Джерела випромінювання в оптичній спектроскопії (стр. 3 из 5)
Завдяки відсутності тіла розжарювання світлодіоди відрізняються високим ККД і великим терміном служби (80 000 - 100 000 годин). Нове джерело світла випромінює світло червоного, жовтого, білого, блакитного або зеленого кольору (додаток 1, рис. 5).
Світлодіоди випускають випромінювання з вузьким спектром, довжина хвилі якого залежить від напівпровідникового матеріалу і від способу його легування. Яскравість випромінювання більшості світлодіодів знаходиться на рівні 103-105 кд/м2. ККД видимого випромінювання світлодіода становить від 0,01% до кількох відсотків. Іноді для поліпшення світлотехнічних характеристик світлодіодів для кристалів вибирають напівсферичну форму і забезпечують випромінювач параболічним або конічним відбивачем. Такі світлодіоди мають ККД до 40%.
В промисловості випускаються дискретні та інтегральні (багатоелементні) світлодіоди. Дискретні світлодіоди використовують в якості сигнальних індикаторів. Інтегральні світлодіоди - цифро-знакові або багатобарвні панелі - застосовують у різноманітних системах відображення інформації. Світлодіоди широко застосовуються в оптичній локації (ІЧ- світлодіоди), в оптичному зв'язку. У ряді областей застосування світлодіоди конкурують з напівпровідниковими лазерами, які генерують когерентне випромінювання.
Рис. 1.9. Світлодіоди
2. Переваги і недоліки різних джерел випромінювання
Лампи розжарювання. До переваг ламп розжарювання слід віднести: зручність експлуатації, суцільний спектр, що забезпечує в багатьох випадках прийнятне перенесення кольорів; відпрацьовану технологію виготовлення ламп в широкому діапазоні потужностей; малу вартість; достатньо високу надійність.
Недоліками ламп розжарювання є низька світлова віддача (світловий ККД освітлювальних ламп становить 1-3%, тобто лампи розжарення є малоекономічними джерелами світла); дають лише 5% світла і 95% тепла; спектральний склад істотно відрізняється від спектрального складу сонячного випромінювання.
Галогенні лампи. Перевагами галогенних ламп є висока світловіддача; стабільно яскраве світло протягом терміну служби; довгий термін служби; мініатюрна конструкція; можливість регулювання світлового потоку; високий рівень безпеки, особливо в умовах підвищеної вологості (низьковольтні лампи).
Недоліки галогенів в тому, що вони потребують бережного ставлення. До скляної поверхні лампи краще не торкатися голими руками, тому що на ній залишаються жирні плями, що може привести до оплавлення в цьому місці скла колби. Галогенні лампи дуже чутливі до скачок напруги мережі, тому їх слід включати через стабілізатор напруги, а низьковольтні - через трансформатор. Температура колби може досягати 500 ° С, тому при установці ламп слід дотримуватися норм протипожежної безпеки (наприклад, забезпечити достатню відстань між поверхнею перекриття і підвісною стелею).
Люмінесцентні лампи. Переваги люмінесцентних ламп: широкий діапазон кольоровості; у порівнянні з лампами розжарювання забезпечує такий же світловий потік, але споживають в 4-5 разів менше енергії; мають низьку температуру колби; підвищений термін служби;
Недоліки люмінесцентних ламп: знижується світловий потік при підвищених температурах; вміст ртуті (хоча і в дуже малих кількостях, 40-60 мг). Ця доза нешкідлива, проте постійна схильність пагубному впливу може завдати шкоди здоров'ю; люмінесцентні лампи не пристосовані до роботи при температурі повітря нижче 15-20 ° С.
Енергозберігаюча люмінесцентна лампа. Переваги компактних ламп порівняно з лампами розжарювання: до 80% менше споживання струму при тій же кількості світла; термін служби в 6-15 разів більший в порівнянні зі звичайними лампами розжарювання і складає, відповідно, 6000-15000 годин в залежності від типу; менші втрати на обслуговування за рахунок тривалого часу служби люмінесцентних ламп: можливість вибору кольору світіння. Компактні люмінесцентні лампи мають універсальне застосування та використовуються у всіх сегментах нерухомості. Більш того, вони заощаджують більше, ніж коштують самі.
Газорозрядні лампи високого тиску.
До переваг металогалогенних ламп відносяться: висока світлова віддача (60 - 110 лм / Вт); великий термін служби (до 15000 годин); компактні розміри. Недоліки цих ламп: не підходять для плавного регулювання; довге запалювання і перезапалювання.
Позитивні характеристики натрієвих ламп: високий рівень світловіддачі (до 150 лм / Вт); тривалий термін служби (до 32 000 годин); енергетична економічність. Недоліки натрієвих ламп: погана передача кольору (Ra = 20); довге запалювання і перезапалювання (до 10 хвилин).
Переваги ртутних газорозрядних ламп: широкий діапазон потужностей; достатній рівень світлової віддачі (30-60 лм / Вт); великий термін служби (до 12 000 годин); ртутно-вольфрамові лампи не вимагають регулюючих апаратів запуску; компактні розміри.
Недоліки ртутних газорозрядних ламп: погана передача кольору; довге запалювання і перезапалювання (до 5 хвилин).
Світлодіоди.
Світлодіоди економлять електроенергію. Вони довговічні і надійні. Термін служби світлодіода досягає 100 тис. годин - 10 років безперервної роботи. У 100 разів більше, ніж у лампи розжарювання і 8-10 разів більше, ніж у люмінесцентної лампи. Ці лампи надійніше за лампу розжарювання через повну несприйнятливість до вібрацій і ударів. Мала тепловіддача і низька напруга визначають високий рівень безпеки. Екологічний продукт. Світлодіоди не шкодять екології, оскільки в їх склад не входить ртуть, і вони майже не нагріваються в процесі роботи. Світлодіодне освітлення володіє високим ККД. Електрична енергія перетворюється у випромінювання найбільш безпосереднім чином з всіх існуючих, що дозволяє добитися найбільшої світлової віддачі на сьогоднішній момент. ККД світлодіода – до 100%, люмінесцентна лампа – до 25%, лампа розжарювання – до 5% ( 95% йде на нагрів вольфрамової спіралі)
3. Стандартні джерела випромінювання та контроль кольору
Одним із факторів, що визначають оцінку кольору, являється спектральна характеристика джерела випромінювання, яка емалюється в контрольно-вимірювальному обладнанні. Детальніше розглянемо, які джерела стандартизовані Міжнародною комісією по освітленні та чим керуватися при виборі джерела для контролю кольору.
3.1 Розподіл світлової енергії по спектру
Найбільш повним описом світлового випромінювання в колориметрії являється графік розподілу енергії по спектру. На (рис. 3.1) представлена спектральна крива стандартизованого джерела D65, що імітує денне сонячне світло. З графіка видно, що в спектрі D65 домінує синє випромінювання, тому освітлена їм ахроматична поверхня має синюватий відтінок.
Рис. 3.1. Спектральна характеристика стандартного джерела D65
Кожне джерело світла характеризується унікальним спектральним розподілом енергії, від якого залежить сприйнятий спостерігачем колір, освітлений цим джерелом поверхні.
3.2 Стандартні джерела світла
Міжнародна комісія по освітленню в різний час стандартизувала джерела випромінювання A, B, C, D і F. Такі джерела характеризуються колірною температурою і графіками розподілу енергії по спектру. Колірна температура, що вимірюється в градусах Кельвіна – це температура абсолютно чорного тіла, при якій воно випромінює світло з необхідними спектральними характеристиками. В сучасних спектрофотометрах, призначених для поліграфії, як правило, емалюються наступні стандартні джерела випромінювання: A, C, D50, D55, D65, D75, F2, F7, F11 і F12.
3.3 Стандартне джерело випромінювання A
Рис. 3.2. Спектральна характеристика стандартного джерела A
Джерело освітлення A (рис. 3.2) було стандартизоване в 1931 році і моделює штучні джерела освітлення з колірною температурою 2856 K, до яких відносяться, наприклад, лампи розжарювання.
3.4 Стандартні джерела випромінювання B и C
Джерела освітлення B і С також були стандартизовані в 1931 році і моделюють денне світло. Стандартне джерело B зкорельовано. колірною температурою біля 4870 K моделює денне освітлення розсіяним і прямим сонячним світлом. Джерело С (рис. 3.3) з колірною температурою 6770 K моделює усереднене денне освітлення. Суттєвим недоліком стандартних джерел освітлення B и С являється значне розходження їх спектральних характеристик с реальним спектром денного освітлення в УФ зоні. Тому стандартні джерела B і С неможливо використовувати для оцінки флуоресцентних барвників і вводяться в запечатувані матеріали оптичних відбілювачів. В даний час замість них використовують стандартні джерела D.
Рис. 3.3. Спектральна характеристика стандартного джерела C
3.5 Стандартні джерела випромінювання D
Джерела освітлення D були стандартизовані в 1964 році з метою більш точного моделювання сонячного освітлення, ніж це дозволяли зробити джерела C і B. У результаті усереднення вимірювань природного освітлення в різний час доби в різних погодних умовах і в самих різних широтах була визначена спектральна характеристика джерела освітлення D65, що має колірну температуру 6500 K. На основі цієї характеристики також були розраховані спектральні характеристики для стандартних джерел D з іншими колірними температурами. У поліграфії, крім D65, знайшли застосування стандартного джерела D50 (рис. 3.4), D55 і D75 з колірними температурами 5000, 5500 і 7500 К відповідно. Перші два мають в порівнянні з D65 жовтуватий відтінок, D75 - блакитний.