Radiómetros y Fotómetros
Radiómetro
Un Radiómetro es un equipo usado para medir la intensidad de energía radiante. La mayoría de los radiómetros utilizan simplemente fotocélulas como sensores. Para poder medir la radiación emitida de un espectro específico o para incorporar el radiómetro dentro de cierta respuesta espectral, se utiliza normalmente un filtro óptico. Este filtro óptico ofrece una solución simple y de bajo costo.
Las aplicaciones industriales del radiómetro principalmente son para medir irradiación y radiación. Para poder cuantificar la emisión de radiación de una fuente, se realizan normalmente mediciones de radiación. Por otro lado, cuando el nivel de exposición es el problema, se puede medir la irradiación o irradiación integrada.
Aplicaciones de un Radiómetro
El Radiómetro es comúnmente usado en la industria para cuantificar la luz que está fuera del espectro visible, por ejemplo, ultravioleta e infrarroja. La luz ultravioleta (UV) es ampliamente utilizada en la industria para varias aplicaciones, por ejemplo:
- Curado o fotorresistencia en la fabricación de semiconductores
- Curado de emulsiones para impresión o elaboración de placas
- Ensayos de solidez del color
- Aplicaciones biológica
Para realizar mediciones UV con un radiómetro, sea mediciones de radiación o irradiación, se debe especificar la respuesta espectral (longitud de onda y pico de longitud de onda), según la aplicación específica.
Además de UV, la energía infrarroja es también un parámetro común en el campo de las mediciones radiométricas. La medición infrarroja es útil ya que todos los materiales emiten radiación infrarroja según sus energías térmicas. Los termómetros infrarrojos utilizan el principio de medición de radiación infrarroja para determinar la temperatura del objeto sin entrar en contacto con él. Es por ello que dicho radiómetro infrarrojo es también comúnmente conocido como “Termómetro de Radiación”. Se utilizan diferentes filtros con respuestas espectrales específicas para diferentes aplicaciones y rangos de temperatura.
Fotómetro
Un fotómetro puede ser definido como un instrumento de medición de la luz visible. Los medidores de luminancia e iluminancia son los fotómetros más comunes y están fácilmente disponibles como sistemas “listos para usar”. Los medidores de flujo luminoso y medidores de intensidad luminosa no están ampliamente disponibles y generalmente tienen que ser adaptados según la aplicación específica de medición de luz específica debido a la geometría de medición involucrada.
La diferencia básica entre un radiómetro y un fotómetro es que el último responde a la luz como el observador estándar de la CIE. En otras palabras, la respuesta espectral del fotómetro debe seguir la curva de la función estándar de luminosidad V* de la CIE.
Sensores
El sensor del fotómetro, que decide la conformidad a la curva V* de la CIE, es vital para el desempeño preciso del fotómetro. Sensores no filtrados y filtrados han sido utilizados en fotómetros.
Los sensores no filtrados, como el sulfuro de selenio y de cadmio, reciben una respuesta espectral natural que se aproxima a la curva V*. Sin embargo, esta desviación de la curva V* la hace impráctica para mediciones precisas de fotometría y es más comúnmente usada en aplicaciones de interruptores automáticos de luz. Los fotómetros más modernos con filtro utilizan diodos fotoeléctricos de silicio que incorporan filtros ópticos delante del sensor para que la transmisión del filtro y la respuesta espectral del sensor puedan combinarse para igualar cercanamente la curva V* de la CIE.
La CIE reconoce la necesidad de un método válido aplicable a nivel internacional para especificar la calidad de un sensor fotométrico. Es por ello que se desarrolló un valor f1. El valor f1, especificado en porcentaje de error, representa el grado en cual la respuesta espectral relativa se asemeja a la curva V* de la CIE.
Método de Calibración
Además del valor f1, el método de calibración del fotómetro es también un factor importante cuando se decide su conveniencia para una aplicación específica. Por ejemplo, un fotómetro con un amplio valor relativo f1 todavía puede alcanzar una buena precisión cuando la fuente de luz medida y la lámpara estándar utilizada durante el proceso de calibración son similares. Existen dos métodos básicos de calibración de fotómetros. El primero y más común es utilizando una lámpara estándar (generalmente una lámpara de tungsteno). Estas lámparas son certificadas y trazables a los estándares nacionales de laboratorios e instituciones. El fotómetro se ajusta hasta que la lectura de medición iguala la salida certificada de la lámpara estándar. El segundo método de calibración es usar detectores estándares. Estos detectores tienen sensores incorporados donde la respuesta espectral iguala perfectamente la curva V* CIE. En estas calibraciones, también es necesaria una lámpara pero su valor puede ser variado debiendo mantenerse estable. El detector estándar primero mide el valor de la lámpara, y es substituido por un fotómetro que se ajusta hasta que la medición de lecturas sean similares al detector estándar. Estos detectores también pueden ser certificados y trazables a estándares nacionales.
Factor de Corrección de Color
La corrección de la combinación filtro-detector respecto la curva CIE V* es generalmente pobre al final del rango espectral visible. Por ello, la temperatura de color de la lámpara usada durante la calibración es fundamental. Dado que la mayoría de los fotómetros son calibrados por una lámpara de tungsteno, medición de incandescentes, de reflectores halógenos y de la luz solar generalmente brindan buena precisión. Sin embargo, estos fotómetros no son compatibles para mediciones monocromáticas de luz o fuentes de luz de banda estrecha, como por ejemplo LEDs azules y blancos. El error de medición también será significativo en las lámparas de descarga, por ejemplo tubos luminiscentes, que muestran claramente picos (es decir, líneas espectrales, en el espectro visible).
Por este motivo, los fotómetros modernos tienen incorporado una función de Factor de Corrección de Color para compensar el error causado por esta diferencia de respuesta espectral entre el sensor y la curva CIE V*. El valor CCF puede calcularse cuando la respuesta espectral del sensor y la distribución de energía espectral de la fuente de luz son conocidas. Un método alternativo y más fácil consiste en transferir los datos de medición de un estándar primario (por ejemplo, datos tomados desde un espectrorradiómetro) al fotómetro variando el valor CFF. El CFF también puede ser usado como una función de calibración del usuario, la que es particularmente de utilidad si se necesitan estándares de trazabilidad en el momento.
Aplicaciones de Fotómetros
Existen múltiples mediciones de luz que se pueden realizar. No es de sorprender, que la incorrecta aplicación del instrumento fotométrico por el usuario se puede transformar en una fuente común de error. Para muchos usuarios, el obstáculo principal para la medición correcta de luz es la falta de conocimiento de las características del tipo de medición requerida. Los intentos por convertir entre unidades también generan errores graves. Por ejemplo, el error más común es intentar utilizar un medidor de iluminancia (lumen/m2) para determinar flujo luminoso (lumen), o usar un medidor de luminancia (candela/m2) para determinar la intensidad luminosa (candela). Existen cuatro instrumentos fotométricos principales que son el medidor de luminancia, el medidor de iluminancia, el medidor de flujo luminoso, y el medidor de intensidad luminosa.