Bài viết trình bày việc nghiên cứu phát triển hệ thống chuẩn thang độ nhạy độ rọi (VMI-PR-006) dùng để hiệu chuẩn thang độ nhạy độ rọi quang kế chuẩn, dựa trên cơ sở phương pháp so sánh với quang kế chuẩn đã biết.
Nghiên cứu khoa học công nghệ NGHIÊN CỨU, PHÁT TRIỂN HỆ THỐNG CHUẨN THANG ĐỘ NHẠY, ĐỘ RỌI TẠI VIỆN ĐO LƯỜNG VIỆT NAM Cao Xuân Quân*, Hoàng Ngọc Dũng, Lê Ngọc Hiếu, Lê Thị Thu Thủy, Nguyễn Thị Huyền Tóm tắt: Trong lĩnh vực đo lường quang Việt Nam, hệ thống chuẩn thang độ nhạy độ rọi cần thiết phát triển Hiện nay, có hai phương pháp sử dụng để phát triển hệ thống chuẩn thang độ nhạy độ rọi, phương pháp sử dụng nguồn sáng chuẩn (đèn chuẩn cường độ sáng) phương pháp so sánh với quang kế chuẩn biết giá trị thang độ nhạy độ rọi Tuy nhiên, phương pháp phát triển hệ thống chuẩn thang độ nhạy độ rọi với mục tiêu có độ khơng đảm bảo đo nhỏ Trong cơng trình này, chúng tơi nghiên cứu phát triển hệ thống chuẩn thang độ nhạy độ rọi (VMI-PR-006) dùng để hiệu chuẩn thang độ nhạy độ rọi quang kế chuẩn, dựa sở phương pháp so sánh với quang kế chuẩn biết Từ khóa: Đo lường quang, Thang độ nhạy độ rọi (A/lx), Quang kế chuẩn, ĐLVN 257:2014 GIỚI THIỆU Thang độ nhạy độ rọi quang kế chuẩn (A/lx) có vai trò đặc biệt quan trọng dùng để thiết lập cường độ sáng, quang thông, độ nhạy độ rọi quang kế chuẩn, độ rọi chuẩn [1,6,7,8] Đặc biệt, nội dung ĐLVN 257:2014, yêu cầu kỹ thuật quang kế chuẩn dùng để kiểm định phương tiện đo độ rọi dẫn xuất từ thang độ nhạy độ rọi quang kế chuẩn với độ không đảm bảo đo mở rộng U ≤ 1,0% (k=2) [9] Hiện nay, hầu hết phòng Đo lường quang học Viện Đo lường Quốc gia (NMIs-National Institute of Metrology) nghiên cứu phát triển hệ thống chuẩn thang độ nhạy độ rọi sở phương pháp so sánh với quang kế chuẩn biết thang độ nhạy độ rọi (A/lx) Trong phương pháp này, thang độ nhạy độ rọi chuẩn (A/lx) quang kế chuẩn cần hiệu chuẩn xác định dựa thang độ nhạy độ rọi quang kế chuẩn (A/lx) biết Thang độ nhạy độ rọi quang kế chuẩn cần hiệu chuẩn tính biểu thức sau [1, 3, 4]: svT yT svR yT R Ev y CCF R (1) đó, svT , svR tương ứng độ nhạy độ rọi quang kế cần hiệu chuẩn quang kế chuẩn (A/lx), yT , y R tương ứng dòng quang đo từ quang kế cần hiệu chuẩn quang kế chuẩn (A), CCF R hệ số hiệu màu tính theo biểu thức[3]: e S d e V d s rel t (2) CCF e V d e S d s t Tạp chí Nghiên cứu KH&CN quân sự, Số 47, 02 - 2017 rel 127 Vật lý đó, es phân bố phổ nguồn sáng A (CIE illuminant A), et phân bố phổ nguồn sáng dùng cho hiệu chuẩn độ nhạy độ rọi đo thiết bị đo phổ xạ, Srel độ nhạy phổ tương đối quang kế chuẩn, V hàm độ nhạy phổ mắt người Trong cơng trình này, chúng tơi nghiên cứu phát triển hệ thống chuẩn thang độ nhạy độ rọi Phương pháp hiệu chuẩn thang độ nhạy độ rọi quang kế chuẩn cần hiệu chuẩn phương pháp so sánh với thang độ nhạy độ rọi quang kế chuẩn khoảng cách khác Chúng sử dụng hệ thống chuẩn thang độ nhạy độ rọi nghiên cứu phát triển (VMI-PR-006) để tiến hành hiệu chuẩn thang độ nhạy độ rọi quang kế chuẩn (P11FOT-AG*; S/N: 12B236) có tính đến hệ số En THỰC NGHIỆM Trong báo này, thực nghiên cứu xây dựng hệ thống chuẩn thang độ nhạy độ rọi VMI-PR-006 nhóm nghiên cứu chế tạo VMI sử dụng quang kế chuẩn (model: P30SCT; S/N: 09B622; U= 0,8%; Hãng LMT-Đức) thiết bị đo dòng nhỏ (Pico-ammeter, Keithley 6485) để đo dòng quang Đối tượng nghiên cứu quang kế chuẩn cần hiệu chuẩn (P11FOTAG*; S/N: 12B236) Sơ đồ hệ thống chuẩn VMI-PR-006 biểu diễn hình Hình Sơ đồ hệ thống chuẩn thang độ nhạy độ rọi (VMI-PR-006) Chúng sử dụng đèn chuẩn Tungsten halogen (P = 1kW, FEL) lắp đặt giá trắc quang chỉnh thông qua thiết bị định tâm laser Điều kiện làm việc đèn chuẩn với nhiệt độ màu TC = 2700 K ÷ 3200 K xác định thông qua thiết bị đo phổ xạ CS-2000A (Konica Minolta, Japan) 128 C X Quân, H N Dũng, …, “Nghiên cứu, phát triển hệ thống… Viện Đo lường Việt Nam.” Nghiên cứu khoa học công nghệ KẾT QUẢ, THẢO LUẬN Điều kiện làm việc đèn xác định cách khảo sát ảnh hưởng điện áp đến nhiệt độ màu đặc trưng đèn Trong nghiên cứu này, chúng tơi tiến hành tăng dòng ni cho đèn chuẩn đến đèn chuẩn phát xạ nhiệt độ màu đặc trưng (CT = 2856K), thời gian thực tăng dòng ni t phút Đồ thị phụ thuộc nhiệt độ màu vào điện áp đèn chuẩn biểu diễn hình Hình Đồ thị phụ thuộc nhiệt độ màu vào điện áp đèn chuẩn Từ kết thu hình 2, xác định điều kiện làm viêc đèn chuẩn Như vậy, vùng điện áp (V) cung cấp làm cho đèn chuẩn phát xạ xạ có nhiệt độ màu đặc trưng CT = 2856 K xem vùng điện áp (V) lựa chọn để làm việc đèn chuẩn Có thể thấy, điện áp làm việc đèn chuẩn khoảng U = 92,12 V 92,23 V Để đánh giá mức độ tin cậy hệ thống chuẩn VMI-PR-006 (VMI) dùng để hiệu chuẩn thang độ nhạy độ rọi quang kế chuẩn (A/lx) Chúng tiến hành hiệu chuẩn thang độ nhạy độ rọi quang kế chuẩn cần hiệu chuẩn (P11FOTAG*; S/N: 12B236, hãng LMT, Germany) thực hệ thống chuẩn VMI-PR-006 (VMI) Kết thu được tổng hợp bảng Bảng Kết hiệu chuẩn thang độ nhạy độ rọi quang kế chuẩn ( P11FOT-AG*) hệ thống chuẩn VMI-PR-006 Mức độ Giá trị độ nhạy xác Dòng quang TT rọi chuẩn định hệ VMI-PR-006 (nA) (lx) Sv, (A/lx) 100 2445,937 24,46 300 7325,385 24,42 500 12257,88 24,52 1000 24506,25 24,51 2000 49420,00 24,71 Tạp chí Nghiên cứu KH&CN quân sự, Số 47, 02 - 2017 129 Vật lý Bảng Ước lượng độ không đảm bảo đo phép hiệu chuẩn thang độ nhạy độ rọi quang kế chuẩn ( P11FOT-AG*)[5,6] Các thành độ không đảm bảo đo Mô tả Độ không đảm bảo đo chuẩn thành phần tương đối ur ( y ) [%] Hệ số nhạy ci ci ur y % Gây phép đo lặp quang kế chuẩn 0,01 0,01 Gây việc lắp đặt quang kế chuẩn 0,01 0,01 Gây dòng ni đèn chuẩn 0,01 0,06 Gây ánh sáng phông 0,01 0,01 Độ không đảm bảo đo quang kế chuẩn 0,40 0,40 Gây phép đo lặp quang kế chuẩn cần hiệu chuẩn 0,01 0,01 straylight Gây ánh sáng phông 0,08 0,08 instrument Gây dòng ni đèn chuẩn 0,01 12 0,12 Gây việc lắp đặt quang kế chuẩn cần hiệu chuẩn 0,12 0,12 Độ tái lặp hệ thống chuẩn 0,12 0,12 ur y R ur yR rep align u r ( y R ) instrument ur y R u r S vR u r yT straylight cal rep ur yT ur y T u r yT align ur repro ur ,c SvT U r S vT ; k=2 Độ không đảm bảo đo tổng hợp 0,46 Độ không đảm bảo đo mở rộng 0,92 Độ không đảm bảo đo mở rộng thu hiệu chuẩn thang độ nhạy độ rọi quang kế chuẩn (P11FOT-AG*) hệ thống chuẩn VMI-PR-006 có giá trị U = 0,92% với hệ số phủ k = Kết cho phép nhận thấy hệ thống chuẩn VMIPR-006 nghiên cứu xây dựng có độ xác cao tương đương với hệ thống chuẩn thang độ nhạy độ rọi khu vực Để khẳng định kết luận này, 130 C X Quân, H N Dũng, …, “Nghiên cứu, phát triển hệ thống… Viện Đo lường Việt Nam.” Nghiên cứu khoa học công nghệ tiến hành so sánh kết hiệu chuẩn thang độ nhạy độ rọi quang kế chuẩn hai hệ thống chuẩn VMI-PR-006 KRISS [2] Kết so sánh bảng sau Bảng Kết so sánh phép hiệu chuẩn độ nhạy độ rọi quang kế chuẩn hai hệ đo VMI-PR-006 KRISS[7,8,9] Mức độ rọi Độ nhạy độ rọi Sai lệch tuyệt đối (lx) Sv (nA/lx) Sv (nA/lx) 100 300 500 1000 2000 VMI-PR-006 24,46 24,42 24,52 24,51 24,71 KRISS 24,47 24,56 24,62 24,74 24,92 VMI-PR-006 / KRISS-1 0,0004 0,0057 0,0041 0,0093 0,0084 Từ bảng 3, dễ dàng nhận thấy, chênh lệch độ nhạy độ rọi trung bình mức độ rọi ((VMI-PR-006/KRISS)-1) là: 0,0093 (nA/lx) ~ 0,93% Với kết hiệu chuẩn thang độ nhạy độ rọi quang kế chuẩn (P11FOT-AG*; S/N: 12B236) hệ thống chuẩn VMI-PR-006 (VMI) hệ thống chuẩn (KRISS) [2], với số En tính có giá trị En = 0,69 < KẾT LUẬN Chúng nghiên cứu xây dựng hệ thống chuẩn thang độ nhạy độ rọi VMIPR-006 sử dụng để tiến hành hiệu chuẩn thang độ nhạy độ rọi quang kế chuẩn Kết sử dụng hệ thống chuẩn thang độ nhạy độ rọi VMI-PR-006 để tiến hành hiệu chuẩn thang độ nhạy độ rọi quang kế chuẩn (P11FOT-AG*) đạt độ không đảm bảo đo mở rộng ước lượng khoảng U = 0,92%, k = Chúng tiến hành so sánh kết hiệu chuẩn thang độ nhạy độ rọi quang kế chuẩn (P11FOTAG*; S/N: 12B236) hệ thống chuẩn VMI-PR-006 (VMI) hệ thống chuẩn (KRISS), với số En tính có giá trị En = 0,69 < Có thể kết luận rằng, hệ thống chuẩn VMI-PR-006 mà nghiên cứu xây dựng sở phương pháp so sánh với quang kế chuẩn biết thang độ nhạy độ rọi (A/lx) có độ xác cao tương đương với hệ thống chuẩn thang độ nhạy độ rọi NMIs khu vực Lời cảm ơn: Nhóm tác giả cảm ơn tài trợ kinh phí Viện Đo lường Việt Nam TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] CasimerDeCusatis, “Handbook of Applied photometry”, Spinger, 1998 [2] KRISS, “Certificate of Calibartion for photometer head P11FOT-AG/SN: 12B236”, 2015 [3] Yoshihiro Ohno, “NIST measurement services: Photometric calibrations”, NIST Special Publication 250-37, pp.13-14, 1997 Tạp chí Nghiên cứu KH&CN quân sự, Số 47, 02 - 2017 131 Vật lý [4] KRISS, “Illuminance Responsivity, Tungsten source, illuminance meter (CMC 1.2.1): Center for Temperature and Light”, Division of Physical Metrology, 2010 [5] “Hướng dẫn đánh giá trình bày độ khơng đảm bảo đo”, ĐLVN 131:2004 [6] Luminous intensity calibration procedure: PR-CP-02 [7] Cao Xuân Quân, “Độ nhạy độ rọi – Quy trình hiệu chuẩn”, V11.M-01.10 [8] Cao Xuân Quân,“Phương tiện đo độ rọi-Quy trình hiệu chuẩn”, V11.M-03.10 [9] “Phương tiện đo độ rọi - Quy trình kiểm định: ĐLVN 257:2014”, Tổng cục Tiêu chuẩn Đo lường Chất lượng, 2014 ABSTRACT REASEARCH AND DEVELOPMENT OF ILLUMINACE RESPONSIVITY SCALE STANDARD SYSTEM AT THE VIETNAM METROLOGY INSTITUTE In the field of Photometry and Radiometry in Vietnam, Metrology, the Illuminance responsivity standard system need to be developed Nowadays, there are two methods to develop the Illuminance responsivity scale standard system One of them uses a standard light source (Luminous intensity standard lamp) and the other is the method of comparison with a standard photometer head with Illuminance responsivity value However, the methods developing Illuminance responsivity scale standard system with objective are small uncertainty In this work, the Illuminance responsivity scale standard system (VMI-PR-006) using to calibrate illuminance responsivity of photometer based on the method of comparison with a used standard photometer head Keywords: Photometry and Radiometry, Illuminance responsivity scale (A/lx), Standard photometer, ĐLVN 275 : 2014 Nhận ngày 12 tháng 10 năm 2016 Hoàn thiện ngày 16 tháng 11 năm 2016 Chấp nhận đăng ngày 20 tháng 02 năm 2017 Địa chỉ: Viện Đo lường Việt Nam; Email: quancx@vmi.gov.vn * 132 C X Quân, H N Dũng, …, “Nghiên cứu, phát triển hệ thống… Viện Đo lường Việt Nam.” ... Dũng, …, Nghiên cứu, phát triển hệ thống Viện Đo lường Việt Nam. ” Nghiên cứu khoa học công nghệ tiến hành so sánh kết hiệu chuẩn thang độ nhạy độ rọi quang kế chuẩn hai hệ thống chuẩn VMI-PR-006... thang độ nhạy độ rọi Phương pháp hiệu chuẩn thang độ nhạy độ rọi quang kế chuẩn cần hiệu chuẩn phương pháp so sánh với thang độ nhạy độ rọi quang kế chuẩn khoảng cách khác Chúng sử dụng hệ thống chuẩn. .. độ nhạy độ rọi quang kế chuẩn Kết sử dụng hệ thống chuẩn thang độ nhạy độ rọi VMI-PR-006 để tiến hành hiệu chuẩn thang độ nhạy độ rọi quang kế chuẩn (P11FOT-AG*) đạt độ không đảm bảo đo mở rộng