Hoeveel metingswetenskaplikes is nodig om 'n LED-gloeilamp te kalibreer? Vir navorsers by die Nasionale Instituut vir Standaarde en Tegnologie (NIST) in die Verenigde State is hierdie getal die helfte van wat dit 'n paar weke gelede was. In Junie het NIST begin om vinniger, meer akkurate en arbeidsbesparende kalibrasiedienste te verskaf vir die evaluering van die helderheid van LED-ligte en ander vastestofbeligtingsprodukte. Kliënte van hierdie diens sluit LED-ligvervaardigers en ander kalibrasielaboratoriums in. Byvoorbeeld, 'n gekalibreerde lamp kan verseker dat die 60 watt-ekwivalente LED-gloeilamp in die lessenaarlamp werklik gelykstaande is aan 60 watt, of verseker dat die vlieënier in die vegvliegtuig toepaslike aanloopbaanbeligting het.

LED-vervaardigers moet verseker dat die ligte wat hulle vervaardig werklik so helder is as wat hulle ontwerp is. Om dit te bereik, kalibreer hierdie lampe met 'n fotometer, wat 'n instrument is wat helderheid op alle golflengtes kan meet terwyl die natuurlike sensitiwiteit van die menslike oog vir verskillende kleure in ag geneem word. Vir dekades voldoen NIST se fotometriese laboratorium aan die industrie se eise deur LED-helderheid en fotometriese kalibrasiedienste te verskaf. Hierdie diens behels die meting van die helderheid van die kliënt se LED- en ander vastestofligte, asook die kalibrering van die kliënt se eie fotometer. Tot nou toe het die NIST-laboratorium gloeilamphelderheid met relatief lae onsekerheid gemeet, met 'n fout tussen 0,5% en 1,0%, wat vergelykbaar is met hoofstroomkalibrasiedienste.
Nou, danksy die opknapping van die laboratorium, het die NIST-span hierdie onsekerhede verdriedubbel tot 0,2% of laer. Hierdie prestasie maak die nuwe LED-helderheid en fotometer-kalibrasiediens een van die beste ter wêreld. Wetenskaplikes het ook die kalibrasietyd aansienlik verkort. In ou stelsels sal die uitvoering van 'n kalibrasie vir kliënte byna 'n hele dag neem. NIST-navorser Cameron Miller het gesê dat die meeste van die werk gebruik word om elke meting op te stel, ligbronne of detektors te vervang, die afstand tussen die twee handmatig na te gaan en dan die toerusting vir die volgende meting te herkonfigureer.
Maar nou bestaan ​​die laboratorium uit twee outomatiese toerustingtafels, een vir die ligbron en die ander vir die detektor. Die tafel beweeg op die spoorstelsel en plaas die detektor op enige plek van 0 tot 5 meter weg van die lig. Die afstand kan binne 50 dele per miljoen van een meter (mikrometer) beheer word, wat ongeveer die helfte van die breedte van menslike hare is. Zong en Miller kan tabelle programmeer om relatief tot mekaar te beweeg sonder die behoefte aan deurlopende menslike ingryping. Dit het vroeër 'n dag geneem, maar nou kan dit binne 'n paar uur voltooi word. Nie meer nodig om enige toerusting te vervang nie, alles is hier en kan enige tyd gebruik word, wat navorsers baie vryheid gee om baie dinge op dieselfde tyd te doen omdat dit heeltemal geoutomatiseer is.
Jy kan terugkeer na die kantoor om ander werk te doen terwyl dit aan die gang is. NIST-navorsers voorspel dat die kliëntebasis sal uitbrei namate die laboratorium verskeie bykomende kenmerke bygevoeg het. Die nuwe toestel kan byvoorbeeld hiperspektrale kameras kalibreer, wat baie meer liggolflengte meet as tipiese kameras wat tipies net drie tot vier kleure vasvang. Van mediese beelding tot die ontleding van satellietbeelde van die Aarde, hiperspektrale kameras word al hoe meer gewild. Die inligting wat deur ruimtegebaseerde hiperspektrale kameras oor die aarde se weer en plantegroei verskaf word, stel wetenskaplikes in staat om hongersnood en vloede te voorspel, en kan gemeenskappe help om nood- en ramphulp te beplan. Die nuwe laboratorium kan dit ook vir navorsers makliker en doeltreffender maak om slimfoonskerms, sowel as TV- en rekenaarskerms te kalibreer.

Korrekte afstand
Om die kliënt se fotometer te kalibreer, gebruik wetenskaplikes by NIST breëbandligbronne om detektors te verlig, wat in wese wit lig is met veelvuldige golflengtes (kleure), en die helderheid daarvan is baie duidelik omdat metings gemaak word met behulp van NIST-standaardfotometers. Anders as lasers is hierdie tipe wit lig onsamehangend, wat beteken dat alle lig van verskillende golflengtes nie met mekaar gesinchroniseer word nie. In 'n ideale scenario, vir die mees akkurate meting, sal navorsers instelbare lasers gebruik om lig met beheerbare golflengtes op te wek, sodat slegs een golflengte lig op 'n slag op die detektor bestraal word. Die gebruik van instelbare lasers verhoog die sein-tot-geraas-verhouding van die meting.
In die verlede kon verstelbare lasers egter nie gebruik word om fotometers te kalibreer nie omdat enkelgolflengte-lasers met hulself inmeng op 'n manier wat verskillende hoeveelhede geraas by die sein gevoeg het op grond van die golflengte wat gebruik is. As deel van laboratoriumverbetering het Zong 'n pasgemaakte fotometerontwerp geskep wat hierdie geraas tot 'n onbeduidende vlak verminder. Dit maak dit moontlik om vir die eerste keer instelbare lasers te gebruik om fotometers met klein onsekerhede te kalibreer. Die bykomende voordeel van die nuwe ontwerp is dat dit die beligtingstoerusting makliker maak om skoon te maak, aangesien die keurige opening nou agter die verseëlde glasvenster beskerm word. Intensiteitsmeting vereis akkurate kennis van hoe ver die detektor van die ligbron af is.
Tot nou toe, soos die meeste ander fotometrie-laboratoriums, het die NIST-laboratorium nog nie 'n hoë-presisiemetode om hierdie afstand te meet nie. Dit is deels omdat die opening van die detektor, waardeur lig versamel word, te subtiel is om deur die meettoestel aangeraak te word. ’n Algemene oplossing is dat navorsers eers die beligting van die ligbron meet en ’n oppervlak met ’n sekere area verlig. Gebruik vervolgens hierdie inligting om hierdie afstande te bepaal deur die omgekeerde vierkantwet te gebruik, wat beskryf hoe die intensiteit van 'n ligbron eksponensieel afneem met toenemende afstand. Hierdie twee-stap meting is nie maklik om te implementeer nie en stel bykomende onsekerheid in. Met die nuwe stelsel kan die span nou die omgekeerde vierkantmetode laat vaar en die afstand direk bepaal.
Hierdie metode gebruik 'n mikroskoopgebaseerde kamera, met 'n mikroskoop wat op die ligbronverhoog sit en op die posisiemerkers op die detektorverhoog fokus. Die tweede mikroskoop is op die detektorwerkbank geleë en fokus op die posisiemerkers op die ligbronwerkbank. Bepaal die afstand deur die opening van die detektor en die posisie van die ligbron aan te pas by die fokus van hul onderskeie mikroskope. Mikroskope is baie sensitief vir onscherp, en kan selfs 'n paar mikrometer weg herken. Die nuwe afstandmeting stel navorsers ook in staat om die "ware intensiteit" van LED's te meet, wat 'n aparte getal is wat aandui dat die hoeveelheid lig wat deur LED's uitgestraal word, onafhanklik van afstand is.
Benewens hierdie nuwe kenmerke, het NIST-wetenskaplikes ook 'n paar instrumente bygevoeg, soos 'n toestel genaamd 'n goniometer wat LED-ligte kan draai om te meet hoeveel lig by verskillende hoeke uitgestraal word. In die komende maande hoop Miller en Zong om 'n spektrofotometer te gebruik vir 'n nuwe diens: die meet van die ultraviolet (UV) uitset van LED's. Die potensiële gebruike van LED vir die opwekking van ultravioletstrale sluit in die bestraling van voedsel om die raklewe daarvan te verleng, sowel as die ontsmetting van water en mediese toerusting. Tradisioneel gebruik kommersiële bestraling die ultravioletlig wat deur kwikdamplampe uitgestraal word.