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。积分球的设计精巧,为光学测量提供了理想的解决方案。C光源太阳光模拟器均匀光源
积分球辐射源是一种非常优异的定标光源,其输出的辐亮度面均匀性和稳定性是普通光源无法比拟的。在需要使用面光源的领域,被普遍用于光学探测器的实验室定标,空间光学遥感仪器发射前的地面辐射定标。因此辐射源的稳定性、准确性对于辐射定标非常关键,直接影响到被定标仪器探测结果。影响积分球辐射源输出稳定性和均匀性的主要因素包括积分球光源供电的恒流源稳定性、积分球内部材料的反射率稳定性和球内挡板设置,三者会影响积分球输出光通量、辐亮度变化和均匀性。C光源太阳光模拟器均匀光源在光学测量中,积分球提供了稳定的、无阴影的光照环境。
对实际积分球内部辐射度分布的精确分析取决于入射光通量的分布、实际积分球设计的几何细节和积分球涂层的反射率分布函数,以及安装在开口端口或积分球内部的每个设备的表面。较佳空间性能的设计准则是基于较大限度地提高涂层反射率和相对于所需的开口端口和系统设备的积分球直径。反射率和开口端口比例对空间积分的影响可以通过考虑达到入射到积分球表面的总通量所需的反射次数来说明。经过n次反射后产生的辐射度可以与稳态条件下相比较。
内置光源积分球的被测光源安装在积分球内部,于探测端球壁位置开一个窗口用来连接探测装置,光源与探测窗口之间有一块隔光板用来放置光源发出光直接照射在探测端口,光在积分球内壁进行充分的漫反射后,在内壁行程均匀照度,后照射到光电探测端口,进而得出光束的光学性质。积分球的进光口和探测端口分别各开一个窗口,积分球内部同样放置遮光板放置光束直接照射探测端口,光束从进光口进入积分球,经过充分的漫反射后行程均匀照度,后从积分球探测端口进行光学性质测量。积分球内部光路的优化,提高了光线的利用率。
激光功率测量,积分球很容易捕获或者集成近准直光源例如激光光束或者高度分散的光源(例如激光二极管或VCSEL)。由于积分球独特几何结构,激光束功率测量不受激光束偏振及校准的影响。在不影响探测器信号的情况下,该系统可使用开放端口,或可安装激光二极管模块或缩孔器的光纤适配器。 (图5)。可以添加额外的端口来执行并行光谱表征,使其成为可靠的激光二极管寿命测试的理想设备。成像和非成像校准用均匀光源,积分球是一种近乎完美的创造均匀光源的方法。辐射度是离开光源或辐射面的每个立体角的通量密度。辐照度是落在表面上的通量密度,在表面的平面上测量。积分球光源的输出孔径在设计正确的情况下,可以产生接近完美的多光谱漫射光源和朗伯光源,与视角无关(图6)。积分球的基本原理是光通过采样口被积分球收集,在积分球内部经过多次反射后非常均匀地散射在积分球内部。LED太阳光模拟器测试方法
利用积分球,可以求解球体在受到外力时的应力分布,为工程设计提供参考。C光源太阳光模拟器均匀光源
但是无论是测透射还是测反射,具有各向异性的样品光束在积分球体内进行全方面的漫反射,然后一个被平均化了的光信号被置于积分球底部(或上部)的光电倍增管接收并加以进一步的放大。这就是积分球检测器的简单放大原理。这种积分球检测器的优点是克服了传统的单一使用光电倍增管作为检测器所产生的弊病,对于不同的样品光束的形状则无需再加考虑了,使光电倍增管的光电面接受的光束形状和位置几乎一致,较终使测试精度得以提高了。为获得较高的测量准确度,积分球的开孔比应尽可能小。开孔比定义为积分球开孔处的球面积与整个球内壁面积之比。C光源太阳光模拟器均匀光源