Cik mērījumu zinātnieku ir nepieciešams, lai kalibrētu LED spuldzi? ASV Nacionālā standartu un tehnoloģiju institūta (NIST) pētniekiem šis skaitlis ir uz pusi mazāks nekā tas bija pirms dažām nedēļām. Jūnijā NIST ir sācis nodrošināt ātrākus, precīzākus un darbietilpīgākus kalibrēšanas pakalpojumus LED gaismu un citu cietvielu apgaismojuma produktu spilgtuma novērtēšanai. Šī pakalpojuma klienti ir LED gaismu ražotāji un citas kalibrēšanas laboratorijas. Piemēram, kalibrēta lampa var nodrošināt, ka 60 vatu ekvivalentā LED spuldze galda lampā patiešām atbilst 60 vatiem, vai arī nodrošināt, ka iznīcinātāja pilotam ir atbilstošs skrejceļa apgaismojums.

LED ražotājiem ir jānodrošina, lai viņu ražotās gaismas būtu tik spilgtas, cik tās ir izstrādātas. Lai to panāktu, kalibrējiet šīs lampas ar fotometru, kas ir rīks, kas var izmērīt spilgtumu visos viļņu garumos, vienlaikus ņemot vērā cilvēka acs dabisko jutību pret dažādām krāsām. Jau vairākus gadu desmitus NIST fotometriskā laboratorija ir apmierinājusi nozares prasības, nodrošinot LED spilgtuma un fotometriskās kalibrēšanas pakalpojumus. Šis pakalpojums ietver klienta LED un citu cietvielu apgaismojuma spilgtuma mērīšanu, kā arī klienta paša fotometra kalibrēšanu. Līdz šim NIST laboratorija ir mērījusi spuldzes spilgtumu ar salīdzinoši zemu nenoteiktību ar kļūdu no 0,5% līdz 1,0%, kas ir salīdzināma ar galvenajiem kalibrēšanas pakalpojumiem.
Tagad, pateicoties laboratorijas atjaunošanai, NIST komanda ir trīskāršojusi šīs nenoteiktības līdz 0,2% vai mazāk. Šis sasniegums padara jauno LED spilgtuma un fotometru kalibrēšanas pakalpojumu par vienu no labākajiem pasaulē. Zinātnieki ir arī ievērojami saīsinājuši kalibrēšanas laiku. Vecajās sistēmās kalibrēšanas veikšana klientiem aizņemtu gandrīz visu dienu. NIST pētnieks Kamerons Millers norādīja, ka lielākā daļa darba tiek izmantota, lai iestatītu katru mērījumu, nomainītu gaismas avotus vai detektorus, manuāli pārbaudītu attālumu starp abiem un pēc tam pārkonfigurētu aprīkojumu nākamajam mērījumam.
Bet tagad laboratorija sastāv no divām automatizētām iekārtu tabulām, viena gaismas avotam un otra detektoram. Galds pārvietojas pa sliežu sistēmu un novieto detektoru 0 līdz 5 metru attālumā no gaismas. Attālumu var kontrolēt ar 50 daļām uz miljonu no viena metra (mikrometra), kas ir aptuveni puse no cilvēka matu platuma. Zongs un Millers var ieprogrammēt tabulas, lai tās pārvietotos viena pret otru bez nepārtrauktas cilvēka iejaukšanās. Agrāk tas prasīja vienu dienu, bet tagad to var pabeigt dažu stundu laikā. Vairs nav jāmaina neviens aprīkojums, viss ir šeit un to var izmantot jebkurā laikā, dodot pētniekiem lielu brīvību vienlaikus veikt daudzas lietas, jo tas ir pilnībā automatizēts.
Varat atgriezties birojā, lai veiktu citus darbus, kamēr tas darbojas. NIST pētnieki prognozē, ka klientu bāze paplašināsies, jo laboratorija ir pievienojusi vairākas papildu funkcijas. Piemēram, jaunā ierīce var kalibrēt hiperspektrālās kameras, kas mēra daudz lielāku gaismas viļņa garumu nekā parastās kameras, kas parasti uztver tikai trīs līdz četras krāsas. No medicīniskās attēlveidošanas līdz Zemes satelītattēlu analīzei hiperspektrālās kameras kļūst arvien populārākas. Kosmosa hiperspektrālo kameru sniegtā informācija par Zemes laikapstākļiem un veģetāciju ļauj zinātniekiem paredzēt badu un plūdus, kā arī palīdzēt kopienām plānot ārkārtas un katastrofu seku likvidēšanu. Jaunā laboratorija var arī atvieglot un padarīt pētniekiem efektīvāku viedtālruņu displeju, kā arī televizoru un datoru displeju kalibrēšanu.

Pareizs attālums
Lai kalibrētu klienta fotometru, NIST zinātnieki izmanto platjoslas gaismas avotus, lai apgaismotu detektorus, kas būtībā ir balta gaisma ar vairākiem viļņu garumiem (krāsām), un tās spilgtums ir ļoti skaidrs, jo mērījumi tiek veikti, izmantojot NIST standarta fotometrus. Atšķirībā no lāzeriem šāda veida baltā gaisma ir nesakarīga, kas nozīmē, ka visa dažāda viļņa garuma gaisma netiek sinhronizēta viena ar otru. Ideālā gadījumā visprecīzākajam mērījumam pētnieki izmantos noskaņojamus lāzerus, lai radītu gaismu ar kontrolējamu viļņu garumu, lai detektorā vienlaikus tiktu apstarota tikai viens gaismas viļņa garums. Noskaņojamu lāzeru izmantošana palielina mērījuma signāla un trokšņa attiecību.
Tomēr agrāk noskaņojamos lāzerus nevarēja izmantot, lai kalibrētu fotometrus, jo viena viļņa garuma lāzeri traucēja paši sevi tādā veidā, ka signālam pievienoja dažādus trokšņus, pamatojoties uz izmantoto viļņa garumu. Laboratorijas uzlabošanas ietvaros Zong ir izveidojis pielāgotu fotometra dizainu, kas samazina šo troksni līdz nenozīmīgam līmenim. Tas dod iespēju pirmo reizi izmantot noskaņojamus lāzerus, lai kalibrētu fotometrus ar nelielām nenoteiktībām. Jaunā dizaina papildu ieguvums ir tas, ka tas atvieglo apgaismojuma iekārtu tīrīšanu, jo izsmalcinātā apertūra tagad ir aizsargāta aiz noslēgtā stikla loga. Intensitātes mērīšanai ir nepieciešamas precīzas zināšanas par to, cik tālu detektors atrodas no gaismas avota.
Līdz šim, tāpat kā lielākajā daļā citu fotometrijas laboratoriju, NIST laboratorijai vēl nav augstas precizitātes metodes šī attāluma mērīšanai. Daļēji tas ir tāpēc, ka detektora apertūra, caur kuru tiek savākta gaisma, ir pārāk smalka, lai mērierīce to varētu pieskarties. Izplatīts risinājums ir pētniekiem vispirms izmērīt gaismas avota apgaismojumu un apgaismot virsmu ar noteiktu laukumu. Pēc tam izmantojiet šo informāciju, lai noteiktu šos attālumus, izmantojot apgriezto kvadrātveida likumu, kas apraksta, kā gaismas avota intensitāte eksponenciāli samazinās, palielinoties attālumam. Šo divpakāpju mērījumu nav viegli īstenot, un tas rada papildu nenoteiktību. Izmantojot jauno sistēmu, komanda tagad var atteikties no apgrieztā kvadrāta metodes un tieši noteikt attālumu.
Šajā metodē tiek izmantota kamera, kuras pamatā ir mikroskops, un mikroskops atrodas uz gaismas avota skatuves un fokusējas uz pozīcijas marķieriem detektora stadijā. Otrais mikroskops atrodas uz detektora darbagalda un fokusējas uz pozīcijas marķieriem uz gaismas avota darbagalda. Nosakiet attālumu, pielāgojot detektora apertūru un gaismas avota pozīciju attiecīgo mikroskopu fokusam. Mikroskopi ir ļoti jutīgi pret defokusēšanu un var atpazīt pat dažu mikrometru attālumā. Jaunais attāluma mērījums arī ļauj pētniekiem izmērīt LED "patieso intensitāti", kas ir atsevišķs skaitlis, kas norāda, ka gaismas diožu izstarotās gaismas daudzums nav atkarīgs no attāluma.
Papildus šīm jaunajām funkcijām NIST zinātnieki ir pievienojuši arī dažus instrumentus, piemēram, ierīci, ko sauc par goniometru, kas var pagriezt LED gaismas, lai izmērītu, cik daudz gaismas tiek izstarots dažādos leņķos. Nākamajos mēnešos Millers un Zongs cer izmantot spektrofotometru jaunam pakalpojumam: gaismas diožu ultravioletās (UV) izejas mērīšanai. Iespējamās LED izmantošanas iespējas ultravioleto staru radīšanai ietver pārtikas apstarošanu, lai pagarinātu tās glabāšanas laiku, kā arī ūdens un medicīnas iekārtu dezinfekcija. Tradicionāli komerciālā apstarošana izmanto ultravioleto gaismu, ko izstaro dzīvsudraba tvaika lampas.