积分球,又称积分仪,是一种用于测量物体力学性质的实验仪器。它由一个固定在球轴上的球体和一个与球相连的臂组成,臂上通常安装有传感器用于测量力的大小。当物体施加在积分球上的力矩通过球轴传递给传感器时,传感器可以测量出力的大小。根据测得的力矩和角位移,可以计算出物体施加在积分球上的力。总而言之,积分球是一种能够测量物体施加在它上面的力矩的实验仪器,可以应用于力学实验、力矩传感、姿态感知和动态平衡等领域。在光学仪器中,积分球作为光源积分器,提高了光测量的准确性。Spectra-UT 超可调光谱均匀光源光谱测试仪
积分球内部涂层的选择:在选择积分球时,漫反射涂层的选择非常重要,漫反射涂层或材料的反射率——越高越好。“更高的反射率意味着光在被吸收之前在球体内有更多的反射,”Labsphere销售和营销副总裁Peter Weitzman说,“因此集成度更好,测量精度也更好。”漫反射涂料喷涂方式通常包括喷雾式或粉末式。积分球内部喷涂哪种漫反射涂层,取决于系统使用环境,以及使用积分球测试的波段范围。针对极l端条件或者小积分球,烧结聚四氟乙烯(PTFE或Teflon)提供非常好的性能。例如Labsphere的Spectralon EPV漫反射材料可用于深紫外、极l端物理和真空中。典型的硫酸钡涂层,尽管也可在近紫外和红外使用,但主要用于可见光波段范围。镀金漫反射涂层主要应用于NIR-MIR波段范围。每种漫反射涂层的较佳使用波段范围和概述详见生产商的网站发布内容。Spectra-UT 超可调光谱均匀光源光谱测试仪积分球作为光源积分器,在光学测量领域发挥着不可或缺的作用。
灯具和LED光谱通量测量,积分球较传统的应用是测量灯具的总光通量。这项技术起源于20世纪初,作为对比不同类型灯具输出光通量较简单快速的方法。这里,积分球光谱分析仪常用于测量LED、通用照明、工程照明、便携式灯具产品等的电学和光度性能。这些应用积分球直径可以小至5厘米,大至3米或更大(例如图4)。采用积分球可以更有效地测量任何尺寸或形状的传统和固态光源的总光谱通量和颜色。积分球配合光谱仪,可测试重要的光谱参数例如光谱通量、色度、相关色温、CRI、TM-30、峰值波长和主波长等等(图4b)。
积分球基本释义integrating sphere,具有高反射性内表面的空心球体。用来对处于球内或放在球外并靠近某个窗口处的试样对光的散射或发射进行收集的一种高效率器件。球上的小窗口可以让光进入并与检测器靠得较近。积分球又称为光通球,是一个中空的完整球壳。内壁涂白色漫反射层,且球内壁各点漫射均匀。光源S在球壁上任意一点B上产生的光照度是由多次反射光产生的光照度叠加而成的。积分球的涂层,积分球内壁涂层反射率ρ(λ)和积分球等效透过率τ(λ)是积分球较重要的质量指标。反射率:在给定方向照射下,物体反射到球空间的辐射通量与入射物体表面辐射通量之比。在科研领域,积分球被广泛应用于各种光学实验中。
积分球的理想状态:积分球内表面是一个完整的几何球面,半径处处相等;球体的内壁是中性均匀漫射面,对于各种波长的入射光,具有相同的漫反射比;球体中不存在物体,光源也被视为只发光而无实物的抽象光源。积分球测量的影响因素:球的内壁是均匀的理想扩散层,服从朗伯定则;球体内壁面各点反射率相等;球体内壁的白色涂层漫射为中性;球的半径处处相等,球体内除灯外无其它物体存在;因此,积分球内壁起球、剥落、黄变等都会影响其测量精度。利用积分球,可以求解球体内部的温度场、流场等物理量分布。Spectra-FT精细可调光谱均匀光源模拟器
积分球内部的涂层材料对光线的反射率有明显影响。Spectra-UT 超可调光谱均匀光源光谱测试仪
积分球的典型应用,积分球由于其测量精度高、操作简便等特点,被普遍应用于以下领域:1 导航系统,积分球可以用于惯性导航系统,通过测量旋转角速度和球在三个轴向上的加速度,确定导航器的方向和位置。2航天器姿态控制,积分球在航天器姿态控制中起到了重要作用。通过测量航天器的旋转角速度和加速度,控制航天器的运动,保持良好的姿态。3机器人定位与导航,积分球可以用于机器人的定位与导航。通过测量机器人的旋转角速度和加速度,确定机器人的位置和运动轨迹,实现精确定位和导航功能。Spectra-UT 超可调光谱均匀光源光谱测试仪