Kui palju mõõtmisteadlasi on vaja LED-pirni kalibreerimiseks? Ameerika Ühendriikide riikliku standardi- ja tehnoloogiainstituudi (NIST) teadlaste jaoks on see arv poole väiksem kui paar nädalat tagasi. Juunis hakkas NIST pakkuma kiiremaid, täpsemaid ja tööjõusäästlikumaid kalibreerimisteenuseid LED-tulede ja muude tahkisvalgustite heleduse hindamiseks. Selle teenuse klientideks on LED-valgustite tootjad ja muud kalibreerimislaborid. Näiteks võib kalibreeritud lamp tagada, et laualambi 60-vatine ekvivalentne LED-pirn on tõesti võrdne 60-vatisega, või tagada, et hävitaja piloodil on sobiv lennuraja valgustus.

LED-tootjad peavad tagama, et nende toodetud tuled oleksid tõesti nii eredad, kui need on kavandatud. Selle saavutamiseks kalibreerige need lambid fotomeetriga, mis on tööriist, mis suudab mõõta heledust kõigil lainepikkustel, võttes samal ajal arvesse inimsilma loomulikku tundlikkust erinevatele värvidele. Aastakümneid on NISTi fotomeetriline labor vastanud tööstuse nõudmistele, pakkudes LED-heleduse ja fotomeetrilise kalibreerimise teenuseid. See teenus hõlmab kliendi LED- ja muude pooljuhtvalgustite heleduse mõõtmist, samuti kliendi enda fotomeetri kalibreerimist. Seni on NIST-i labor mõõtnud pirni heledust suhteliselt väikese mõõtemääramatusega, mille viga on 0,5–1,0%, mis on võrreldav tavapäraste kalibreerimisteenustega.
Nüüd on NIST-i meeskond tänu labori renoveerimisele need määramatused kolmekordistanud 0,2% või madalamale. See saavutus muudab uue LED-heleduse ja fotomeetri kalibreerimisteenuse üheks parimaks maailmas. Teadlased on ka kalibreerimisaega oluliselt lühendanud. Vanades süsteemides võtaks klientide jaoks kalibreerimise tegemine peaaegu terve päeva. NIST-i teadlane Cameron Miller nentis, et suurem osa tööst kulub iga mõõtmise seadistamiseks, valgusallikate või detektorite vahetamiseks, nende kahe vahelise kauguse käsitsi kontrollimiseks ja seejärel seadmete ümberseadistamiseks järgmiseks mõõtmiseks.
Nüüd aga koosneb labor kahest automatiseeritud seadmete lauast, millest üks on valgusallika ja teine ​​detektori jaoks. Laud liigub rajasüsteemil ja asetab detektori valgusest 0–5 meetri kaugusele. Kaugust saab juhtida 50 miljondikosa piires ühest meetrist (mikromeetrist), mis on ligikaudu pool juuste laiusest. Zong ja Miller saavad programmeerida tabeleid üksteise suhtes liikuma ilma pideva inimese sekkumiseta. Varem kulus selleks päeva, aga nüüd saab mõne tunniga valmis. Enam ei pea ühtegi varustust välja vahetama, kõik on siin ja neid saab igal ajal kasutada, andes teadlastele palju vabadust teha palju asju korraga, kuna see on täielikult automatiseeritud.
Saate naasta kontorisse, et teha muid töid, kui see töötab. NIST-i teadlased ennustavad, et kliendibaas laieneb, kuna labor on lisanud mitmeid lisafunktsioone. Näiteks saab uus seade kalibreerida hüperspektraalkaameraid, mis mõõdavad palju rohkem valguse lainepikkust kui tavalised kaamerad, mis tavaliselt jäädvustavad ainult kolm kuni neli värvi. Alates meditsiinilisest pildistamisest kuni Maa satelliidipiltide analüüsimiseni muutuvad hüperspektraalkaamerad üha populaarsemaks. Kosmosepõhiste hüperspektraalkaamerate teave Maa ilmastiku ja taimestiku kohta võimaldab teadlastel ennustada näljahädasid ja üleujutusi ning aidata kogukondi häda- ja katastroofiabi kavandamisel. Samuti võib uus labor muuta teadlaste jaoks lihtsamaks ja tõhusamaks nutitelefonide kuvarite, aga ka telerite ja arvutiekraanide kalibreerimise.

Õige kaugus
Kliendi fotomeetri kalibreerimiseks kasutavad NIST-i teadlased detektorite valgustamiseks lairiba valgusallikaid, mis on sisuliselt valge valgus mitme lainepikkusega (värvidega) ja selle heledus on väga selge, kuna mõõtmised tehakse NIST-i standardsete fotomeetrite abil. Erinevalt laseritest on seda tüüpi valge valgus ebaühtlane, mis tähendab, et kogu erineva lainepikkusega valgus ei ole üksteisega sünkroniseeritud. Ideaalse stsenaariumi korral kasutavad teadlased kõige täpsema mõõtmise jaoks häälestatavaid lasereid, et tekitada reguleeritava lainepikkusega valgust, nii et detektorile kiiritatakse korraga ainult üks lainepikkus valgust. Häälestatavate laserite kasutamine suurendab mõõtmise signaali-müra suhet.
Varem ei saanud aga häälestatavaid lasereid fotomeetrite kalibreerimiseks kasutada, sest ühe lainepikkusega laserid segasid iseennast viisil, mis lisas kasutatava lainepikkuse alusel signaalile erineval hulgal müra. Laboratoorsete täiustamiste osana on Zong loonud kohandatud fotomeetri disaini, mis vähendab selle müra ebaolulise tasemeni. See võimaldab esmakordselt kasutada häälestatavaid lasereid väikese mõõtemääramatusega fotomeetrite kalibreerimiseks. Uue disaini lisaeelis on see, et see muudab valgustusseadmete puhastamise lihtsamaks, kuna peen ava on nüüd kaitstud suletud klaasakna taga. Intensiivsuse mõõtmiseks on vaja täpseid teadmisi selle kohta, kui kaugel detektor valgusallikast asub.
Seni ei ole NIST-i laboril, nagu enamikul teistel fotomeetrialaboritel, veel ülitäpset meetodit selle kauguse mõõtmiseks. See on osaliselt tingitud sellest, et detektori ava, mille kaudu valgust kogutakse, on liiga peen, et mõõteseade seda puudutada. Levinud lahendus on see, et teadlased mõõdavad esmalt valgusallika valgustihedust ja valgustavad teatud pindalaga pinda. Seejärel kasutage seda teavet nende kauguste määramiseks, kasutades pöördruuduseadust, mis kirjeldab, kuidas valgusallika intensiivsus kauguse suurenedes eksponentsiaalselt väheneb. Seda kaheastmelist mõõtmist ei ole lihtne rakendada ja see tekitab täiendavat ebakindlust. Uue süsteemiga saab meeskond nüüd loobuda pöördruudu meetodist ja määrata kauguse otse.
See meetod kasutab mikroskoobipõhist kaamerat, mille mikroskoop asub valgusallika staadiumis ja keskendub detektori staadiumis olevatele asukohamarkeritele. Teine mikroskoop asub detektori töölaual ja keskendub valgusallika töölaual asuvatele asendimarkeritele. Määrake kaugus, reguleerides detektori ava ja valgusallika asendit vastavate mikroskoopide fookusega. Mikroskoobid on defokuseerimise suhtes väga tundlikud ja suudavad ära tunda isegi mõne mikromeetri kaugusel. Uus kauguse mõõtmine võimaldab teadlastel mõõta ka LED-ide "tõelist intensiivsust", mis on eraldi number, mis näitab, et LED-ide kiirgava valguse hulk ei sõltu kaugusest.
Lisaks nendele uutele funktsioonidele on NIST-i teadlased lisanud ka mõned instrumendid, näiteks seadme, mida nimetatakse goniomeetriks, mis suudab LED-tulesid pöörata, et mõõta, kui palju valgust eri nurkade all kiirgatakse. Lähikuudel loodavad Miller ja Zong kasutada spektrofotomeetrit uue teenuse jaoks: LED-ide ultraviolettkiirguse (UV) väljundi mõõtmiseks. LED-i võimalikud kasutusalad ultraviolettkiirte tekitamiseks hõlmavad toidu kiiritamist selle säilivusaja pikendamiseks, samuti vee ja meditsiiniseadmete desinfitseerimist. Traditsiooniliselt kasutatakse kaubanduslikul kiiritamisel elavhõbedaaurulampide kiirgavat ultraviolettvalgust.