Idag är en sån där dag…

Jag önskar att jag hade något riktigt spännande att skriva om idag. Men ibland består livet som teknikintresserad bloggare av betydligt mindre glamorösa saker än man först tänker sig.

Igår åkte vi till stan för att leta material till mitt pågående projekt med Lamp-labbet. Vi letade, hittade ingenting, letade lite till och hittade fortfarande ingenting. Till slut gav vi upp, åkte hem och började rota i förrådet istället.

Och där, mitt bland allt annat bråte, hittade jag precis vad jag behövde.

En sfär.

Närmare bestämt en stor guldfiskskål i glas, med platt fot och en öppning i toppen. Ibland behöver man tydligen inte åka till specialbutiker eller beställa dyr laboratorieutrustning från andra sidan jordklotet. Det räcker med att leta bland gamla prylar i förrådet.

Ett perfekt utgångsläge för att bygga en egen integrationssfär. Eller hur?

Om du nu funderar på vad tusan jag pratar om så ska jag förstås förklara närmare.

Ulbricht och den magiska sfären

Om du någonsin har funderat på hur man faktiskt mäter det totala ljusflödet från en pannlampa eller ficklampa har du förr eller senare trillat ner i kaninhålet som heter integrationssfär, eller Ulbricht-sfär som den också kallas.

Nej, det är inte namnet på en skurk från någon gammal science fiction-film. Det handlar faktiskt om en av belysningsteknikens riktigt smarta uppfinningar, och eftersom jag ändå inte har något mer spännande att rapportera från gårdagen tänkte jag att vi kunde ägna lite tid åt att bekanta oss med mannen bakom det hela.

Vi får backa bandet till början av 1900-talet. Den tyske fysikern Richard Ulbricht utvecklade en metod för att mäta ljusflöde med hjälp av en sfärisk konstruktion. Problemet han försökte lösa var egentligen ganska enkelt att förstå, men betydligt svårare att hantera rent optiskt.

En ljuskälla sprider nämligen inte ljuset jämnt åt alla håll. En lampa med reflektor kan koncentrera nästan allt ljus till en smal stråle, medan andra ljuskällor sprider ljuset betydligt bredare.

Om du placerar en vanlig ljussensor framför lampan mäter du därför bara hur mycket ljus som träffar en viss punkt. Det värdet kallas lux. Det är något jag i dagsläget kan mäta med rätt så bra precision. Men problemet är att det inte säger särskilt mycket om hur mycket ljus lampan faktiskt producerar totalt, vilket är mer intressant för en användare.

Det är här lumen kommer in i bilden.

Ulbrichts lösning var att använda ett slutet, klotformat utrymme med en extremt diffus och reflekterande insida. Istället för att ljuset studsar omkring som i en spegel sprids det vidare åt en mängd olika riktningar varje gång det träffar den matta ytan.

Efter ett antal reflektioner blir ljuset mycket jämnare fördelat i sfären. Det innebär att man inte längre behöver bry sig särskilt mycket om hur den ursprungliga ljusstrålen såg ut. En smal och koncentrerad stråle eller ett brett arbetsljus behandlas i princip på samma sätt.

Det är nästan lite magiskt när man tänker på det.

Genom att placera en ljussensor på insidan, bakom en liten skärm som kallas baffel, hindrar man sensorn från att se ljuskällan direkt. Istället registrerar den det diffusa ljuset som reflekterats runt i sfären.

Med rätt kalibrering kan man sedan använda mätvärdet för att beräkna ljuskällans totala ljusflöde i lumen.

Plötsligt har man alltså ett sätt att mäta hur mycket ljus en lampa faktiskt producerar, oavsett om den försöker lysa upp en hel skog eller koncentrera allt ljus på en stackars älgko långt borta.

Varför är sfären kungen av lumenmätning?

I DIY-världen finns det många som bygger så kallade Lumen Tubes. Det handlar ofta om en konstruktion med avloppsrör och en eller flera böjar som gör att sensorn inte ser ljuskällan direkt.

Det fungerar faktiskt förvånansvärt bra och är ett betydligt enklare sätt att komma igång med ljusmätning. Men en riktig integrationssfär har några intressanta fördelar.

Eftersom alla punkter på insidan av ett klot har samma avstånd till centrum får man en geometriskt symmetrisk konstruktion. Ljuset kan spridas runt i alla riktningar och blandas innan det når sensorn.

Det innebär bland annat att:

• En extrem thrower och en bred flooder kan mätas enligt samma princip. Ljuskäglans ursprungliga form får betydligt mindre betydelse.
• Ljuset fördelas över en större yta, vilket gör mätningen mindre känslig för varifrån ljuset kommer.
• Även ljusets spektrala egenskaper kan undersökas med rätt typ av sensor eller spektrometer.

Det sistnämnda är särskilt intressant om man vill undersöka färgtemperatur och hur olika ljuskällor faktiskt återger färger.

Det finns förstås begränsningar. En integrationssfär är inte automatiskt perfekt bara för att den är rund. Ytans egenskaper, öppningarnas storlek och placering samt baffelns utformning påverkar resultatet. Det är därför professionella mätinstrument både är noggrant konstruerade och kalibrerade.

Men det är också just därför det är så intressant att försöka bygga en egen.

Skrotningspremie på gamla guldfiskskålar

Professionella Ulbricht-sfärer på laboratorienivå kan kosta tiotusentals kronor och ibland betydligt mer. De använder specialutvecklade beläggningar med mycket hög diffus reflektionsförmåga, exempelvis bariumsulfat eller kommersiella beläggningar som Spectraflect.

Det är med andra ord inte riktigt något man springer in och köper på Biltema en fredagseftermiddag.

Men måste man verkligen ha professionell utrustning för att komma igång?

Det är här min gamla guldfiskskål kommer in i bilden.

Med en lämplig reflekterande ytbehandling, lite kreativitet och en hel del tålamod går det faktiskt att bygga en egen konstruktion som kan användas för att mäta ljusflöde.

Jag har nu hittat en glassfär som har precis den form jag behöver. Den har en platt fot, en öppning i toppen och framför allt tillräckligt med utrymme för att kunna bygga en intern baffel och placera mätutrustningen på rätt sätt.

Insidan har jag dessutom lyckats få behandlad med färg, vilket gör att jag äntligen har något som börjar likna en riktig integrationssfär.

Det är faktiskt en betydligt bättre utgångspunkt än jag först hade räknat med.

Däremot är jag inte riktigt färdig ännu. Jag har haft lite problem med att få till en korrekt intern baffel med rätt vinkel och placering. Det låter kanske som en ganska liten detalj, men när man börjar fundera på hur ljuset faktiskt rör sig inuti konstruktionen inser man ganska snabbt att det finns en anledning till att professionella instrument kostar pengar.

Man kan säga att det är lite mer komplicerat än att bara måla en guldfiskskål vit och hoppas på det bästa.

Nästa steg i Lamp-labbet

Målsättningen är att få min Ulbricht-sfär färdig, testad och kalibrerad så snart som möjligt. Förhoppningsvis kan jag börja använda den redan idag, men jag har lärt mig att inte lova för mycket när det gäller DIY-projekt.

Det jag verkligen ser fram emot är att börja mäta mina redan testade pannlampor och ficklampor på ett mer kontrollerat sätt. Jag vill kunna jämföra tillverkarnas specifikationer med verkliga mätresultat och framför allt skapa en metod som går att upprepa på samma sätt för varje lampa.

Det är trots allt hela poängen med Lamp-labbet. Jag vill inte bara skriva att en pannlampa känns stark eller att tillverkaren lovar 3000 lumen. Jag vill kunna undersöka vad som faktiskt händer när man trycker på strömbrytaren.

Och om allt går enligt plan kommer en gammal guldfiskskål snart att vara en viktig del av den processen.

Vem hade kunnat ana att vägen till ett eget ljuslaboratorium skulle gå via ett förråd?

Jag återkommer när allt är färdigt. Då ska vi förhoppningsvis börja plocka fram lite mer intressanta siffror än antalet misslyckade inköpsrundor.

Ha en riktigt bra dag så hörs vi snart igen!