflectante a lo largo de la pared de la esfera interior de un PTFE esfera integradora es fácilmente visible a través de un puerto de esfera. Un GPS de PTFE se compone de dos hemisferios mecanizados que encajan para formar una esfera interna hueca y se mantienen unidos por una cubierta exterior de aluminio. Debido al mecanizado y montaje necesarios, una esfera de PTFE es más cara que un GPS de sulfato de bario. Debido a que las paredes son gruesas, las posibilidades de tamaño de las esferas de PTFE también varían. El rendimiento óptico de un GPS de PTFE es alto debido a su alta reflectividad y difusividad, por lo tanto, se debe tener especial cuidado al seleccionar los accesorios y accesorios del puerto.
Al seleccionar una esfera para las aplicaciones especificadas, el tamaño del puerto y la ubicación en una esfera de integración son consideraciones críticas. Un puerto de esfera mejora la utilidad de una esfera integradora mientras disminuye la uniformidad de la dispersión de luz dentro de la esfera. La fracción de puerto es la relación entre el área total del puerto y el área de la pared interna de un GPS. El parámetro de fracción de puerto es una medida de la precisión de la esfera. Un esfera integradora con una fracción de puerto baja supera a una esfera con una fracción de puerto grande.
Cada puerto en una esfera integradora tiene un propósito específico, y el uso incorrecto de cualquier puerto dará como resultado resultados de medición defectuosos. Las posiciones de los puertos se indican con los números 0°, 90°, 180° y el polo norte. Todas las aberturas de la esfera están mecanizadas en la cubierta hemisférica exterior a intervalos de 90 grados. Las dimensiones de cada puerto están determinadas por el tamaño y la serie del GPS. Las funciones de cada puerto GPS están predeterminadas a lo largo del proceso de diseño de la esfera. Algunos puertos tienen una sola función, mientras que otros tienen numerosas funciones. Todos esferas integradoras en la serie GPS se puede utilizar para aplicaciones de medición de luz y fuentes uniformes. El de 4 puertos esferas integradoras puede medir reflectancia difusa y transmitancia.
An esfera integradora también es perfecto para evaluar la salida de fibra óptica. El primer punto de reflexión en el lado opuesto de la fuente no está muy concentrado. Eso sucede debido a la habitual divergencia lenta de las fibras ópticas. Como resultado, la disposición de haces colimados o la configuración de haces divergentes suele ser suficiente. Sin embargo, debido a la mayor NA de la fibra, se sugiere la estructura de haz divergente en el caso de la fibra con lentes. La disposición del haz colimado es preferible cuando se emplea un colimador de fibra.
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