Mejora de la precisión de la medición con la integración de recubrimientos de esferas y estándares de reflectancia

Introducción
In mediciones ópticas, tener resultados precisos y confiables es muy necesario. Se ha descubierto que las esferas integradoras son instrumentos útiles debido a su capacidad para ofrecer una iluminación constante, así como también para disminuir los errores de medición causados ​​por la heterogeneidad de la muestra y los efectos de la superficie.

Es posible aumentar aún más la precisión de esfera integradora-basados ​​en datos eligiendo los recubrimientos apropiados para la superficie interna de la esfera y haciendo uso de los estándares de reflectancia que han sido confirmados. En este artículo, se revisan tanto los avances actuales en estos campos como la importancia de combinar recubrimientos esféricos y estándares de reflectancia para obtener mediciones más exactas.

Integración de recubrimientos de esfera
Los revestimientos de las esferas integradoras son muy necesarios para obtener lecturas precisas. El rango espectral, las propiedades de reflectancia y la compatibilidad general de un material de recubrimiento para una aplicación en particular son las principales consideraciones en su selección. Los recubrimientos hechos de sulfato de bario (BaSO4) son bastante populares porque tienen una alta reflectividad tanto en el espectro visible como en el infrarrojo cercano.

Las excelentes propiedades de reflexión difusa de los recubrimientos fabricados con BaSO4 hacen factible iluminar una esfera completa de la misma manera. Sin embargo, hay una disminución en la reflectancia en las regiones ultravioleta e infrarroja.

En un esfuerzo por identificar una solución para esta limitación, los investigadores están investigando nuevos materiales de recubrimiento como Spectralon® y PTFE (politetrafluoroetileno). En comparación con BaSO4, los recubrimientos fabricados con Spectralon® tienen una mayor reflectividad y son capaces de absorber una gama más amplia de longitudes de onda (desde UV hasta IR).

Debido a que los recubrimientos de PTFE tienen una baja fluorescencia y una alta reflectancia difusa, es posible utilizarlos para mediciones en los espectros ultravioleta (UV) y visible (VIS). Las esferas integradoras ahora se pueden emplear en una gama más amplia de regiones del espectro gracias al desarrollo de materiales de recubrimiento superiores, que también garantizan lecturas exactas en una variedad de longitudes de onda.

Estándares de reflectancia espectral
Solo a través de una calibración y trazabilidad precisas podrá obtener conclusiones confiables de sus mediciones. Un estándar de reflectancia espectral se usa a menudo junto con un esfera integradora y puede usarse para calibrar y verificar sistemas de medición.

La calibración y la verificación se pueden realizar contra el estándar. Las propiedades de reflectancia de estos estándares bien conocidos se han investigado exhaustivamente en una amplia variedad de rangos de longitud de onda estrechos.

Los estándares de reflectancia a menudo comparten una serie de propiedades, incluida una alta estabilidad de espectro, un pequeño nivel de incertidumbre y valores de reflectancia definidos.

Como estándares de reflectancia, a menudo se utilizan BaSO4 prensado y sinterizado, Spectralon® y metales altamente reflectantes como el aluminio y el oro. Las propiedades de reflectancia de estos materiales se han sometido a pruebas estrictas y los resultados se han confirmado utilizando estándares nacionales e internacionales reconocidos.

La esfera integradora debe calibrarse con frecuencia contra estándares de reflectancia para mantener lecturas precisas y verificar que estas mediciones sean precisas.

Con el uso de los estándares de reflectancia, es posible ajustar fallas sistemáticas en el sistema de medición, como oscilaciones en la respuesta del detector o el desgaste gradual del recubrimiento de la esfera con el tiempo. El esfera integradora se mantiene en condiciones óptimas para la medición óptica mediante una recalibración constante.

Avances en tecnologías de recubrimiento
Los avances que se han logrado en la tecnología de recubrimiento han llevado a una mejora en la precisión de las mediciones que se realizan utilizando esferas integradoras.  LISUN cuenta con la mejor esfera integradora del mercado.

Los científicos siempre buscan nuevos materiales y procesos de recubrimiento para aumentar las características de reflectancia, ampliar el rango de espectro del recubrimiento y disminuir los errores de medición.

Mucha gente está interesada en los recubrimientos nanoestructurados debido a su capacidad para regular las interacciones luz-materia y mejorar la reflectancia. Las nanopartículas como el dióxido de titanio (TiO2) o el óxido de zinc (ZnO) podrían incluirse potencialmente en la formulación del recubrimiento para aumentar la reflectancia difusa del recubrimiento.

Estos recubrimientos nanoestructurados mejoran la precisión de la medición al reducir la cantidad de luz que se pierde debido a la luz parásita y aumentar la cantidad de luz que se dispersa.

Los investigadores están investigando el uso de revestimientos multicapa como método potencial para mejorar la reflectividad en un rango espectral más amplio.

Al apilar materiales con diferentes índices de refracción, es factible regular la calidad de la reflectancia en un cierto rango de longitudes de onda. El rango espectral de las esferas integradoras se puede aumentar con recubrimientos multicapa, lo que permite mediciones más precisas en los espectros ultravioleta (UV), visible (VIS) e infrarrojo (IR).

Los avances en los procesos de deposición de recubrimientos, como la pulverización catódica con haz de iones y la deposición de vapor químico, han hecho posible regular con precisión el espesor del recubrimiento, así como su composición. Estos procesos proporcionan recubrimientos que son uniformes y constantes en toda la esfera, lo que ayuda a reducir el rango de discrepancias de reflectancia que existen.

Caracterización y Certificación de Recubrimientos
Para obtener lecturas exactas de las mediciones ópticas, es necesario estudiar cuidadosamente los revestimientos de las esferas integradoras. A menudo se utilizan dos técnicas de caracterización, espectrofotometría y dispersometría, en el proceso de evaluación de la reflectancia del recubrimiento.

Estas pruebas a menudo se llevan a cabo en un rango de ángulos de incidencia y en un amplio espectro de longitudes de onda. Esto se hace para que la respuesta espectral del revestimiento pueda capturarse con precisión.

Para asegurar la trazabilidad y la comparabilidad de las mediciones de recubrimientos, las organizaciones internacionales y los organismos de normalización establecen pautas y protocolos para la caracterización y certificación de recubrimientos.

Para validar las propiedades de reflectancia de esfera integradora recubrimientos, estas organizaciones, como el Instituto Nacional de Estándares y Tecnología (NIST) y la Comisión Internacional de Iluminación (CIE), establecen materiales de referencia y procedimientos de medición de referencia. Debido a estas reglas para el control de calidad, se puede confiar en los datos de medición producidos por una variedad de laboratorios y organizaciones.

Control de Calidad y Mantenimiento
Para garantizar que las lecturas de la esfera integradora sigan siendo fiables a lo largo del tiempo, necesitan una supervisión y un mantenimiento de calidad regulares. La precisión de una medición puede verse afectada por factores como el deterioro del revestimiento, la contaminación o el simple envejecimiento.

En consecuencia, la superficie interior de la esfera debe inspeccionarse regularmente para identificar cualquier cambio en las cualidades de reflectancia. Si la reflectancia de la esfera se ve afectada por polvo, huellas dactilares o cualquier otra impureza, se deben llevar a cabo métodos de limpieza adecuados de acuerdo con las instrucciones del fabricante.

Además, es esencial verificar y corregir cualquier discrepancia de medición mediante una calibración periódica utilizando estándares de reflectancia trazables. Al calibrar, es importante tener en cuenta las posibles fuentes de error, incluidas la reflectancia del revestimiento y las variaciones en la respuesta del detector.

Futuros desarrollos
Existe la esperanza de mejoras aún mayores en la precisión de la medición debido al desarrollo continuo de recubrimientos para integrar esferas y estándares de reflectancia.

Los científicos están trabajando para producir recubrimientos con un espectro utilizable más amplio, mejor consistencia de color y menos fluorescencia o luz parásita. Los recubrimientos hechos de nanomateriales, los métodos de producción de vanguardia y las arquitecturas multicapa especializadas se están investigando como rutas potenciales para estos fines.

Las mediciones de recubrimientos serán más uniformes y confiables como resultado de los avances en los métodos de caracterización de recubrimientos y la introducción de sólidos procesos de certificación. Esto permitirá rastrear y comparar las calidades de los recubrimientos en varias instalaciones de prueba y calibres.

Conclusión
Mejorar la precisión de las mediciones ópticas requiere el uso de estándares de reflectancia espectral y el uso de recubrimientos en esferas integradoras. Se pueden lograr resultados de medición precisos y confiables mediante la selección cuidadosa de los materiales de recubrimiento, el desarrollo de procesos de recubrimiento mejorados y la caracterización y certificación exactas de los recubrimientos.

La precisión a largo plazo de la integración de las observaciones basadas en esferas puede garantizarse mediante un control de calidad y un mantenimiento regulares, como la calibración periódica utilizando estándares de reflectancia trazables. La ciencia óptica, espectroscópica y de materiales, entre otras, se beneficiarán enormemente de las mejoras en la precisión de la medición que serán posibles gracias al mayor desarrollo de esfera integradora recubrimientos y estándares de reflectancia.

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