European knowledge baseEuropean calibration knowledge platform
UV-radiometria · Dózismeasurement · Measurement uncertainty

UV-sugárzásmérő és UV-power meter calibrationának teljes uncertaintyi costvetése

Az UV-A, UV-B és UV-C tartományban a műszer indicatione csak akkor értelmezhető, ha a spektrális responsivitást, a forrás spektrumát, a geometriai illesztést, a temperaturei hatásokat és az időintegrálást egyetlen védhető measurement modellben kezeljük.

UV-sugárzásmérő calibrationi lánca

Az UV-mérőműszerek calibrationa nem egyszerűen egy kijelzett value összehasonlítása. A detektor spektrális responsivitása, a referenciaforrás spektruma és az applyásban használt UV-forrás spektruma often lényegesen különbözik. Emiatt az ugyanabban a fizikai unitben közölt resultek között is jelentős, applyásfüggő eltérés lehet.

1. Measurement feladat és measurand

A példában egy UV-C power metert kalibrálunk 254 nm környezetében, 10,00 mW·cm−2 referencia-besugárzás mellett. A measurand az érzékelő referencia-síkjában, meghatározott spektrális distribution és geometria mellett fennálló besugárzás.

Besugárzás

Ee = dΦe / dA

A measurand definíciójának tartalmaznia kell a hullámhossztartományt, a forrás modelát, a detektor referencia-síkját, a távolságot, a angle of incidenceet, az aktív felületet, a measurement időt, valamint a műszer üzemmódját és tartományát.

2. UV-A, UV-B és UV-C: nem felcserélhető measurement feladatok

UV-A

315–400 nm. Ipari térhálósítás, fotopolimerizáció és anyagöregítés. A spektrum often széles, LED-alapú rendszereknél keskenyebb.

UV-B

280–315 nm. Fotobiológiai és anyagvizsgálati applyások. A biológiai súlyfüggvények miatt a spektrális accuracy kiemelten fontos.

UV-C

100–280 nm. Fertőtlenítés, higanylámpák és excimersources. A 254 nm, 222 nm és UV-C LED rendszerek measurement válasza nem kezelhető azonos korrekcióval.

3. Measurement modellek

Általános összehasonlító modell

EDUT = Eref · (RDUT / Rref) · Csp · Cgeo · Clin · CT · Cdrift

A referenciavalue önmagában is not sufficient. A modellben külön kell kezelni a spectral correctiont, a geometriai eltérést, a linearityt, a detektor temperaturei érzékenységét és a referenciaforrás driftjét.

Spektrálisan integráló detektor jele

S = ∫ Eλ(λ) · s(λ) dλ

Az azonos indication eltérő valós besugárzást jelenthet, ha a calibration és a használat spektruma nem azonos.

4. Referenciaforrás és metrológiai metrological traceability

A metrological traceability kialakítható spektrális besugárzási measurement standardból, calibrated referenciadetektorból vagy transzfer-radiometerből. A referencia validityéhez rögzíteni kell a hullámhosszt, a geometrical conditionset, az érzékeny felületet, a polarizációs és temperaturei viszonyokat, valamint a forrás üzemeltetési paramétereit.

  • A higanylámpa intenzitása bemelegedés és üzemóra szerint változik.
  • Az UV-LED hullámhossza és teljesítménye a csomóponti temperaturetel eltolódik.
  • Az excimerforrás spektruma és térbeli distributiona érzékeny lehet a működtetésre.
  • A referencia-detektor UV-expozíció hatására öregedhet.

5. Spektrális illesztetlenség

A spectral mismatch generally a domináns applyási komponens. Egy széles sávú UV-mérőnél is not sufficient egy névleges centrei hullámhosszt megadni. A teljes responsivitásgörbe és a mérendő forrás spektruma szükséges.

Spectral correction elve

Csp = [∫ Euse(λ)dλ / ∫ Euse(λ)srel(λ)dλ] · [∫ Ecal(λ)srel(λ)dλ / ∫ Ecal(λ)dλ]

Kritikus példa: egy 254 nm-es higanylámpával calibrated műszer 275 nm-es UV-C LED measurementénél több százalékos, kedvezőtlen esetben ennél lényegesen nagyobb hibát is adhat, ha a detektor responsivitása meredeken változik.

6. Geometria, referencia-sík és koszinuszválasz

A sugárforrás és a detektor közötti távolság, a detektor aktív felületének helye, a angle of incidence és a forrás spatial uniformitye közvetlenül hat a measurement resultre. Közelmezőben az inverz négyzetes törvény nem applyható automatikusan.

  • A referencia-sík often nem azonos a műszer burkolatának homloksíkjával.
  • Nagy aktív felület esetén a lokális besugárzás térbeli átlaga kerül measurementre.
  • Ferde beesésnél a koszinuszválasz hibája külön komponens.
  • Keskeny UV-nyalábnál a detektor pozicionálása és az apertúra jelentős lehet.

7. Linearitás, dark signal és dinamikatartomány

Az UV-detektorok linearitya a teljes measurement lánc tulajdonsága. A detektor, a transzimpedancia-erősítő, az analóg–digitális átalakító és a range switching egyaránt hozzájárulhat. Alacsony szinten a dark signal és offset, high szinten a telítődés és a responsivitásváltozás dominálhat.

Módszertani requirement: a linearityt legalább a calibrated tartományon, több ponton, fel- és lefutó sorozattal, range switchingoknál külön kell vizsgálni.

8. Hőmérséklet, humidity és expozíciós öregedés

A félvezető UV-detektor responsivitása és dark signale temperaturefüggő lehet. A diffuser, szűrő és optikai ragasztó UV-terhelés hatására öregedhet. A laboratory calibration uncertaintya therefore nem feltétlenül írja le a terepi használat hosszú távú riskát.

Hőmérsékleti korrekció

CT = 1 + αT(T − Tref)

9. Számszerű uncertaintyi costvetés

A példa 10,00 mW·cm−2 UV-C besugárzásra, 254 nm referenciaforrásra és k = 2 coverage factorre vonatkozik.

KomponensStandard relatív uÉrtékelés
Referencia-besugárzás0,70%Calibration certificate
Ismételhetőség0,25%A-modelú
Forrás rövid távú stabilitya0,35%Monitor-detektor
Spektrális mismatch1,20%Spektrum és responsivitás
Geometria és pozicionálás0,45%Távolság, sík, szög
Linearitás0,30%Tartományvizsgálat
Hőmérsékleti hatás0,25%Detektor és elektronika
Sötétjel és resolution0,10%Alacsony szintű komponens
Result

uc,rel = 1,58%  ·  Urel = 3,16% (k = 2)

E = 10,00 mW·cm−2 ± 0,32 mW·cm−2

A példában a spectral mismatch adja a variancia több mint felét. Ez mutatja, hogy az UV-mérő calibrationának applyhatóságát primarily a kalibráló- és felhasználási spektrum egyezése határozza meg.

10. UV-dózis és időintegrálás

UV-dózismérőnél a besugárzást idő szerint integráljuk:

Dózis

He = ∫ Ee(t) dt

A uncertaintyi costvetéshez hozzáadódik az időalap, a mintavétel, a triggerelés, a rövid impulzusok csúcslevágása, a indicationi update és az integráló algoritmus validálása. Impulzusos UV-forrásnál a folyamatos sugárzásra végzett calibration nem feltétlenül elegendő.

11. Interaktív costvetés-számító

Adja meg a standard relatív uncertaintyi komponenseket százalékban. A számító négyzetes összegzést és varianciarészesedést végez.

Komponensurel (%)Varianciarész
Referencia-besugárzás
Ismételhetőség
Forrásstability
Spektrális mismatch
Geometria
Linearitás
Hőmérsékleti hatás
Sötétjel és resolution

12. Resultközlés és applyási korlát

A certificateban a measurement result és a uncertainty mellett szerepeljen a referenciaforrás modela és spektruma, a névleges hullámhossz vagy tartomány, a detektor referencia-síkja, a távolság, a beesési geometria, az aktív felület, a measurement tartomány, a environmental conditions és az applyott spectral correction.

Példa közlés: Ee = 10,00 mW·cm−2, U = 0,32 mW·cm−2, k = 2, 254 nm referenciaforráson. Az result más spektrumú UV-forrásra csak külön spectral mismatch assessmentsel applyható.

13. ISO/IEC 17025 auditori ellenőrzőpontok

  • A measurand hullámhossz-, geometria- és időfüggő definíciója egyértelmű.
  • A referenciaforrás és detektor metrological traceabilitye dokumentált.
  • A forrás bemelegedése, rövid távú stabilitya és öregedése ellenőrzött.
  • A spectral mismatch calculationa a tényleges responsivitás- és spektrumadatokon alapul.
  • A referencia-sík, távolság, angle of incidence és aktív felület reprodukálható.
  • A linearity és a range switching validált.
  • A temperaturei hatás és UV-expozíciós drift szerepel a modellben.
  • Dózismeasurementnél az időalap és integráló algoritmus validált.
Mérnöki összegzés: UV-műszernél a „calibrated” állapot önmagában nem garantálja a helyes applyási measurementt. A spektrum, a geometria és az időbeli működés egyezését minden felhasználási feladathoz külön must be demonstrated.
← Previous modulBack az akadémiához →