Stavíme integrační kouli

IntegrationSphere05Stavíme integrační kouli

Započali jsme stavbu naší integrační koule, zařízení k měření světelného toku. Je to koule, do které z jedné strany svítíte světlem a na druhé straně měříte svítivost v luxech a z toho vypočtete výsledný světelný tok v lumenech.

Tato měření potřebujeme k tomu, abychom Vám mohli poskytnout grafy výdrží a měli větší možnosti při různých testech a zkoušení nových optických prvků a LEDek či měření dosvitu.

Integrační koule se nazývá integrační proto, že ať dovnitř posvítíte libovolným světlem s libovolně širokým kuželem světla, jeho jas se rovnoměrně rozptýlí po celém vnitřním obvodu koule tak, že je v každém bodě stejný jas.

Světelnost a světelný tok

V první řadě je vhodné zopakovat dva termíny – světelnost a světelný tok.

Světelnost se udává v luxech a určuje jak moc je osvětlená daná plocha. Jelikož každé světlo svítí jiným kuželem (úzkým, širokým, plynulým nebo s ostrými přechody) je nemožné říci dle naměřené svítivosti, které světlo svítí více. Maximálně můžeme zjistit, které z nich má větší dosvit, podle vyšší naměřené hodnoty.

Světelný tok se udává v lumenech a určuje celkové množství světla. Díky této veličině můžeme porovnávat různá světla mezi s sebou a rozhodnout, které svítí více.

Proč nekoupíme komerční integrační kouli?

Komerčně prodávané integrační koule jsou neuvěřitelně drahá a kalibrovaná zařízení a je to v současnosti mimo naše finanční možnosti. Samotné zařízení se sestává ze dvou částí – integrační koule a měřícího zařízení (luxmetru).

Rozhodli jsme se jít cestou postavení vlastní integrační koule tak, aby její přesnost byla pro nás dostatečná a pokud možno se velmi blížila reálným hodnotám.

Jak se staví integrační koule?

Integrační koule se v domácích podmínkách staví ze dvou polystyrénových polokoulí. Polystyrén dobře rozptyluje světlo, snadno se s ním pracuje a není drahý. Vnitřní odrazné plochy je vhodné jemně osmirkovat, tím se ještě zvýší míra rozptylu. Také je možno vysypat síranem barnatým, aby odrazivost ve všech vlnových délkách světla byla stejná.

Vnějšek je třeba natřít nějakou tmavou barvou, aby žádné světlo neprosvítalo koulí ven. Do koule jsou potřeba vyřezat dva otvory – jeden otvor pro měřené světlo a druhý otvor pro sensor luxmetru. Dovnitř koule je také třeba přidat clonku, která brání přímému osvětlení sensoru světlem, tak aby na sensor dopadl světelný paprsek až po několika odrazech.

IntegracniKoule

Luxmetr lze koupit, ale mnoho z nich trpí nepřesností a nerespektují specifickou křivku vnímání lidského oka. Lidské oko totiž vnímá různé vlnové délky světla s různou intenzitou s vrcholem ve vlnové délce 555nm. 

Tuto křivku vidíte zde na obrázku. Mnoho luxmetrů jí nekopíruje příliš věrně a to pak vede i k poměrně velkým nepřesnostem v měření. Rozhodli jsme se tedy pro sestrojení našeho vlastního luxmetru s průběžným zapisováním naměřených dat do počítače. Nakonec se však ukázalo rychlejší a jednodušší koupit vývojovou desku světelného senzoru od Texas Instruments, který poskytl i připojení k počítači přes USB a program na logování dat.

V počítači pak z naměřených hodnot a času vytvoříme graf světelnosti v závislosti na čase. Konkrétní výsledky měření Vám přineseme v nějakém dalším příspěvku na našem blogu.

Prozatím jen několik fotek z výroby a sestavení integrační koule. Na prvních obrázcích vidíte improvizovanou drátovou řezačku na polystyren, kterou jsme sestrojili během dvou hodin. Ta slouží k vyřezání dvou kulatých otvorů do polokoule a k výrobě clonky a adaptérů k vložení světel.

IntegrationSphere01IntegrationSphere02IntegrationSphere03IntegrationSphere04