Az integrálógömb nem egyszerű „fénygyűjtő doboz”. A gömbbevonat spektrális reflexiója, a vizsgált lámpatest önabszorpciója, a belső geometria, a detektor spektrális responsivitása és a referenciaforrás közös mérési rendszert alkot. A teljes bizonytalanság ezért nem írható le egyetlen reprodukálhatósági adattal.
1. Mérési feladat és mérendő mennyiség
Egy fehér LED-lámpa teljes fényáramát mérjük 2 m átmérőjű integrálógömbben, spektroradiometriai detektálással. A vizsgált forrás névleges fényárama 1500 lm. A korrigált mérési eredmény:
Φv = 1492,0 lm
A mérendő mennyiség a vizsgált forrás által minden irányba kibocsátott, a fotopos látásérzékenységi függvénnyel súlyozott teljes sugárzott teljesítmény. A mérési eredményhez hozzá kell rendelni a működtetési állapotot, az elektromos beállítást, a stabilizálási feltételeket, a környezeti hőmérsékletet, a gömb geometriáját és a spektrális kiértékelés szabályait.
2. Mérési modell
Φv,test = Φv,ref · (Stest/Sref) · Cspec · Cabs · Cgeom · Ctemp · Cstab · Celec
Ahol Φv,ref a referencia-lámpa kalibrált fényárama, S a gömbrendszer detektorjele, Cspec a spektrális illesztetlenségi korrekció, Cabs az önabszorpciós korrekció, Cgeom a geometriai és helyzetfüggő korrekció, Ctemp a hőmérsékleti, Cstab a stabilitási, Celec pedig az elektromos működtetéshez kapcsolódó korrekció.
A referencia-lámpa kalibrálási bizonytalansága jellemzően közös skálakomponens, míg az önabszorpció, az ismételhetőség és a geometriai reprodukálhatóság inkább mérési pont- vagy lámpatest-specifikus komponens.
3. A fő bizonytalansági komponensek
3.1 Referencia-lámpa kalibrálása
A visszavezethetőségi lánc elsődleges skálakomponense. A kalibrálási bizonyítványból származó kiterjesztett bizonytalanságot a közölt lefedettségi tényezővel standard bizonytalansággá kell alakítani.
3.2 Gömbrendszer ismételhetősége
Tartalmazza a forrás újrapozicionálását, a mechanikai rögzítést, a detektorjel rövid távú szórását és az elektromos bekapcsolási ciklusok hatását. A puszta egymás utáni leolvasás gyakran alulbecsüli a valós reprodukálhatóságot.
3.3 Spektrális illesztetlenség
A referencia-lámpa és a vizsgált LED spektruma eltérő. A gömbbevonat, a detektor és az optikai út hullámhosszfüggő responsivitása miatt forrásspecifikus korrekció szükséges.
3.4 Önabszorpció
A lámpatest, a foglalat, a kábelezés és a segédszerelvények fényt nyelnek el. Az önabszorpciós segédlámpával meghatározott korrekció bizonytalansága függ a segédlámpa spektrumától, stabilitásától és a vizsgált tárgy térbeli elnyelési tulajdonságaitól.
3.5 Geometriai és térbeli nemuniformitás
A gömb belső responsivitása nem tökéletesen független a forrás helyzetétől és sugárzási eloszlásától. Irányított LED-lámpák, nagy méretű lámpatestek és eltérő rögzítési helyzetek esetén ez domináns komponens lehet.
3.6 Forrásstabilitás és elektromos működtetés
A feszültség, áram, teljesítmény, frekvencia, hullámforma, termikus egyensúly és mérési időpont egyaránt hat a fényáramra. A működtetési paraméterek bizonytalanságát a fényáram érzékenységi együtthatóival kell propagálni.
4. Teljes számszerű bizonytalansági költségvetés
A példában a relatív standard bizonytalansági komponensek:
| Komponens | Típus | Eloszlás | urel | Varianciarész |
|---|---|---|---|---|
| Referencia-lámpa kalibrálása | B | normál | 0,50% | 41,5% |
| Gömbrendszer ismételhetősége | A | normál | 0,18% | 5,4% |
| Spektrális illesztetlenség | B | normál | 0,28% | 13,0% |
| Önabszorpciós korrekció | A/B | normál | 0,32% | 17,0% |
| Geometriai reprodukálhatóság | A/B | normál | 0,24% | 9,6% |
| Forrásstabilitás | A | normál | 0,15% | 3,7% |
| Elektromos működtetés | B | normál | 0,17% | 4,8% |
| Hőmérsékleti korrekció | B | normál | 0,10% | 1,7% |
| Numerikus spektrális integrálás | B | normál | 0,08% | 1,1% |
| Háttér- és sötétjelkorrekció | A/B | normál | 0,06% | 0,6% |
uc,rel = √Σui,rel2 = 0,776%
Urel = 2 · 0,776% = 1,55%
Az abszolút kiterjesztett bizonytalanság:
U(Φv) = 1492,0 lm · 0,0155 = 23,1 lm
A közölt eredmény:
Φv = (1492 ± 23) lm, k = 2
5. Korreláció és több mérési pont kezelése
Ha több lámpát ugyanazzal a referencia-lámpával, gömbrendszerrel és spektrális responsivitási modellel mérünk, a skála- és spektrális komponensek részben közösek. A mérési eredmények összehasonlításakor ezért nem helyes minden bizonytalansági komponenst függetlenként kezelni.
- Közös komponens: referencia-lámpa kalibrálása, detektorrendszer skálája, gömbbevonat spektrális modellje.
- Részben korrelált: önabszorpciós módszer, geometriai responsivitás, hőmérsékleti korrekció.
- Jellemzően egyedi: adott lámpa stabilitása, újrapozicionálása és elektromos működtetése.
Gyártási tételek vagy öregedési vizsgálatok esetén a közös skálakomponensek kioltódhatnak a relatív változásban, ezért a változás bizonytalansága kisebb lehet, mint két abszolút fényáramérték kiterjesztett bizonytalanságának egyszerű négyzetes összege.
6. Interaktív bizonytalansági számítás
| Komponens | Relatív standard bizonytalanság [%] |
|---|
7. Eredményközlés és alkalmazhatóság
A bizonyítványban legalább a következőket célszerű rögzíteni:
- a mérendő mennyiség egyértelmű definícióját;
- a gömb átmérőjét, a mérési geometriát és a forrás helyzetét;
- a referencia-lámpa és a spektroradiometriai rendszer azonosítását;
- az elektromos működtetési feltételeket és a stabilizálási kritériumot;
- az önabszorpciós korrekció alkalmazását;
- a spektrális illesztetlenségi korrekció módszerét;
- a kiterjesztett bizonytalanságot és a lefedettségi tényezőt.
A költségvetés csak arra a gömbkonfigurációra, forrásméretre, sugárzási eloszlásra, spektrális tartományra és működtetési feltételre érvényes, amelyre a módszert validálták.
8. ISO/IEC 17025 auditori nézőpont
Az auditor jellemzően azt vizsgálja, hogy a laboratórium valóban bizonyította-e:
- a referencia-lámpa visszavezethetőségét és stabilitását;
- a gömb térbeli és spektrális responsivitásának ismeretét;
- az önabszorpciós korrekció érvényességét;
- a nagy, irányított vagy szokatlan geometriájú forrásokra vonatkozó alkalmazhatóságot;
- az elektromos működtetés mérési bizonytalanságának propagálását;
- a teljes költségvetés tartomány- és forrástípus-függését;
- a közös és korrelált komponensek megfelelő kezelését.
A védhető költségvetés nem általános százalékérték, hanem validált mérési konfigurációhoz kötött modell.