Przebieg pomiarów, uzyskane wyniki i ocena ich niepewności

Wartość średniej jaskrawości Nśr (p. rozdział 5.3) uzyskana w wyniku obróbki obrazu zależy od wartości sygnału emitowanego przez diodę LED, jednak ilościowa zależność między średnią jaskrawością a natężeniem promieniowania nie jest znana. W celu znalezienia równania opisującego zależność między wielkością optyczną, tj. światłością I

charakteryzującą promieniowanie emitowane przez diodę elektroluminescencyjną a wielkością Nśr otrzymaną z obrazu, przeprowadzono dwa rodzaje pomiarów pośrednich natężenia promieniowania: przy użyciu kamery CCD oraz za pomocą luksomierza.

W obu przypadkach zachowano warunki B według CIE (odległość między oprawą diody LED a detektorem równa 100mm, powierzchnia detektora prostopadła do osi geometrycznej diody, osie geometryczne detektora i diody pokrywają się) i zastosowano przesłony w celu odizolowania układu od wpływu innych niż badane źródeł światła będących w otoczeniu. W pomiarach wykorzystano następujące przyrządy pomiarowe [4547,49,50]:

 luksomierz L-100 z głowicą pomiarową typu GL-100;

 kamerę CCD Sony DFW-X710;

 źródło prądowe;

 multimetr BRYMEN BM859CF;

 multimetr Metex 4660A.

Wymienione przyrządy pomiarowe wybrano ze względu na ich dostępność i powszechne stosowanie w pomiarach elektrycznych i fotometrycznych, mając na celu wykazanie ile wystarczająco wiarygodnych informacji można uzyskać przy użyciu powszechnie dostępnych narzędzi pomiarowych. W tabeli 6.1 podano zestawienie wykorzystanych przyrządów wraz z odpowiadającymi im składowymi błędu pomiaru podanymi przez producentów.

Tab. 6.1. Użyte przyrządy pomiarowe i ich graniczne błędy pomiaru [45,47,49,50]

Lp. Nazwa przyrządu Zakres pomiarowy Błąd pomiaru

1. luksomierz L-100 z głowicą pomiarową typu GL-100

warunki B 2,5%ofrdg+1dgt 2. kamerę CCD Sony DFW-X710 od 400nm do 700nm –

3. multimetr BRYMEN BM859CF (do pomiaru prądu)

50mA 0,15%ofrdg+10dgt

4. multimetr Metex 4660A (do pomiaru napięcia)

20V 0,05%ofrdg+3dgt

Pomiarowy model detekcji promieniowania w układzie: matryca LED – przetwornik CCD 78

Na rysunku 6.7 pokazano budowę stanowiska pomiarowego wykorzystanego do rejestracji promieniowania emitowanego przez diodę LED za pomocą: kamery CCD (a) i luksomierza (b) oraz schematycznie zilustrowano przekształcenia, jakim podlega sygnał z diody LED w torze pomiarowym.

a)

Stanowisko pomiarowe

Dioda LED Kamera CCD

Woltomierz Amperomierz Komputer r=100mm

oś geometryczna

ława optyczna Źródło prądowe

Proces przekształcania sygnału

I,U ^P=UI Φ_P,I_P E =_P Φ_Pcos /rα ² E_P ^X=EPΔ^t X Z=f(X) Z N =f(Z)_śr N_śr b)

Stanowisko pomiarowe

Głowica pomiarowa Dioda LED

Luksomierz r=100mm

oś geometryczna

ława optyczna

Woltomierz Amperomierz Źródło prądowe

Proces przekształcania sygnału

I,U P=UI ^ΦE,IE ΦE=Km

ᶴ

Φ λE( )V( )dλ λ ^{ΦV EV= dΦE/dA} E_v ^{I =EV Vr /cos2 α} IV

Rys. 6.7. Budowa stanowiska pomiarowego oraz proces przekształcania sygnału z diody LED w torze pomiarowym: a) rejestracja kamerą CCD, b) pomiar luksomierzem; z uwzględnieniem wielkości otrzymanych

w wyniku przekształceń (Nśr, E_ν) wielkości wyjściowej pomiaru (Z, Iν)

Pomiarowy model detekcji promieniowania w układzie: matryca LED – przetwornik CCD 79

Dla obu rodzajów przeprowadzonych pomiarów sygnał wejściowy, czyli promieniowanie emitowane przez diodę elektroluminescencyjną, jest jednakowy, natomiast z powodu transformacji jakim podlega ten sygnał w trakcie pomiaru otrzymuje się różne wielkości końcowe: fotometryczne (dla luksomierza) oraz bezwymiarowe (w przypadku kamery CCD).

Uzyskane z pomiarów luksomierzem średnie wartości natężenia oświetlenia Eν

przeliczono na wartości światłości Iν, czyli natężenia części widzialnej promieniowania (światłości) zgodnie ze wzorem [19,25,93]:

2

cos r E I_ 

  , (6.2)

czyli



 

cos r2

I  E , (6.3)

gdzie r jest odległością badanej diody LED od detektora, a α to kąt między osią diody LED a kierunkiem detekcji.

W pomiarach fotometrycznych można traktować diodę LED jako punktowe źródło światła, pod warunkiem, że odległość r między diodą a detektorem jest ściśle określona oraz zachowane są odpowiednie proporcje między wielkością obszaru, w którym emitowane jest promieniowanie a przyjętą odległością r. Jeśli te warunki nie są spełnione, to mamy do czynienia z warunkami pola bliskiego i do obliczeń natężenia promieniowania Iν należy użyć wzoru 6.3 z uwzględnieniem kąta α [19,25,77,90,93,121]. Natomiast w przypadku spełnienia tych warunków oraz ustawienia powierzchni detektora prostopadle do osi geometrycznej diody (zgodnie z zaleceniami CIE), można przyjąć α=0, stąd cosα=1, a więc równanie 6.3 przyjmuje postać:

r2

E

I_  _ . (6.4)

Zasady oceny niepewności wyników pomiaru

Dokładność pomiaru to stopień zgodności wyniku pomiaru z wartością rzeczywistą wielkości mierzonej, a niepewność pomiaru jest parametrem związanym z wynikiem pomiaru i charakteryzującym rozrzut wartości, które można w sposób uzasadniony przypisać wielkości mierzonej [31]. Niepewność jest miarą niewiedzy o wyniku pomiaru, a ponieważ każdy pomiar jest niedokładny, a jego wynik przybliżony, to miarą tą jest przedział zawierający oszacowywaną wartość. O wyborze sposobu oszacowania niedokładności uzyskanego wyniku za pomocą opisującego ją przedziału wartości decydują rodzaj pomiaru i jego przeznaczenie.

Pomiarowy model detekcji promieniowania w układzie: matryca LED – przetwornik CCD 80

Oszacowanie niepewności nie jest skomplikowane w pomiarach bezpośrednich, natomiast w pomiarach pośrednich konieczne jest uwzględnienie wrażliwości funkcji pomiarowej (równania przetwarzania) na zmiany mierzonych bezpośrednio wielkości związanych tą funkcją. Należy uwzględnić zarówno oddziaływanie istotnych efektów systematycznych (w tym aparaturowych), jak i przypadkowych.

W pomiarach seryjnych przedział określa się na założonym poziomie ufności , np.  = 0,95 lub  = 0,99. W pomiarach jednokrotnych uzasadnione jest przyjęcie przedziału wyznaczonego przez błędy graniczne zastosowanej aparatury pomiarowej – w tym przypadku wyznaczony przedział nie ma podanego poziomu ufności [11,31].

Teoria niepewności przyjmuje losowy model niedokładności, a zalecenia opracowane pod egidą BIPM i ISO przez międzynarodowe organizacje metrologiczne zostały ujęte w formie Przewodnika ISO/IEC [21]. Technika szacowania niepewności pomiaru poszerza stosowaną powszechnie w metrologii użyteczną technikę szacowania tzw. błędu granicznego.

W wielu przypadkach właśnie błędy graniczne wyznaczają przedział niepewności, a najważniejszym parametrem charakteryzującym dokładność przyrządu jest jego błąd graniczny w nominalnych warunkach pracy [11,21].

W tablicy 6.2 zestawiono wybrane pojęcia i określenia wykorzystywane w ocenie niepewności pomiaru [1011,21].

Tab. 6.2. Wybrane pojęcia i określenia wykorzystywane w ocenie niepewności pomiaru [10,11,21]

Nazwa Definicja

Niepewność pomiaru

(Uncertainty of Measurement)

parametr związany z wynikiem pomiaru, charakteryzujący rozrzut wartości, które można w uzasadniony sposób przypisać wielkości mierzonej

Niepewność standardowa typu A (Type A Evaluation of Uncertainty)

niepewność wyniku pomiaru bezpośredniego, obliczona na podstawie zaobserwowanego rozrzutu wyników serii pomiarów, równa estymatorowi odchylenia standardowego średniej

Niepewność standardowa typu B (Type B Evaluation of Uncertainty)

niepewność wyniku pomiaru bezpośredniego, związana z niedokładnością aparatury pomiarowej, równa odchyleniu standardowemu przyjętego rozkładu błędów aparaturowych Złożona niepewność standardowa

(Combined Standard Uncertainty)

niepewność wyniku pomiaru bezpośredniego, uwzględnia niepewność standardową typu A i typu B

Niepewność standardowa łączna (Combined Standard Uncertainty)

standardowa niepewność wyniku pomiaru pośredniego, równa dodatniemu pierwiastkowi kwadratowemu z sumy wszystkich wariancji (i kowariancji) wnoszonych przez poszczególne wielkości mierzone bezpośrednio, nieskorelowane i skorelowane, z wagą wyznaczoną przez równanie przetwarzania

Niepewność rozszerzona (Expanded Uncertainty)

wielkość określająca przedział wokół wyniku pomiaru, który zgodnie z oczekiwaniami może obejmować dużą część rozkładu wartości, które można w sposób uzasadniony przypisać wielkości mierzonej; otrzymuje się ją przez pomnożenie niepewności standardowej łącznej przez współczynnik rozszerzenia kα

Pomiarowy model detekcji promieniowania w układzie: matryca LED – przetwornik CCD 81

Statystyczna analiza wyników pomiarów opiera się na ocenie niepewności klasyfikowanych do kategorii A lub kategorii B, zależnie od sposobu ich obliczania.

Kategoria niepewności A obejmuje składowe niepewności wynikające z oddziaływań efektów przypadkowych, które można obliczyć za pomocą metod statystycznych, na podstawie serii pomiarów w warunkach powtarzalności. Sytuacja pomiarowa pozwala przyjąć w analizie tej grupy niepewności jeden z dwóch rozkładów: rozkład normalny Gaussa (seria liczna, duża liczba zmiennych) lub rozkład t-Studenta (seria małoliczna, mała liczba zmiennych m < 4).

Kategoria niepewności B obejmuje te składowe, które można obliczyć na podstawie danych znanych a’priori. Niepewność standardową typu B określa się za pomocą odchylenia standardowego przyjętego jednostajnego rozkładu błędów aparaturowych w granicach błędu granicznego.

Tak więc, granice przedziału wyznacza odpowiednio błąd graniczny _gr wynikający z niedoskonałości aparatury pomiarowej lub niepewność rozszerzona u_r uwzględniająca losowość zjawisk zachodzących podczas pomiarów. W ocenie niepewności pomiarowych dla natężenia oświetlenia Eν i światłości I_ uwzględniono zarówno rozrzut wyników w wykonanej licznej serii obejmującej 31 pomiarów, jak i niedokładność aparatury, zgodnie z definicjami niepewności dla serii pomiarów, które podano w tab. 6.2. W wykonanych obliczeniach zastosowano zależności opisane odpowiednio wzorami (6.5) (6.11) [11]:

 w przypadku bezpośrednich pomiarów natężenia oświetlenia Eν: niepewność standardowa typu A:





 w przypadku pośrednich pomiarów światłości I:

niepewność standardowa łączna: ² a uBr jest składową niepewności związaną z pomiarem odległości r;

 w przypadku pomiarów bezpośrednich i pośrednich w obliczeniach niepewności rozszerzonej:

Pomiarowy model detekcji promieniowania w układzie: matryca LED – przetwornik CCD 82

niepewność rozszerzona: u_r k_ u_C, (6.9)

gdzie kα jest współczynnikiem rozszerzenia.

W przypadku gdy niepewność standardowa typu A jest zdecydowanie mniejsza od niepewności standardowej typu B (zachodzi nierówność u_B 10u_A), wartość złożonej niepewności standardowej może być przybliżona do wartości niepewności związanej z rozkładem błędów aparaturowych i można przyjąć, że u_C u_B. Współczynnik rozszerzenia ma wtedy postać: k_  3. Przyjmując α = 1 i podstawiając do wzoru na niepewność rozszerzoną u_r k_ u_C, otrzymuje się:

 dla bezpośrednich pomiarów natężenia oświetlenia Eν:

 złożonej niepewności standardowej przybliżono do części związanej z natężeniem oświetlenia Eν równej u_CE

Przed przystąpieniem do właściwych pomiarów mających na celu wyznaczenie postaci funkcji f_k opisującej zależność między wielkością optyczną charakteryzującą promieniowanie emitowane przez diodę elektroluminescencyjną a wielkością otrzymaną z obrazu (równanie 6.1), przeprowadzono również dodatkowe pomiary mające na celu określenie stopnia wpływu na wynik końcowy takich czynników jak:

 odległość między detektorem a diodą LED,

 położenie diody LED względem detektora (kąt między osiami geometrycznymi diody LED i detektora),

 nastawa ostrości kamery CCD,

 zewnętrzne oświetlenie (tło),

 temperatura otoczenia diody LED.

Pomiary przeprowadzono dla sześciu wybranych rodzajów diod LED, którymi były:

 dioda LED LL-504WC-W2-3QD, emitująca promieniowanie o barwie białej, o parametrach: Ø=5mm, IF max=25mA, VF=(2,8–3,8)V dla IF=20mA,

Pomiarowy model detekcji promieniowania w układzie: matryca LED – przetwornik CCD 83

Iν=(6500–10000)mcd, 2θ_1/2=30˚; diodę oznaczono w tabelach i na rysunkach jako LED5WW;

 dioda LED OSM5DL5111A-VW, emitująca promieniowanie o barwie ciepłej białej, o parametrach: Ø=5mm, IF max=30mA, VF=(2,9–3,6)V dla IF=20mA, Iν=(14 000–18 000)mcd, 2θ1/2=15˚; diodę oznaczono w tabelach i na rysunkach jako LED5W;

 dioda LED S300TWW4G-S-2800K, emitująca promieniowanie o barwie ciepłej białej, o parametrach: Ø=3mm, IF max=30mA, VF=(2,8–3,8)V dla IF=20mA, Iν=5000mcd, 2θ1/2=30˚; diodę oznaczono w tabelach i na rysunkach jako LED3W;

 dioda LED OS5RPM5A31A-QR, emitująca promieniowanie o barwie czerwonej, o parametrach: Ø=5mm, IF max=50mA, VF= (1,8–2,6) V dla IF=20mA, Iν= (5800–8400) mcd, 2θ1/2=30˚; diodę oznaczono w tabelach i na rysunkach jako LED5R;

 dioda LED OSPG5131A-ST, emitująca promieniowanie o barwie zielonej, o parametrach: Ø=5mm, I_{F max}=30mA, V_F= (2,8–4,0) V dla I_F=20mA, Iν= (8400–12000) mcd, 2θ_1/2=30˚; diodę oznaczono w tabelach i na rysunkach jako LED5G (dla r=100mm) i LED5G_316 (dla r=316mm);

 dioda LED OSUB5131A-PQ, emitująca promieniowanie o barwie niebieskiej, o parametrach: Ø=5mm, I_{F max}=30mA, V_F= (2,8–4,0) V dla I_F=20mA, Iν = (4200–7000) mcd, 2θ_1/2 = 30˚; diodę oznaczono w tabelach i na rysunkach jako odpowiednio LED5B (dla r=100mm) i LED5B_316 (dla r=316mm).

Dla diod LED zielonej i niebieskiej przeprowadzono dodatkowe pomiary przy odległości r=316mm ze względu na duże wartości Nśr bliskie nasyceniu (bliskie maksymalnej wartości Nśr równej 254).

Jak już zaznaczono, na każdą serię pomiarową składało się 31 pomiarów. Pomiary przeprowadzano dla odległości r=100mm i r=316mm, przy prądzie zasilania diody IF

równym 5mA, 10mA, 15mA i 20mA, dla kąta α z zakresu od 0˚ do 30˚, przy oświetleniu równym 0,005lx, 5lx, 20lx i 100lx oraz dla czterech wybranych nastaw ostrości.

Badanie wpływu odległości

W tabeli 6.3 przedstawiono wyniki pomiarów przeprowadzonych przy użyciu luksomierza i kamery CCD dla diody LED5WW, a w tab. 6.4 wartości średnie Nśr i Eν oraz ich niepewności standardowe typu A dla wszystkich badanych diod LED. Jedyną

Pomiarowy model detekcji promieniowania w układzie: matryca LED – przetwornik CCD 84

wielkością, której wartość zmieniano podczas pomiarów była odległość r między diodą LED a detektorem. Przed każdym kolejnym pomiarem wartość wielkości r nastawiano na nowo w celu sprawdzenia jaki rozrzut wyników powoduje niedokładność nastawy odległości r.

Pomiary przeprowadzono dla czterech wybranych wartości prądu zasilania diody: 5mA, 10mA, 15mA i 20mA.

Tab. 6.3. Wartości wielkości Nśr i E_ν oraz ich niepewności standardowe typu A uzyskane w seriach pomiarów promieniowania diod LED za pomocą kamery CCD i luksomierza dla diody LED5WW

dla wybranych wartości prądu IF

LED5WW Średnia jaskrawość Nśr[j.w.] Natężenie oświetlenia Eν[lx]

Nr

Pomiarowy model detekcji promieniowania w układzie: matryca LED – przetwornik CCD 85

rozrzutu wyników obu wielkości zastosowano procentową względną wartość niepewności standardowej typu A, obliczoną odpowiednio ze wzoru:

%

Tab. 6.4. Średnie wartości wielkości N_śr i E_ν oraz ich niepewności standardowe typu A uzyskane seriach pomiarów promieniowania diod LED za pomocą kamery CCD i luksomierza dla wybranych wartości prądu IF

Dioda LED IF [mA] Wartość średnia Niepewność standardowa uA dla pomiarów wykonanych luksomierzem. Dla wyników uzyskanych kamerą CCD niepewność u_A% przyjmuje wartości z przedziału (0,001–0,3)%  oprócz dwóch przypadków, gdy przyjmuje wartości wyższe od 1,5%, a dla wyników uzyskanych luksomierzem niepewność uA% przyjmuje wartości z przedziału (0,02–0,31)%. Mniejszy zakres zmian wartości w przypadku pomiarów luksomierzem oznacza, że pomiar luksomierzem jest bardziej stabilny, jednak różnica wartości u_A% jest nieznaczna. Natomiast odwrotna sytuacja (większe wartości

Pomiarowy model detekcji promieniowania w układzie: matryca LED – przetwornik CCD 86

niepewności u_A% dla luksomierza) w przypadku diody LED5B jest spowodowana tym, że przy odległości r=100mm na obrazach z kamery CCD uzyskuje się efekt nasycenia.

Przy odległości r=316mm efektu nasycenia nie ma, więc rozrzut wyników jest większy.

a)

Rys. 6.8. Względna niepewność standardowa u_A% w funkcji prądu zasilania diody LED

przy r=100mm dla diod: LED5WW (a), LED5W (b), LED3W (c), LED5R (d), LED5G (e), LED5B (f) i przy r=316mm dla diod: LED5G_316 (g), LED5B_316 (h)

Pomiarowy model detekcji promieniowania w układzie: matryca LED – przetwornik CCD 87

Ponadto w większości przypadków pomiaru luksomierzem procentowa wartość względnej niepewności standardowej uA% rośnie wraz ze wzrostem wartości prądu zasilającego diodę LED, a dla wyników zarejestrowanych kamerą CCD obserwuje się tendencję przeciwną (rys. 6.8).

Badanie wpływu kąta

W tabeli 6.5 przedstawiono wyniki pomiarów przeprowadzonych przy użyciu luksomierza i kamery CCD dla diody LED5WW, a w tab. 6.6 wartości średnie Nśr i Eν oraz ich niepewności standardowe typu A dla wszystkich badanych diod LED przy prądzie zasilania IF=20mA. Pomiary przeprowadzono dla różnych wartości kąta α między osiami geometrycznymi diody LED i detektora w celu sprawdzenia, w jakim stopniu zmiana kąta wpływa na wynik pomiaru luksomierzem oraz na wynik rejestracji kamerą CCD.

Tab. 6.5. Wartości wielkości Nśr i E_ν oraz ich niepewności standardowe typu A uzyskane w seriach pomiarów promieniowania o diod LED za pomocą kamery CCD dla diody LED5WW dla wybranych wartości kąta α

LED5WW Średnia jaskrawość Nśr[j.w.]

Nr pomiaru α=0˚ α=1˚ α=2˚ α=3˚ α=4˚ α=5˚ α=10˚ α=15˚ α=20˚ α=25˚ α=30˚

Pomiarowy model detekcji promieniowania w układzie: matryca LED – przetwornik CCD 88

Jak widać w tabeli 6.7 i na rysunku 6.9, wartości wyrażonej w procentach niepewności standardowej typu A u_A% dla obu detektorów są zbliżone i nie przekraczają 0,6%

(dla luksomierza uA%=(0,01–0,5)%, a dla kamery CCD uA%=(0,005–0,6)%). Natomiast na wykresach przedstawiających zależność Nśr i Eν od kąta α (rys. 6.96.16) widać, że charakterystyki Eν=f(α) mają bardziej stromy przebieg niż charakterystyki Nśr=f(α), czyli wyniki uzyskane przy wykorzystaniu kamery CCD są mniej podatne na zmiany kąta α w zakresie od 0˚ do 10˚, a dla diody LED5W, która ma o połowę mniejszy kąt połówkowy od pozostałych badanych diod, w zakresie od 0˚ do 3˚.

Tab. 6.6. Wartości wielkości Nśr i E_ν oraz ich niepewności standardowe typu A uzyskane w seriach pomiarów promieniowania diod LED za pomocą luksomierza dla diody LED5WW dla wybranych wartości kąta α

LED5WW Natężenie oświetlenia Eν[lx]

Nr pomiaru α=0˚ α=1˚ α=2˚ α=3˚ α=4˚ α=5˚ α=10˚ α=15˚ α=20˚ α=25˚ α=30˚

Pomiarowy model detekcji promieniowania w układzie: matryca LED – przetwornik CCD 89 Tab. 6.7. Średnie wartości wielkości Nśr i E_ν oraz ich niepewności standardowe typu A uzyskane w seriach pomiarów promieniowania diod LED za pomocą kamery CCD i luksomierza dla wybranych wartości kąta α

Dioda LED α[˚] Wartość średnia Niepewność standardowa uA

Względna niepewność

Pomiarowy model detekcji promieniowania w układzie: matryca LED – przetwornik CCD 90 Tab. 6.7. Średnie wartości wielkości Nśr i E_ν oraz ich niepewności standardowe typu A uzyskane w seriach pomiarów

promieniowania diod LED za pomocą kamery CCD i luksomierza dla wybranych wartości kąta α (cd)

1 2 3 4 5 6 7 8

Pomiarowy model detekcji promieniowania w układzie: matryca LED – przetwornik CCD 91

0 5 10 15

0 50 100 150

N sr[j.w.]

[^o]

N_sr

0 250 500 750 1000 1250

E_

E [lx]

o

Rys. 6.10. Natężenie oświetlenia Eν i średnia jaskrawość Nśr w funkcji kąta α przy r = 100 mm i IF = 20 mA dla diody LED5W

0 10 20 30

20 40 60 80 100 120

N sr[j.w.]

[^o]

N_sr

0 200 400 600 800

E [lx]

E_

oo o

Rys. 6.11. Natężenie oświetlenia Eν i średnia jaskrawość N_śr w funkcji kąta α przy r = 100 mm i I_F = 20 mA dla diody LED3W

Pomiarowy model detekcji promieniowania w układzie: matryca LED – przetwornik CCD 92

0 10 20 30

0 50 100 150 200

N sr[j.w.]

[^o]

N_sr

0 200 400 600 800

E [lx]

E_

oo

Rys. 6.12. Natężenie oświetlenia Eν i średnia jaskrawość Nśr w funkcji kąta α przy r = 100 mm i IF = 20 mA dla diody LED5R

0 10 20 30

50 100 150 200

250 N_sr

N sr[j.w.]

[^o]

0 1000 2000 3000

E_

E [lx]

oo

Rys. 6.13. Natężenie oświetlenia Eν i średnia jaskrawość N_śr w funkcji kąta α przy r = 100 mm i I_F = 20 mA dla diody LED5G

Pomiarowy model detekcji promieniowania w układzie: matryca LED – przetwornik CCD 93

0 5 10 15 20 25 30

0 50 100 150 200 250

N sr[j.w.]

[^o]

N_sr

0 250 500 750 1000

E_

E[lx]

o

Rys. 6.14. Natężenie oświetlenia Eν i średnia jaskrawość Nśr w funkcji kąta α przy r = 100 mm i IF = 20 mA dla diody LED5B

0 10 20 30

0 20 40 60 80

N sr[j.w.]

[^o]

N_sr

0 100 200 300

E_

E[lx]

oo

Rys. 6.15. Natężenie oświetlenia Eν i średnia jaskrawość N_śr w funkcji kąta α przy r = 316 mm i I_F = 20 mA dla diody LED5G_316

Pomiarowy model detekcji promieniowania w układzie: matryca LED – przetwornik CCD 94

0 10 20 30

0 50 100 150 200

N sr[j.w.]

[^o]

N_sr

0 50 100 150 200

E_

E[lx]

oo

Rys. 6.16. Natężenie oświetlenia Eν i średnia jaskrawość Nśr w funkcji kąta α przy r = 316 mm i IF = 20 mA dla diody LED5B_316

Badanie wpływu ostrości

W tabeli 6.8 przedstawiono wyniki rejestracji przeprowadzonych przy użyciu kamery CCD dla diody LED5WW, a w tab. 6.9 wartości średnie Nśr i ich niepewności standardowe typu A dla wszystkich badanych diod LED przy prądzie zasilania IF=20mA. Pomiary przeprowadzono dla trzech kolejnych nastaw ostrości (I, II, III) oraz dla czwartej nastawy (IV) zdecydowanie odbiegającej od pozostałych w celu sprawdzenia w jakim stopniu zmiana niedokładności nastawy ostrości wpływa na wynik rejestracji kamerą CCD.

Jak widać w tabeli 6.9 i na rysunku 6.17 istotną zmianę wartości Nśr obserwuje się dopiero przy znacznej zmianie nastawy ostrości (nastawa IV). Jedynie w przypadku niebieskiej diody LED (rys. 6.17h) zaobserwowano istotne różnice w wartości Nśr przy zmianie ostrości. Być może jest to spowodowane odległością pomiarową lub związane z barwą promieniowania emitowanego przez diodę. Jednak krok zmiany nastawy jaki tutaj dobrano jest dużo większy od rzeczywistej niedokładności nastawy ostrości podczas rejestracji kamerą CCD, dlatego tym bardziej można stwierdzić, że różnice w nastawie ostrości nie mają znaczącego wpływu na wynik końcowy.

Pomiarowy model detekcji promieniowania w układzie: matryca LED – przetwornik CCD 95 Tab. 6.8. Wartości wielkości Nśr oraz niepewności standardowe typu A uzyskane przy użyciu kamery CCD

dla diody LED5WW dla wybranych nastaw ostrości

LED5WW Średnia jaskrawość N_śr[j.w.]

Nr pomiaru Ostrość I Ostrość II Ostrość III Ostrość IV

Tab. 6.9. Średnie wartości wielkości Nśr oraz niepewności standardowe typu A uzyskane przy użyciu kamery CCD dla diody LED5WW dla wybranych nastaw ostrości

Średnia jaskrawość Nśr [j.w.]

LED5WW LED5W LED3W LED5R LED5G LED5B LED5G_316 LED5B_316

I

Pomiarowy model detekcji promieniowania w układzie: matryca LED – przetwornik CCD 96

Pomiarowy model detekcji promieniowania w układzie: matryca LED – przetwornik CCD 97

Badanie wpływu tła

W tabeli 6.10 przedstawiono wyniki rejestracji przeprowadzonych przy użyciu kamery CCD dla diody LED5WW, a w tab. 6.11 wartości średnie Nśr i niepewności standardowe typu A dla wszystkich badanych diod LED przy prądzie zasilania IF=20mA. Pomiary przeprowadzono dla czterech wybranych wartości natężenia oświetlenia: 0,005lx, 5lx, 20lx, 100lx w celu sprawdzenia wpływu zewnętrznego oświetlenia na wynik rejestracji kamerą CCD.

Jak widać z tabeli 6.11 i z rysunku 6.18 dla małych wartości natężenia zewnętrznego oświetlenia 0,005lx i 5lx występują nieznaczne różnice w wartościach Nśr. Przy większych wartościach 20lx i 100lx zmiany wartości Nśr są większe, jednak tylko w przypadku dwóch diod: LED5R i LED5G_316 odbiegają znacząco od pozostałych wyników.

Tab. 6.10. Wartości wielkości Nśr oraz niepewności standardowe typu A uzyskane przy użyciu kamery CCD dla diody LED5WW dla wybranych wartości natężenia zewnętrznego oświetlenia

LED5WW Średnia jaskrawość Nśr[j.w.]

Nr pomiaru 0,005lx 5lx 20lx 100lx

Pomiarowy model detekcji promieniowania w układzie: matryca LED – przetwornik CCD 98

Rys. 6.18. Średnia jaskrawość Nśr dla wybranych wartości natężenia zewnętrznego oświetlenia dla I_F=20mA przy r=100mm dla diod: LED5WW (a), LED5W (b), LED3W (c), LED5R (d), LED5G (e), LED5B (f)

i przy r=316mm dla diod: LED5G_316 (g), LED5B_316 (h)

Pomiarowy model detekcji promieniowania w układzie: matryca LED – przetwornik CCD 99 Tab. 6.11. Średnie wartości wielkości Nśr oraz niepewności standardowe typu A uzyskane przy użyciu

kamery CCD dla diody LED5WW dla wybranych wartości natężenia zewnętrznego oświetlenia Średnia jaskrawość Nśr [j.w.]

LED5WW LED5W LED3W LED5R LED5G LED5B LED5G_316 LED5B_316

0,005 lx

W tabeli 6.12 przedstawiono wartości średnie Nśr i niepewności standardowe typu A dla diody LED5WW uzyskane podczas rejestracji przeprowadzonych przy użyciu kamery CCD przy prądzie zasilania IF=20mA. Pomiary przeprowadzono dla wybranych temperatur z zakresu od –10˚C do +45˚C w celu sprawdzenia wpływu temperatury otoczenia na diodę LED.

Tab. 6.12. Średnie wartości wielkości Nśr oraz niepewności standardowe typu A uzyskane przy użyciu

Tab. 6.12. Średnie wartości wielkości Nśr oraz niepewności standardowe typu A uzyskane przy użyciu

W dokumencie Analiza problemów metrologicznych związanych z wykorzystaniem przetwornika CCD do detekcji promieniowania emitowanego przez matrycę LED (Stron 77-118)