透明結構中半球光透射的標準化測量
透明結構中半球光透射的標準化測量
案例研究 - 透明結構中半球光透射的標準化測量
Electro Optics 公司的 Keely Portway 了解到一組研究人員如何開發出一種新的測量方法和儀器，用於測量透明材料（例如結構化玻璃、紡織品、塑膠以及農業應用中的螢幕和網）的半球光透射。
光子學和光學技術在農業領域的應用日益廣泛，例如數據收集和分析、疾病檢測、採摘和分類、廢物預防，甚至防止農業設備或農藥幹擾或傷害當地野生動物。
隨著人口成長和對食物來源需求的增加，這類技術在幫助農業以更有效率的方式提供更永續的食物、減少有害化學物質方面發揮著不可估量的作用。但仍有更多工作要做，研究人員、學者和商業合作夥伴正在該領域開發更先進的解決方案，從而開啟更多應用情境。
例如，荷蘭瓦赫寧根大學及研究中心 (WUR) 下屬的瓦赫寧根溫室園藝中心的研究團隊一直在尋找一種方法來測定溫室和其他受保護的透明結構中作物可用的太陽輻射量或光合有效輻射量。
這個特殊應用的挑戰在於，這些結構中使用的材料（結構化玻璃、紡織品、塑膠、螢幕和網子）是透過測量材料的半球光透射率來表徵的，這是一種比垂直入射光透射率更適合確定植物可用的太陽輻射量或光合有效輻射量的光學特性。
全方位
首席研究員 Gert-Jan Swinkels 解釋說：「溫室園藝是一項重要的產業。尤其是在陽光較少的國家，覆蓋材料（在北歐通常是玻璃）的透射率是一項非常重要的特性，因為它可以決定作物的利潤和產量。在溫室中，半球透射率比垂直透射率是一項非常重要的特性，因為它可以決定作物的利潤和產量。在溫室中，半球透射率比垂直透射率更能作為基準，因為當產品價格高射時（冬季價格高漲），天氣輻射高時更能射光時輻射高時（冬季輻射價格高，天氣輻射高時（冬季輻射價格高，天氣輻射高時更能射光時（冬季輻射）價格高， 75%。
“我們認為我們需要能夠測量半球透射率，因為這意味著光來自各個方向。”
這並非標準測量方法，因此瓦赫寧根大學（WUR）自行開發了設備。 Swinkels 繼續說道：“長期以來，我們是少數幾家能夠根據最初為溫室玻璃制定並於 2018 年修訂的 NEN2675 標準進行商業化測量的公司或機構之一。”
該大學聯繫了 Admesy，希望他們能幫助開發一種可以商業化的儀器，以便所有相關方都能購買該設備並根據新制定的標準進行測量。 Swinkels 的理由是：“因為如果人們無法按照新標準進行測量，那麼新標準就毫無用處。”
Admesy 已經擁有許多可根據客戶個人化需求量身訂製的商業化產品，因此第一步是合作並研究所需的具體規格。 Admesy 執行長 Steven Goetstouwers 解釋道：「我們最初是從了解 WUR 擁有哪些功能以及實際測量內容開始的。然後，我們又研究了標準的具體描述，因為我們總是喜歡從標準本身開始追溯，以確保不會在之前就被技術選擇所束縛。之後，我們研究瞭如何在一個不需要高技能操作員的系統中實現這一點，因為在工廠中實現這一點。
挑戰
兩家機構在製定解決方案時面臨的挑戰包括對極高精確度的需求。 Swinkels 解釋道：“有一條科學規律，尤其對於像西紅柿這樣的蔬菜作物而言，即1%的額外光照大約會增加0.7%到1%的產量，因此種植者希望了解其材料透射率的精確度，精確到十分之一。標準並沒有要求達到這樣的精確度，但種植者仍然希望獲得最高的精確度，因此這是一個挑戰，尤其是對於玻璃而言。
“測量漫射材料的透射率相當複雜，因此很容易出現較大的誤差，尤其是在入射角較大的情況下。”
克服這些挑戰的關鍵在於合作。 Goetstouwers 解釋說：「開發一種新的測量方法面臨的一個有趣的挑戰是，沒有可用的參考樣品。WUR 擁有多年測量不同玻璃的經驗，因此他們知道哪些數值合理，哪些數值不合理。他們有一塊玻璃，我們可以將其作為參考，我們相信這是一塊相對正常的玻璃，然後將其放在我們的機器上進行測量，觀察變量。
Admesy 玻璃穿透解決方案是一個全封閉的懸吊式測角系統，包含一個系統外殼、一個寬波長 LED 準直光源、一個自動化玻璃支架、一個帶參考光的積分球以及 Admesy Neo 系列光譜儀。光源是一個具有準直透鏡系統的全光譜 LED 光源。它具有熱穩定性，並具有顯色指數 (CRI) 98 的全光譜輸出。準直透鏡系統可提供漫射光斑，亮度均勻性高達 90%，色移 Δx 和 Δy < 0.002，光斑尺寸為 110 毫米，光束發散度為 3%。
Neo 本身就是一個多功能平台，源自於該公司近二十年在消費性電子測量設備領域的深厚積累，並能夠為更廣泛的應用領域打造光譜測量解決方案。它基於值得信賴的 Rhea 系列光譜儀，該系列光譜儀本身就是一款高端測量設備，在線性信噪比、波長精度和絕對精度方面均具有極高的光學性能。
該系統得到了瓦格納大學和研究中心 (WUR) 團隊的認可，Swinkels 透露：“我們用我們的系統進行了一些測量，並將其與新的 Admesy 系統進行了比較，以確保系統和結果相似，並且完全符合精度要求。”
Steven Goetstouwers 總結道：「我們現在有一套系統，可以自動測量半米 x 半米大小的樣品，但手動操作時，這個罩殼也適用於更大的樣品。我們沒有復制 WUR 系統，主要原因是我們正嘗試將一個更科學的系統轉變為一個可以在工廠安裝的系統。目前，我們基本上處於市場驗證階段，因此我們期待一些從潛在客戶那裡推出樣品。
“我們現在有一個系統，可以自動測量半米乘半米的樣本尺寸，但手動測量時，外殼也適合更大的樣本。”
農業公司終於能夠購買標準化的測量解決方案，從而可以對複雜參數進行簡單評估並與其他人的測量結果進行比較，這是一個新時代。