Pergunta:Quantos cientistas de medição são necessários para aparafusar uma lâmpada LED? Resposta:Para pesquisadores do Instituto Nacional de Padrões e Tecnologia (NIST), metade do que levava algumas semanas atrás.

Em junho, O NIST começou a oferecer um mais rápido, serviço de calibração mais preciso e menos trabalhoso para avaliar o brilho de lâmpadas LED e outros produtos de iluminação de estado sólido. Os clientes do serviço incluem fabricantes de lâmpadas LED, os laboratórios militares dos EUA e outros laboratórios de calibração.

Luzes bem calibradas garantem que a lâmpada LED equivalente a 60 watts em sua lâmpada de mesa seja realmente equivalente a 60 watts, por exemplo, ou que haja iluminação de pista adequada para o piloto de um avião de combate.

Os fabricantes de LEDs precisam garantir que as lâmpadas que fabricam sejam realmente tão brilhantes quanto as projetaram para ser. Fazer isso, eles calibram essas lâmpadas com um fotômetro, uma ferramenta que mede o brilho em todos os comprimentos de onda, levando em consideração as sensibilidades naturais do olho humano a cores diferentes.

Por décadas, O laboratório de fotometria do NIST tem atendido às necessidades da indústria, oferecendo um serviço de calibração de brilho de LED e fotômetro. O serviço envolve a medição do brilho dos LEDs e outras lâmpadas de estado sólido dos clientes, além de calibrar os fotômetros dos próprios clientes. Até recentemente, o laboratório do NIST mediu o brilho da lâmpada com incertezas razoavelmente baixas - entre 0,5% e 1,0%, em paridade com os principais serviços de calibração.

Agora, graças à reformulação do laboratório, a equipe do NIST reduziu essas incertezas por um fator de três, a 0,2% ou menos. A conquista torna o novo serviço de calibração de fotômetro e brilho de LED um dos melhores - senão o melhor - do mundo.

"Agora reduzimos todas as grandes incertezas, "disse o pesquisador do NIST Yuqin Zong.

Os cientistas também reduziram significativamente o tempo de calibração. Com o sistema antigo, levou quase um dia inteiro para fazer uma única calibração para um cliente. A maior parte foi dedicada à configuração de cada medição - trocando uma fonte de luz ou um detector, verificar manualmente as distâncias entre os dois, e, em seguida, reconfigurar o equipamento para a próxima medição, disse o pesquisador do NIST, Cameron Miller.

Mas agora, o laboratório consiste em duas mesas de equipamentos automatizados, um para as fontes de luz e outro para os detectores. As mesas viajam em um sistema de trilhos que posiciona os detectores em qualquer lugar entre 0 e 5 metros de distância das lâmpadas. As distâncias podem ser controladas em até 50 milionésimos de metro (micrômetros), que tem cerca de metade da largura de um cabelo humano.

Zong e Miller podem programar as mesas para se moverem em relação umas às outras sem a necessidade de intervenção humana contínua. O que costumava levar a maior parte do dia, agora pode ser feito em horas.

"Não preciso mais trocar nenhum equipamento. Tudo está bem aqui - todos os instrumentos estão alinhados, pronto para ser usado, "Disse Miller." Isso nos dá muita liberdade para fazer muitas coisas ao mesmo tempo, porque é totalmente automatizado. Poderíamos estar de volta ao nosso escritório fazendo outro trabalho enquanto ele está funcionando. "

Os pesquisadores do NIST dizem que esperam que sua base de clientes se expanda, já que seu laboratório adicionou vários recursos adicionais. Por exemplo, a nova configuração permite calibrar câmeras hiperespectrais, que medem muito mais comprimentos de onda de luz do que câmeras de vídeo típicas, que geralmente capturam apenas três ou quatro cores. As câmeras hiperespectrais estão se tornando cada vez mais populares para tudo, desde imagens médicas até a análise de imagens de satélite da Terra. As informações que as câmeras hiperespectrais baseadas no espaço fornecem sobre o clima e a vegetação do nosso planeta permitem que os cientistas prevejam fomes e enchentes e podem ajudar as comunidades a planejar uma resposta de emergência e socorro a desastres.

O novo laboratório também permite que os pesquisadores calibrem de forma mais fácil e eficiente telas de smartphones e monitores de televisão e computador.

Indo à distância (correta)

Para calibrar o fotômetro de um cliente, Os cientistas do NIST costumavam iluminar o detector com uma fonte de luz de banda larga - essencialmente uma luz branca contendo vários comprimentos de onda (ou cores), cujo brilho é extremamente bem compreendido porque é medido usando fotômetros padrão NIST. Ao contrário de uma luz laser, esta luz branca é incoerente, o que significa que todos os diferentes comprimentos de onda de luz estão descompassados ​​uns com os outros.

Idealmente, para fazer as medições mais precisas, pesquisadores usariam luz criada por um laser sintonizável, cujo comprimento de onda pode ser controlado de modo que apenas um único comprimento de onda de luz por vez ilumine o detector. O uso de um laser sintonizável aumenta a relação sinal-ruído de suas medições.

Contudo, no passado, um laser sintonizável não poderia ser usado para calibrar fotômetros, porque a luz do laser de comprimento de onda único interfere em si mesma de uma maneira que adiciona diferentes quantidades de ruído ao sinal, dependendo de quais comprimentos de onda foram usados.

Como parte das melhorias do laboratório, Zong, do NIST, criou um projeto de fotômetro personalizado que minimizou esse ruído "a ponto de ser insignificante, "Disse Miller. Isso tornou possível, pela primeira vez, usar um laser sintonizável para calibração de fotômetro com pequenas incertezas.

O novo design tem o benefício adicional de tornar o equipamento de coleta de luz muito mais fácil de limpar, já que a delicada abertura agora está protegida por uma janela de vidro lacrada.

As medições de intensidade exigem saber exatamente a que distância um detector está de uma fonte de luz. E até recentemente, como a maioria dos outros laboratórios de fotometria, o laboratório do NIST não tinha uma maneira de alta precisão para medir essa distância. Isso ocorre em parte porque a abertura do detector, através do qual a luz é coletada, é muito delicado para ser tocado por equipamentos de medição.

Uma solução alternativa comum é que os pesquisadores primeiro medem a iluminância de uma fonte de luz - a quantidade de luz que emana de uma fonte e ilumina uma superfície com uma determinada área - em distâncias múltiplas. Próximo, eles usam essa informação para determinar quais eram essas distâncias usando a lei do inverso do quadrado, que descreve como a intensidade de uma fonte de luz diminui exponencialmente quanto mais longe você está dela. Mas esta medição em duas etapas não é fácil de implementar e introduz incertezas adicionais, Disse Miller.

Com seu novo sistema, a equipe agora é capaz de abandonar o método do inverso do quadrado e determinar a distância diretamente.

O método usa câmeras baseadas em microscópio. Um microscópio fica na mesa da fonte de luz e focaliza um marcador de posição na mesa do detector. Um segundo microscópio fica na mesa do detector e focaliza um marcador de posição na mesa da fonte de luz. As distâncias são determinadas ajustando as aberturas do detector e a posição das fontes de luz aos pontos focais de seus respectivos microscópios.

"Os microscópios são muito sensíveis à desfocagem, "Zong disse." Alguns micrômetros fora, e os microscópios dirão a você. Eles vão borrar a nitidez das imagens. "

As novas medições de distância também permitiram aos pesquisadores avaliar a "verdadeira intensidade dos LEDs, "um único número que indica a quantidade de luz que o LED está emitindo independentemente da distância.

Um novo serviço para novos clientes

Além desses novos recursos, Os cientistas do NIST também adicionaram instrumentos, como um dispositivo chamado goniofotômetro, o que lhes permite girar uma lâmpada LED para medir a quantidade de luz emitida em diferentes ângulos. Nos próximos meses, Miller e Zong esperam adaptar o goniofotômetro para um novo tipo de serviço:medir a saída ultravioleta (UV) dos LEDs.

Os usos potenciais para LEDs produtores de UV incluem irradiação de produtos alimentícios para estender sua vida útil, bem como esterilização de suprimentos de água e equipamentos médicos.

Tradicionalmente, a irradiação comercial usa luz ultravioleta emitida por lâmpadas de vapor de mercúrio. Mas na última década ou assim, as empresas vêm tentando adaptar os LEDs para esse fim. O problema é que nenhum laboratório de calibração é atualmente capaz de calibrar esses LEDs produtores de UV.

O NIST está tentando "pensar à frente da curva", tendo essa capacidade pronta para esse "crescimento, campo em evolução, "Disse Miller. Os pesquisadores esperam que o novo serviço de calibração de LED UV esteja pronto até o final do ano.