Интегрирующая сфера своими руками

I have since long been unsatisfied with my milk-carton light box.
It was easy enough to use and showed me the light’s output directly in lumens — I thought. That was based upon measurement of a Zebralight H50 which should give 66 lumens. When I found out how to do a reasonable calibration (described below) it showed that all my numbers were about 12% too low. The H50 gives more than 66 lm (about 74 lm) on a freshly charged Eneloop. First when the battery is down to the more flat part of the voltage curve it gives 66 lm. But the worst thing about the light box was that the measured number had a great variation depending on the angle I hold the light over the box.

Then I started the project of building a sphere out of two old aluminum lamp screens from floor lamps.
15519

The construction of the baffle inside was a problem until I stumbled upon this article (mainly page 4 (http://www.biology.duke.edu/johnsenlab/pdfs/tech/improvintegspheredesign.pdf)).

Another problem was the painting inside the sphere. Should it be Alkyde or water based paint. I ended up with a water based foundation paint that I brushed on. For the top layer I sprayed lightly several times with a spot sealer ment for walls and ceilings, called «Polyfilla». It is white and total matte when it dryes.

Sphere before painting, notice the sensor knob behind the baffle.

The calibration is easy when you know the area of the hole. The principle is to hit the hole with a uniform beam of parallel light (the sun or a throwers hot spot at several meters distance). With a luxmeter the intensity just in front of the hole is measured. This number is lumens pr. square meter that hits into the sphere. Multiply with the hole’s area in sq.meters and the result is the lumens number that the sphere meter should show. To read lumens directly I removed the sensors opaque dome and used only the sensor diode with its green filter (the knob on the sphere picture). This gives a great sensitivity. A few layers of scotch tape across the sensor opening lovered the sensitivity to the number I wanted. The method is also described in this post (http://budgetlightforum.cz.cc/node/1653#comment-25678).

The meter shows 50 lux (x100) which translates to 50 lumens.

I am satisfied with the result as the measured numbers are insensitive to the angle of the light beam into the sphere.

оригинал тут http://budgetlightforum.com/node/1763

Чтобы сравнивать фонари с разными диодами, в качестве датчика правильнее использовать люксметр. Потому что он предназначен для сравнения именно освещённости (со всеми нужными поправками на спектр), а не тупо световой энергии.

А при использовании неидеального отражающего материала, вроде бумаги, надо учитывать поглощение света. У меня лайтбокс из коробочки, оклеенной бумагой, «откалибровал» одним XP-G R5 на 350 мА, и отношение между измеренными люменами и люменами посчитанными через площадь получилось около 80%, что очень близко к коэффициенту отражения белой бумаги.

я пришел к выводу что проще и правильнее арендовать 2м сферу для такого дела, чем пытаться повторить. Ростест к примеру берет за «люменаж» порядка 1500 руб если мне память не изменят. Чтоб не сделать, тем более что сертификат прилагается.

По поводу хотспота, у моей мелкосфере фабричного пр-ва порт датчика закрыт «зонтиком» — конусом и расположен напротив входного порта. Световой поток отражаясь от конуса по задумке инженеров сферы должен равномерно «размазываться» по боковой поверхности сферы и до датчика доходить уже в хорошо «перемешанном» виде.

не выдержала душа поэта! В Ебурге знакомый сам себе сферы делает, решил пойти по стопам! Вооружился круглой фигней, клеем тряпками, бумагами, газетами и всякой хренотенью. Мячик вышел зачетный 70см в диаметре. Вот теперь дилемма: куда впердолить датчик люксометра? Так не охота перегородок внутренних городить! Кто вразумительно подскажет? Внутреннее чувство подсказывает, что не должна на него и боковая засветка от фонаря попадать, только пере отраженный свет.

На фото кстати дырень для фонаря будет поменьше, это оно пока так.

«Черный ящик» банальный. Вот так он и выглядит. Чтоб никто не догадался. :LaughOutLoudBulb:

Leon, МСРП? Или военная версия?

люменаж в ростесте делают подневольные люди сидящие на окладе! Поэтому цыфры могут быть взяты или с потолка или с бодуна, крайний случай с небрежно сделанных замеров. Так что вопрос по самостоятельному изготовлению сферы ИМХО актуален.

да, знаю по крайней мере один такой реальный случай 🙂

Egroeg, если вам не важно реальное значение люкс, а нужно только изменение попугаев по времени — можете посмотреть в сторону сенсоров на базе BH1750FVI.

Если же вы хотите, чтобы у вас датчик показывал честно и правильно освещенность и от светиков, и от люминесцентных ламп, и от галогенок — дешево вы это не решите, датчики надо перекалибровывать по каждому спектру, либо сразу ставить спектрорадиометр и вытягивать данные из спектра.

Т.е. даже ваш люксметр для этого не подходит, он для светодиодов в качестве абсолютного значения показывает погоду на Марсе.

Широкий динамический диапазон, легко подключается к любой плате (хоть Arduino). Абсолютная точность совсем ни о чем, но в пределах одного датчика — очень и очень хорошо показывает и никуда не уплывает. Мы таким сенсором графики разряда снимаем, вполне годен. …..
SuperFonarik.ru , спасибо! Для начала, думаю начать с чего-то такого. Основная задача на сейчас, падение освещенности. А то снимать это все на видео (архив уже больше 100ГБ), а потом покадрово смотреть съемку… У приборов время обновления большое. Короче бред!

….
Если же вы хотите, чтобы у вас датчик показывал честно и правильно освещенность и от светиков, и от люминесцентных ламп, и от галогенок — дешево вы это не решите, датчики надо перекалибровывать по каждому спектру, либо сразу ставить спектрорадиометр и вытягивать данные из спектра.
…. Это я понимаю.
Если не затруднит, по методике перекалибровки и нюансам ссылки можете дать. Пока это все довольно ново для меня и есть определенная каша в голове.

….
Т.е. даже ваш люксметр для этого не подходит, он для светодиодов в качестве абсолютного значения показывает погоду на Марсе.
Перемерял все из имеющегося (XPL, XML, MKR, …, 5630 разных производителей, теплые и холодные) и был очень удивлен, что все данные имеют похожий индекс перевода попугаев в люмены, полученные расчетным способом. Даже у автомобильных галогенок совпало. Единственное, это разные индексы при разном положении светиков.

Не подскажите, в чем идея голубого фильтра на фототранзисторе (если я правильно распознал) у данного люксметра?

Это я понимаю.
Если не затруднит, по методике перекалибровки и нюансам ссылки можете дать. Пока это все довольно ново для меня и есть определенная каша в голове.
Всё просто: нужен или спектрорадиометр, который вы берете за эталон, и затем в сфере пересчитываете попугаи вашего люксметра в реальные люксы, вводя коэффициент, либо набор эталонов с известным световым потоком.

Причем эталоны нужны на каждый тип света. Т.е. калиброванная лампа накаливания, калиброванный светодиод (а если у вас светодиоды с разной CCT — по одному на каждый), калиброванная CCFL и т.п.
Если калиброванную лампу накаливания еще можно относительно недорого ($200) найти, то калиброванный светодиодный источник света — почти нереально.

Перемерял все из имеющегося (XPL, XML, MKR, …, 5630 разных производителей, теплые и холодные) и был очень удивлен, что все данные имеют похожий индекс перевода попугаев в люмены, полученные расчетным способом. Даже у автомобильных галогенок совпало. Единственное, это разные индексы при разном положении светиков.
Если напишете точную методику измерений и перевода, а также механизм рассчета «расчетных» люменов, попробуем покопаться 🙂

Не подскажите, в чем идея голубого фильтра на фототранзисторе (если я правильно распознал) у данного люксметра?
Предполагаю, что он служит для коррекции спектра, чтобы кривая была поближе к кривой чувствительности глаза.

Все, что мощнее 3Вт, обязательно на СинкПадах, а шелупень (1-0,5Вт) как придется – медь или обычные звезды.

Источник тока LD1084 (1 или 2шт в зависимости от тока) на большом радиаторе. Берется первое показание люксметра.
По Cree-шным (именно они и интересуют) светикам: открываем PCT, выбираем светик, ставим значение Tsp(измерение термометром, при каждом испытании) и выбираем ток. По остальным: берем даташит и измерение по известным данным (например: 150мА, 50Лм, 25С и т.д.)
Далее делим попугаев на расчетные люмены и получаем индекс. Разница до 2%.

Лампы автомобильные Н7 и Н11, сравнивались между собой (данные брались из «Правила ЕЭК ООН») и с моими лампами — 2 XPLAWT с разными CCT (от 3кК до 5кК). Диоды находятся на месте нити накаливания (как и галогенка светят в бок сферы) и напаяны на медную монтажку (Direct thermal path). Разница до 3%.

У двух типов испытания (светики и лампы) разные индексы. При верхнем расположении модуля от лампы (2 XPL) значение люксметра больше чем его же в составе лампы(когда он светит в бок, а не сверху вниз). Такую же хрень наблюдал и на дешевой (!?) китайской сфере.

измерение термометром
В какой точке и каким термометром?

25С
Вот тут первая засада: 25C — где?

Далее делим попугаев на расчетные люмены и получаем индекс.
Вот этот момент мне совсем непонятен.

Возможно, картинка прояснила бы методику, но она не открывается 🙂

В какой точке и каким термометром?
Вот тут первая засада: 25C — где?

Термопара от мультиметра (проверялась кипением воды, спирта и ацетона), в зависимости от того, что измеряем, либо паяется на монтажку, либо кладется с пастой под монтажку, но при любом раскладе на старте она показывает Tsp.

Вот этот момент мне совсем непонятен.

А что не понятно? Есть испытания: температура, ток — получаем попугаев. Есть расчеты: температура (та же), ток (тот же) — получаем люмены. Делим и получаем индекс зависимости практических попугаев от теоретических люмен. Пример в миниатюрах.

В фотоаппаратах перед матрицей стоит похожий фильтр, на вид обычно скорее зеленоватый, режет инфракрасный спектр.
Есть ли здесь какие-то параллели кроме чисто внешних — не знаю.

Не понятно. По его характеристикам, он вроде больше 800нм ни фига не видит.
Возможно, здесь прав SuperFonarik.ru

Хотя, может именно из-за фильтра и не видит. Кривая резко обрывается на графике. Все может быть.
Попозже соберу инфракрасный фонарик и проверю.

паяется на монтажку, либо кладется с пастой под монтажку, но при любом раскладе на старте она показывает Tsp.
Должна по методике клеиться или припаиваться прямо к точке пайки диода.

Есть расчеты: температура (та же), ток (тот же) — получаем люмены.
Методика расчетов и данные откуда?

Должна по методике клеиться или припаиваться прямо к точке пайки диода.
Далеко не каждую термопару можно подпаять прямо к диоду. Большинство из них гораздо больше толщины подложки и нагреваются от излучения светодиода (до 10 градусов+). Я специально для этого делал термопары с маленьким шариком (меньше миллиметра в диаметре) но на медном Синкпаде существенной разницы не заметил, от того где припаяна термопара, к светику или дальше, на специальной точке.

В любом случае стартовую температуру, при которой снимаются показания люксметра, можно взять даже не припаиваясь.

Методика расчетов и данные откуда?Я выше писал — PCT (http://pct.cree.com/dt/index.html)

Да, вроде, на этих линейниках, при нормальном теплоотводе, ток не плавает.

Мне еще очень интересно Ваше мнение о разных данных от одного и того же модуля в разных положениях.

Как минимум это ИК фильтр. Освещенность от ИК светика поднимается от 4 до 14000 люкс, при снятии этого фильтра.

Вы это в интегрирующей сфере делаете? Какое покрытие?

Процента 2 эпоксидки от ацетона и сульфат бария до состояния которым еще можно пылить. После высыхания (твердения эпоксидки) на палец не берется.

А если делать тупо кубик 1х1 метр из гофротары, то этого вроде хватит для тупого в лоб сравнения люменов фонарей? Необязательно для такой нехитрой цели городить сферу? Мультиметр и фотоэлемент какой нить — лучше фоторезистор вроде. Внутри чем то выкрасить, хотя бы тупо белым акрилом.
Так? Тем более кубик разборный и в своей каморке можно компактно сложить и спрятать.
Ну и как софтбокс для предметной фотосъемки такое пригодно — лично фотолюбитель:)

Кто то уже делал такое заведомо, но конечную резолюцию по такому подходу я так и не понял. Тут видимо надо больше морочиться над лучшей методикой перевода циферок мультиметра.

А если делать тупо кубик 1х1 метр из гофротары
А зачем? В смысле такая большая бесполезная коробка? Если можно сделать маленькую бесполезную коробку.

Для затравки. 1 люмен на 1 кв.м создает уровень освещенности 1 люкс. Это не значит, что уровень освещения 1 люкс на конкретном 1 кв.м создается источником силой в 1 люмен. Силу источника можно установить только суммированием (интегрированием) уровней освещения на всех освещаемых поверхностях

Witchdoctor, люксметр. Цена = цена люксметра+цена лазерного дальномера.

blindnick, так никто не делает. сфера просто много раз внутри себя размазывает пучек, так чтобы пропала зависимость освещенности от формы пучка

Я это понимаю.
Суть вот в чем — мне нужен даже не люксметр или даже не попугаеметр. А просто сравнительный инструмент анализа. К примеру, чтоб сравнивать фонари или светодиоды меж собой, когда один из сравниваемых объектов имеет заведомо четко известные паспортные характеристики. К примеру светодиод некий светит с некими параметрами тока и напряжения на 160 люмен и я хочу толком понять сколько люмен у светодиода, маркировку которого не помню. Или сравнить два фонарика, которые не могу на глаз сравнить по люксам.
Для такого дела видимо кубика хватит. А большой (но разборный) потому, что в маленьком кубике будет слишком велика прямая засветка.
То что куб не может качественно размазать равномерно весь свет — я в курсе. Есть у меня еще стекло 15х15 от некоей облучающей промустановки с очень тонким матовым покрытием, которое на ура размазывает любой световой поток во всеп стороны равномерно — могу его заодно перед пучком видимо поставить для лучшего рассеяния.

Люксметр стоит 10 унылых енотов, но я не научен с ибея заказывать. И люксметр будет видимо бестолков при грубосравнительном анализе — с тем же успехом и мультиметр сканает.

То что выбеленная поверхность, поглощает часть света и матовое стекло задерживает, теоретически, часть потока света — видимо ни на что толком не влияет, если вся система все равно будет основываться на неких коэффициентах и сравнениях.

есть другая идея: сделать зеркальный кубик 15х15х15см, в одной грани которого стоит то стекло 15х15, а в противоположной грани дырка для фонарика. И уже этот свет направляется в куб 1х1х1м, наверное так светорассеяние будет по самое не хочу. Причем, фотоприемник ставим под углом 90 градусов в смежной грани относительно направления фонаря. Может быть даже такой огромный куб будет излишним при таком рассеянии — одинаковость степени рассеяния можно проверить, засовывая фотодатчик в любую грань.

Хотя конечно лучше сфера — я не спорю, но дело в том что кубик можно быстро из гофротары собрать и хранить разборно за шкафом например. А сферу клеить долго и нудно, да и хранить хз как.

Источник