Anforderungen an ein modernes vielseitiges Diodenarray-Spektralradiometer
Bereits mit der Entwicklung eines Diodenarray-Spektralradiometers muss bei der Definition der Funktionen und Auswahl der Bauelemente, an die Nutzung als Lichtmessgerät für optische Strahlung in absoluten Messgrößen berücksichtigt werden. So ist nur mit Diodenarray-Detektoren die einen großen Dynamikbereich aufweisen möglich, die Messung von Lampen unterschiedlichster Leistung durchzuführen. Für präzise absolute Messungen muss der gesamte Dynamikbereich des Spektralradiometers vollständig Linearisiert und mit einer präzisen, rückführbaren Kalibrierung versehen sein. Falls der elektronisch steuerbare Dynamikbereich (Integrationszeit) allein nicht ausreicht, müssen zusätzliche Dämpfungsfilter (erfordert ein Filterrad) vorgesehen werden. Dieses Filterrad muss im Sinne der Langzeitstabilität des Messsystems mechanisch robust sein. In zeitkritischen Applikationen wie in der LED-Sortierung im Kurzzeitbetrieb muss der elektronisch kontrollierbare Dynamikbereich so groß sein, dass der zeitintensive Filterwechsel während der Messung möglichst nicht erforderlich ist. Für absolute Messungen ist ein automatisierter Dunkelabgleich der CCD Diodenarray-Detektoren mittels Dunkelmessung Stand der Technik. Spektralradiometer die zur Sortierung (Binning) von Frontend- und Backend-LEDs eingesetzt werden müssen zudem eine präzise Synchronisierung der Messung zur Kurzzeit-Bestromung der Test LEDs ermöglichen. D. h. Trigger Ein- und Ausgänge sind nötig. Für Flashmessungen, d. h. für Messungen in einen Lichtblitz hinein ist ein elektronischer Shutter welcher eine instantane (ns) Nullsetzung aller Pixel vor Auslösung der Messung ermöglicht nötig. Die Messung von Lichtstrom, Lichtstärke und Lichtstärkeverteilung erfordert Zubehör wie Ulbricht‘sche Kugeln, Lichtstärkeoptiken und Goniometer. Mit diesem muss das Spektralradiometer reproduzierbar verbunden werden können. Eine direkte Montage des Spektralradiometers an das Zubehör vermeidet Einflüsse durch flexible Lichtwellenleiter-Verbindungen. Für Farbmessungen ist unter anderem eine präzise umgesetzte Mathematik gemäß CIE 13.3 und CIE 15, sowie TM-30-15 notwendig. Für Applikationen in der LED- bzw. Halbleiterindustrie muss es zudem konform der Standards CIE S025 und LM-79-08 sein.
BTS2048-VL, Diodenarray-Spektralradiometer mit BiTec-Detektor
Das BTS2048-VL erfüllt alle Belange eines anspruchsvollen modernen Diodenarray-Spektralradiometers und bietet trotz seines innovativen Designs ein verhältnismäßig günstiges Preisniveau.
Eines seiner Alleinstellungsmerkmale ist der innovative BiTec-Detektor, dessen Kombination aus einer Spektrometer-Einheit, welche auf einem Back-thinned CCD Diodenarray basiert, und einer V(lambda) gefilterten Si-Fotodiode bietet Vorteile hinsichtlich Linearität, Stabilität und Messgeschwindigkeit. Beide Sensoren können völlig unabhängig voneinander oder auch nur einzeln genutzt werden, es besteht aber auch die gegenseitige Korrektur der Sensoren was beiderseitige Vorteile mit sich bringt (siehe Fachartikel BTS-Technologie).
Der vollständig linearisierte 2048 Pixel CCD-Detektor mit elektronischen Shutter bietet mit Integrationszeiten von 2 µs bis 4 s einen äußert großen Dynamikbereich (drei Größenordnungen mehr als gängige ms Integrationszeiten und demnach werden drei OD Filter weniger benötigt). Für einen nochmals erweiterten Dynamikbereich bietet Gigahertz-Optik GmbH das TEC gekühlte Spektralradiometer BTS2048-VL-TEC mit 2 µs bis 60 s Integrationszeit an. In Verbindung mit der optischen Bandbreite von 2 nm werden präzise spektrale Messwerte von 280 nm bis 1050 nm (0,4 nm/Pixel) ermöglicht. Eine mathematische Bandbreitenkorrektur gemäß CIE 214 ist implementiert und wird online auf die Messdaten angewendet. Si-Fotodioden überzeugen durch höchstmögliche Linearität innerhalb ihres Dynamikbereiches. Aus diesem Grund kann die Si-Fotodiode des BiTec-Detektors zur Linearisierung des CCD-Diodenarray herangezogen werden (siehe Fachartikel BTS-Technologie). Die kontinuierlich messende Diode kann zudem zur Synchronisation der Messung auf PWM Signale verwendet werden. So können vom BTS2048-VL automatisch absolute spektrale Daten aufgenommen werden, was bei gängigen Spektralradiometern ohne BiTec Sensor durch deren Integrationszeit nicht so einfach möglich ist. Zudem ermöglicht die sorgfältige CIE V(Lambda) anpasste Si-Fotodiode ihren Einsatz unabhängig vom Diodenarray. Damit sind schnelle Messungen bei sehr geringem Signallevel möglich, wodurch sich das BTS2048-VL z.B. hervorragend zur Integration in Goniometer eignet. Ein weiterer Vorteil der BiTec-Technologie ist in diesem Zusammenhang die Möglichkeit der Online-Korrektur der spektralen Fehlanpassung (f1‘) der Diode mittels der spektralen Daten. Trotz seiner kompakten Abmessungen von 103 mm x 107 mm x 52 mm (LBH) bietet das Spektralradiometer BTS2048-VL ein ferngesteuertes integriertes Filterwechselrad mit je einem OD1 und OD2 Dämpfungsfilter sowie einer Blende zur Dunkelmessung.
Einsatz in der Frontend- und Backend-LED Sortierung
Für seinen Einsatz in der Sortierung von Frontend- und Backend-LEDs im industrielen Einsatz ist das BTS2048-VL hervorragend aufgestellt. Sein CCD-Diodenarray-basierte Spektrometereinheit bietet eine elektronische Nullsetzung aller Pixel vor Auslösung einer Messung. Der elektronische Shutter und die Auslösung der Messung können über einen Triggereingang mit dem Netzteil für die Kurzzeit-Bestromung der Test-LED synchronisiert werden. Der leistungsfähige Mikroprozessor überträgt in Verbindung mit der schnellen LAN-Schnittstelle einen kompletten Datensatz innerhalb von 7 ms an den Systemrechner.
Direkt-Montage statt Lichtleiter-Verbindung
Das BTS2048-VL Spektralradiometer bietet als Eingangsoptik eine Streuscheibe und kann daher ohne Zubehör zur Messung der Bestrahlungsstärke/Beleuchtungsstärke mit Spektrum, Farbe und Farbwiedergabe genutzt werden. Mit dieser Eingangsoptik kann das BTS2048-VL zudem direkt an Zubehör wie Ulbricht‘sche Kugeln, Lichtstärkeoptiken (gemäß CIE127) und Goniometer zur Messung von Lichtstrom, Lichtstärke und Lichtstärkeverteilung befestigt werden. Für Anwendungen mittels Lichtleiter bietet Gigahertz-Optik das BTS2048-VL-F an.
Anwendersoftware und Entwicklungssoftware
Das BTS2048-VL wird standardmäßig mit der S-BTS2048 Anwender-Software ausgeliefert. Diese bietet eine individuell gestaltbare Anwenderoberfläche und intuitive Nutzung. Eine große Anzahl von Anzeige und Funktionsmodulen steht zur Verfügung. Bei Konfigurationen des BTS2048-VL mit Zubehör der Gigahertz-Optik GmbH sind werden die erforderlichen Anzeige und Funktionsmodule aktiviert.
Zur Einbindung des BTS2048-VL in Kundensoftware empfiehlt sich die S-SDK-BTS2048 Entwicklungssoftware.
Kalibrierung
Ein wesentliches Qualitätsmerkmal von Lichtmessgeräten ist deren präzise und rückführbare Kalibrierung. Das BTS2048-VL wird im Prüflabor der Gigahertz-Optik GmbH kalibriert, das für die Messgrößen Spektrale Empfindlichkeit und Spektrale Bestrahlungsstärke als Kalibrierlabor gemäß ISO/IEC 17025 durch die DAkkS akkreditiert ist (D-K-15047-01-00). In die Kalibrierung wird das jeweilige Zubehör eingeschlossen. Jedes Gerät wird mit einem Kalibrierzertifikat ausgeliefert.
Spektralradiometer BTS2048-VL
1) BTS2048-VL 2) BiTec-Sensor mit Fotodiode und CCD-Sensor Diodenarray-Spektrometer 3) Filterrad mit Blende, OD1, OD2 4) Streuscheibe 5) Lichteinfall 6) CPU zur Datenauswertung und Kommunikation 7) USB 2.0 Schnittstelle 8) Ethernet Schnittstelle 9) Diodenarray CPU 10) Trigger In/Out 11) Fotodioden CPU 12) DC Versorgung
Direkte Montage des Messgerätes mit Zubehör
Elektronischer Shutter verkürzt die Messzeit
Die Ethernetschnittstelle reduziert die Datenübertragungszeit
S-BTS2048 Desktop der Anwender-Software
Graphische Anzeige des Spektrums
CIE 1976 Farbtafel
CRI Balkenplot
| Allgemein | |||||||||||||||||
| Kurzbeschreibung | Diodenarray-Spektralradiometer mit großem Dynamikbereich für CW- und Kurzzeitmessungen von Bestrahlungsstärke/Beleuchtungsstärke, Spektrum, Lichtfarbe und Farbwiedergabe. Zubehör für weitere Messgrößen |
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| Hauptmerkmale | Kompaktes Messgerät. Bi-Tec Detektor mit back-thinned CCD-Diodenarray (2048 Pixel, 2 nm optische Bandbreite, elektronischer Shutter) und Si-Fotodiode mit V(Lambda)-Filter. Optische Bandbreitenkorrektur (CIE214). Filterrad mit Blende und Dämpfungsfilter. Eingangsoptik mit Streuscheibe mit Cosinus-Blickfeldfunktion. Automatische PWM-Synchronisierung |
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| Messbereich | Spektral: 280 nm bis 1050 nm, 1 lx bis 3E8 lx (Minimum bei weißer LED und niedriger Aussteuerung) Integral: photometrisch 360 nm bis 830 nm, 0,1 lx bis 3E8 lx |
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| mögliche Anwendungen | Diodenarray-Spektralradiometer für Entwicklungsaufgaben. Baugruppe zur Integration in Prüfsysteme für Frontend- und Backend-LED-Sortierung. |
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| Kalibrierung | Werk-Kalibrierung. Rückführbar auf PTB-Kalibrierstandards. |
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| Produkt | |||||||||||||||||
| Messgrößen | Spektrale Bestrahlungsstärke (W/(m² nm)), Bestrahlungsstärke (W/m²), Beleuchtungsstärke (lx), spektrale Strahlstärke (W/(sr nm)), Strahlstärke (W/sr), Lichtstärke (cd), dominanten Wellenlänge, Peak-Wellenlänge, Zentrums-Wellenlänge, Schwerpunkts-Wellenlänge, x, y, u´, v´, X,Y,Z, delta uv, Farbtemperatur, Farbwiedergabeindex (CRI) Ra, R1-R15, TM-30-15, CQS, CIE-170, etc.. Option Ulbrichtsche Kugel: zusätzlich Strahlungsleistung (W/nm) und Lichtstrom (lm) Option Goniometer: spektrale Strahlstärke Verteilung (W/sr) und Lichtstärke Verteilung (cd) |
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| Sensor | Güteklasse B (DIN 5032 Teil 7) |
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| Eingangsoptik | Eingangsdiffusor mit Cosinus angepasstem Blickfeld (f2 ≤ 3 %) |
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| Filterrad | 4 Positionen (Offen, Zu, OD1, OD2). Nutzung zur ferngesteuerten Dunkelstrommessung und Vergrößerung des Dynamikbereiches. |
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| BiTec | Parallele Messung mit Diode und Array ist möglicht, dadurch kann eine Linearitätskorrektur des Arrays durch die Diode sowie eine onlinekorrektur der spektralen Fehlanpassung der Diode a*(sz(λ)) bzw. F*(sz(λ)) erfolgen. |
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| Spektraler Detektor | |||||||||||||||||
| Kalibrierunsicherheit | Spektrale Bestrahlungsstärke
Spektrale Bestrahlungsstärke Empfindlichkeit (350 - 1050) nm |
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| Spektralbereich | (280 -1050) nm |
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| Optische Bandbreite | 2 nm |
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| Pixelauflösung | ~0,4 nm/Pixel |
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| Pixelanzahl | 2048 |
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| Chip | hochsensitiver Back-thinned CCD Chip |
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| ADC | 16bit (25ns Instruktion Zyklus Zeit) |
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| Spitzenwellenlänge | ±0,2 nm |
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| Dominante Wellenlänge | ±0,5 nm *2 |
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| Δy Δx Unsicherheit | ±0,0015 (Standard Lichtart A) |
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| Wiederholbarkeit Δx und Δy | ±0,0001 |
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| ΔCCT | Normlichtart A 30 K; LED bis zu ± 1,5 % in Abhängigkeit von dem LED Spektrum |
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| Bandpasskorrektur | mathematische Online Bandpasskorrektur wird unterstützt |
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| Linearität | vollständig lineararisierter Chip >99,6 % |
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| Streulicht | 2E-4 *3 |
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| Basislinienrauschen | 5 cts *4 |
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| SNR | 5000 *5 |
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| Dynamikbereich | >9 Größenordnungen |
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| spektrale Bestrahlungsstärke Empfindlichkeitsbereich | (2E-5 - 2E5) W/(m²nm) *6*7 |
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| CRI (color rendering index) | Ra und R1 bis R15 |
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| typische Messzeit | 10lx 2,5s *10 |
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| Integrationszeit | 2 μs - 4 s *1 |
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| Integraler Detektor | |||||||||||||||||
| Filter | Spektrale Empfindlichkeit mit feiner CIE photometrischer Anpassung. On-line Korrektur der photometrischen Anpassung durch die spektrale Messdaten (Korrektur der spektralen Fehlanpassung). |
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| Messzeit | 20 µs - 6000 ms
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| Messbereich | Neun (9) Messbereiche mit transzendenter Offset-Korrektur |
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| Messbereich | Minimal messbare Beleuchtungsstärke (Diode): 0,1 lx *11 Maximal messbare Beleuchtungsstärke (Diode): bis 3E8 lx *12
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| Kalibrierung | Beleuchtungsstärke ± 2,2 % |
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| f1' | ≤6% (unkorrigiert) ≤1,5% (f1' a*(sz(λ)) bzw. F*(sz(λ)) korrigiert mit den spektralen Daten. Dies erfolgt automatisch bei der BTS Technologie) |
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| Graphen | |||||||||||||||||
| spektrale Empfindlichkeit |
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| f2 Kosinus Fehler |
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| Sonstiges | |||||||||||||||||
| Mikroprozessor | 32 bit zur Gerät- 16 bit zur CCD- und 8 bit zur Fotodioden-Steuerung |
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| Schnittstelle | USB V2.0, Ethernet (LAN UDP Protocol), RS232, RS485 |
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| Datenübertragung | Richtwerte für 2048 Float Arraywerte Ethernet 7 ms, USB 2.0 140 ms |
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| Signal Eingänge | 2x (0 - 25) VDC, Optokoppler isoliert 5 V / 5 mA |
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| Signal Ausgänge | 2x open collector, max. 25 V, max. 500 mA |
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| Triggerung | Trigger-Eingang vorhanden (verschiedene Optionen, fallende/steigende Flanke, Verzögert, etc.) |
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| Software | Anwendersoftware S-BTS2048 |
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| Spannungsversorgung | Mit Netzteil: DC Input 5 V (±10 %) bei 700 mA |
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| Abmessungen | 103 mm x 107 mm x 52 mm (Länge x Breite x Höhe) |
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| Gewicht | 500g |
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| Befestigung | Stativgewinde und M6 Frontadapter: UMPA-1.0-HL geeignet für Ulbrichtkugel Portframe UMPF-1.0-HL |
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| Temperaturbereich | Lagerung: (-10 bis 50) °C Anwendung: (10 bis 30) °C *9 |
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| Info | *1 Es wird empfohlen, bei jeder Integrationszeitänderung eine neue Dunkelmessung durch zuführen.
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| Option: 150mm Ulbrichtkugel (UMBB-150) | |||||||||||||||||
| Empfindlichkeitsbereich spektrale Strahlungsfluß (spektrale Messung) | (5E-8 - 5E2) W/nm |
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| Messbereich Lichtstrom (integrale Messung) | (3E-5 - 1E5) lm |
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| Kugeldurchmesser | 150 mm |
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| typische Messzeit | Messung mit 20000 cts: 1 lm 80 ms
Optimierte Messung mit 5000 cts und Rauschreduzierung: 10 lm 2 ms |
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| Kalibrierung | Lichtstrom: ± 4 % Spektraler Strahlungsfluss:
Spektrale Strahlungsflussempfindlichkeit (350 - 1050) nm |
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| Option: 210mm Ulbrichtkugel (UMBB-210) | |||||||||||||||||
| Empfindlichkeitsbereich spektrale Strahlungsfluß (spektrale Messung) | (1E-7 - 1E3) W/nm |
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| Messbereich Lichtstrom (integrale Messung) | (7E-5 - 2E5) lm |
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| Kugeldurchmesser | 210 mm |
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| typische Messzeit | Messung mit 20000 cts: 1 lm 160 ms
Optimierte Messung mit 5000 cts und Rauschreduzierung: 10 lm 4 ms |
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| Kalibrierung | Lichtstrom: ± 4 % Spektraler Strahlungsfluss:
Spektrale Strahlungsflussempfindlichkeit (350 - 1050) nm |
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| Option: 1000mm Ulbrichtkugel (UMTB-1000-HFT) | |||||||||||||||||
| Empfindlichkeitsbereich spektrale Strahlungsfluß (spektrale Messung) | (2E-6 - 2E4) W/nm |
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| Messbereich Lichtstrom (integrale Messung) | (1E-3 - 4E6) lm |
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| Kugeldurchmesser | 1000 mm |
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| typische Messzeit | Messung mit 20000 cts: 10 lm 450 ms
Optimierte Messung mit 5000 cts und Rauschreduzierung: 10 lm 112 ms |
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| Kalibrierung | Lichtstrom: ± 4 % Spektraler Strahlungsfluss:
Spektrale Strahlungsflussempfindlichkeit (350 - 1050) nm |
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| Option: Goniometer (GB-GD-360-RB40) | |||||||||||||||||
| Empfindlichkeitsbereich spektrale Strahlstärke | (1E-5 - 1E5) W/(sr nm) ; bei 1m Messabstand |
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| Messbereich Lichtstärke (integrale Messung) | (1E-1 - 3E8) cd ; bei 1m Messabstand |
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| Kalibrierung | Lichtstärke: ± 4 % Spektrale Strahlstärke:
Spektrale Strahlstärke Empfindlichkeit (350 - 1050) nm |
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| Option: ILED-B (CP-ILED-B-IS-1.0-HL) | |||||||||||||||||
| Empfindlichkeitsbereich spektrale Strahlstärke (ILED-B) (spektrale Messung) | (5E-7 - 5E3) W/nm |
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| Messbereich ILED-B (integrale Messung) | (3E-4 - 1E6) cd |
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| Kalibrierung | Lichtstärke ILED-B: ± 4 % Spektrale Strahlstärke ILED-B:
Spektrale Strahlstärke Empfindlichkeit (350 - 1050) nm |
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| Produktname | Produktbild | Beschreibung | Zum Produkt |
|---|---|---|---|
| ISD-100HFT-BTS2048-VL |  |
System zur Messung des Lichtstroms und Lichtfarbe von 2π und 4π Leuchten. Features: Drehbare Ulbrichtkugel mit 100 cm Durchmesser, Hilfslampe und einer Kugelhalbschale zum Öffnen. Spektrales Lichtmessgerät mit Bi-Tec Sensor zur präzisen Messung von Lichtstrom, spektrale Strahlungsleistung, CCT, CRI, Farbort, etc. |
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| GB-GD-360-RB40-2-BTS2048-VL |  |
System zur Messung der Lichtstärkeverteilung von 2π-Spotleuchten und LEDs. Features: Goniometerbank mit einstellbarem Messabstand bis zu 2000 mm. Lichtmessgerät zur präzisen Messung der Lichtstärkeverteilung, spektralen Daten, CCT, CRI, Farbortkoordinaten, Anwender-Software, etc. |
|
| TPI21-TH |  |
Messsystem für das Testen von Einzel-LEDs und LED Bauteilen. Features: CIE S025 kompatibel, Temperaturkontrolle, Keithley 2400 Stromquelle, BTS2048-VL Spektralradiometer, automatische Messabläufe, intuitive schnelle DUT Kontaktierung, etc. |
|
| ISD-15-BTS2048-VL |  |
System zur Messung des Lichtstroms und Lichtfarbe von 2π-Einzel-LED in CW und Pulsbetrieb. Features: Ulbrichtkugel mit 15 cm Durchmesser und Hilfslampe. Spektrales Lichtmessgerät mit Bi-Tec Sensor zur präzisen Messung von Lichtstrom, spektrale Strahlungsleistung, CCT, CRI, Farbort, etc. |
|
| ISD-25-BTS2048-VL |  |
System zur Messung des Lichtstroms und Lichtfarbe von 2π-Leuchten bis 76,2 mm Durchmesser. Features: Ulbrichtkugel mit 25 cm Durchmesser und Hilfslampe. CCD-Sensor Spektralradiometer zur präzisen und schnellen Messung von Lichtstrom, spektrale Strahlungsleistung, CCT, CRI, Farbort, etc. |
|
| BTS2048-VL-CP-ILED-B-IS-1.0-HL |  |
CCD-Sensor Spektralradiometer zur Messung der CIE 127B "Averaged LED Intensity". Features: Messadapter mit kompakter Ulbrichtkugel für eine hohe Homogenität des Messfeldes. Hochwertiges Spektralradiometer für CW und Pulsmessungen |
