Колку научници за мерење се потребни за калибрирање на LED сијалица? За истражувачите од Националниот институт за стандарди и технологија (NIST) во САД, оваа бројка е половина од онаа пред неколку недели. Во јуни, NIST започна да обезбедува побрзи, попрецизни и штедливи услуги за калибрација за проценка на осветленоста на LED светилките и другите производи за осветлување во цврста состојба. Клиентите на оваа услуга вклучуваат производители на LED светилки и други лаборатории за калибрација. На пример, калибрирана светилка може да обезбеди дека LED сијалицата еквивалентна од 60 вати во светилката на работната маса е навистина еквивалентна на 60 вати или да обезбеди дека пилотот во борбениот авион има соодветно осветлување на писта.

Производителите на ЛЕД треба да се погрижат светлата што ги произведуваат да бидат навистина светли како што се дизајнирани. За да го постигнете ова, калибрирајте ги овие светилки со фотометар, кој е алатка која може да ја мери осветленоста на сите бранови должини, притоа земајќи ја предвид природната чувствителност на човечкото око на различни бои. Со децении, фотометриската лабораторија на NIST ги задоволува барањата на индустријата обезбедувајќи услуги за LED осветленост и фотометриска калибрација. Оваа услуга вклучува мерење на осветленоста на ЛЕД и другите светла со цврста состојба на купувачот, како и калибрирање на сопствениот фотометар на купувачот. Досега, лабораторијата NIST ја мери осветленоста на сијалицата со релативно мала неизвесност, со грешка помеѓу 0,5% и 1,0%, што е споредливо со мејнстрим услугите за калибрација.
Сега, благодарение на реновирањето на лабораторијата, тимот на NIST ги зголеми тројно овие несигурности на 0,2% или пониски. Ова достигнување ја прави новата услуга за калибрација на светлината и фотометарот на LED диоди една од најдобрите во светот. Научниците исто така значително го скратија времето на калибрација. Во старите системи, извршувањето на калибрацијата за клиентите би траело речиси цел ден. Истражувачот на NIST Камерон Милер изјави дека поголемиот дел од работата се користи за поставување на секое мерење, замена на изворите на светлина или детектори, рачно проверување на растојанието помеѓу двете, а потоа повторно конфигурирање на опремата за следното мерење.
Но сега, лабораторијата се состои од две автоматизирани маси за опрема, едната за изворот на светлина, а другата за детекторот. Табелата се движи по системот на патеката и го поставува детекторот на оддалеченост од 0 до 5 метри од светлината. Растојанието може да се контролира во рамките на 50 делови на милион од еден метар (микрометар), што е приближно половина од ширината на човечката коса. Зонг и Милер можат да програмираат табели да се движат релативно една на друга без потреба од континуирана човечка интервенција. Порано траеше еден ден, но сега може да се заврши за неколку часа. Веќе не треба да се заменува никаква опрема, сè е тука и може да се користи во секое време, давајќи им на истражувачите голема слобода да прават многу работи во исто време, бидејќи е целосно автоматизирана.
Може да се вратите во канцеларијата за да вршите друга работа додека таа работи. Истражувачите на NIST предвидуваат дека базата на клиенти ќе се прошири бидејќи лабораторијата додаде неколку дополнителни функции. На пример, новиот уред може да калибрира хиперспектрални камери, кои мерат многу повеќе светлосна бранова должина од типичните камери кои вообичаено снимаат само три до четири бои. Од медицински слики до анализа на сателитски снимки на Земјата, хиперспектралните камери стануваат сè попопуларни. Информациите обезбедени од вселенските хиперспектрални камери за времето и вегетацијата на Земјата им овозможуваат на научниците да предвидат глад и поплави и може да им помогнат на заедниците во планирањето на итни случаи и помош при катастрофи. Новата лабораторија, исто така, може да им ја олесни и поефикасна на истражувачите калибрирање на екраните на паметните телефони, како и на ТВ и компјутерските дисплеи.

Правилно растојание
За да го калибрираат фотометарот на купувачот, научниците од NIST користат широкопојасни извори на светлина за да ги осветлат детекторите, кои во суштина се бела светлина со повеќе бранови должини (бои), а нејзината осветленост е многу јасна бидејќи мерењата се направени со помош на стандардните фотометри NIST. За разлика од ласерите, овој тип на бела светлина е некохерентен, што значи дека целата светлина со различни бранови должини не е синхронизирана една со друга. Во идеално сценарио, за најточно мерење, истражувачите ќе користат прилагодливи ласери за да генерираат светлина со контролирани бранови должини, така што само една бранова должина на светлината ќе се зрачи на детекторот во исто време. Употребата на прилагодливи ласери го зголемува односот сигнал-шум на мерењето.
Меѓутоа, во минатото, прилагодливите ласери не можеа да се користат за калибрирање на фотометрите бидејќи ласерите со една бранова должина се мешаа сами со себе на начин што додаваа различни количини на шум на сигналот врз основа на користената бранова должина. Како дел од лабораториското подобрување, Zong создаде приспособен дизајн на фотометар кој ја намалува оваа бучава на занемарливо ниво. Ова овозможува да се користат прилагодливи ласери за прв пат за калибрирање на фотометри со мали несигурности. Дополнителна придобивка од новиот дизајн е тоа што го олеснува чистењето на опремата за осветлување, бидејќи извонредната бленда сега е заштитена зад запечатениот стаклен прозорец. Мерењето на интензитет бара точно познавање за тоа колку детекторот е оддалечен од изворот на светлина.
Досега, како и повеќето други лаборатории за фотометрија, лабораторијата NIST сè уште нема метод со висока прецизност за мерење на ова растојание. Ова е делумно затоа што отворот на детекторот, преку кој се собира светлината, е премногу суптилна за да може да ја допре мерниот уред. Вообичаено решение е истражувачите прво да ја измерат осветленоста на изворот на светлина и да осветлат површина со одредена површина. Следно, користете ги овие информации за да ги одредите овие растојанија користејќи го законот за инверзен квадрат, кој опишува како интензитетот на изворот на светлина експоненцијално се намалува со зголемување на растојанието. Ова мерење во два чекора не е лесно да се спроведе и внесува дополнителна несигурност. Со новиот систем, тимот сега може да го напушти методот на инверзен квадрат и директно да го одреди растојанието.
Овој метод користи камера базирана на микроскоп, со микроскоп кој седи на сцената на изворот на светлина и се фокусира на маркерите на положбата на сцената на детекторот. Вториот микроскоп се наоѓа на работната маса на детекторот и се фокусира на маркерите на положбата на работната маса со извор на светлина. Одредете го растојанието со прилагодување на отворот на детекторот и положбата на изворот на светлина во фокусот на нивните соодветни микроскопи. Микроскопите се многу чувствителни на дефокусирање и можат да препознаат дури и неколку микрометри подалеку. Новото мерење на растојанието, исто така, им овозможува на истражувачите да го измерат „вистинскиот интензитет“ на LED диодите, што е посебен број што покажува дека количината на светлина што ја емитуваат LED диоди е независна од растојанието.
Покрај овие нови функции, научниците од NIST додадоа и некои инструменти, како што е уред наречен гониометар кој може да ги ротира LED светлата за да измери колку светлина се емитува под различни агли. Во наредните месеци, Милер и Зонг се надеваат дека ќе користат спектрофотометар за нова услуга: мерење на излезот на ултравиолетовите (УВ) на LED диоди. Потенцијалните употреби на ЛЕР за генерирање ултравиолетови зраци вклучуваат зрачење на храната за продолжување на нејзиниот рок на траење, како и дезинфекција на вода и медицинска опрема. Традиционално, комерцијалното зрачење користи ултравиолетова светлина што ја емитуваат светилки со жива пареа.