CHARAKTERYSTYKI UŻYTKOWE I WZORCOWANIE SZEROKOPASMOWYCH MIERNIKÓW NADFIOLETU

Transkrypt

1 Jezy PIETRZYKOWSKI CHARAKTERYSTYKI UŻYTKOWE I WZORCOWANIE SZEROKOPASMOWYCH MIERNIKÓW NADFIOLETU STRESZCZENIE Okeślono haakteystyki użytkowe szeokopasmowyh mieników nadfioletu oaz ih klasyfikaję. Podano podstawowe metody wzoowania mieników nadfioletu oaz infomaję o niepewnośi ozszezonej mieników nadfioletu. Słowa kluzowe: pomieniowanie nadfioletowe, mieniki nadfioletu, wzoowanie 1. WPROWADZENIE Potzeba ozwoju metod pomieniowania nadfioletowego i możliwośi wzoowania źódeł, odbioników i mieników nadfioletu wynika w dużym stopniu z osnąego doeniania poblematyki ohony zdowia i ohony śodowiska pzed szkodliwymi działaniami nadfioletu. Pomieniowanie nadfioletowe emitowane pzez Słońe i óżne sztuzne źódła pomieniowania może powodować ozmaite oddziaływania biologizne i hemizne na złowieka i oganizmy żywe oaz zjawiska stazenia i destukji w otazająym nas świeie mateialnym. mg Jezy PIETRZYKOWSKI j.pietzykowski@neostada.pl Polski Komitet Oświetleniowy PRACE INSTYTUTU ELEKTROTECHNIKI, zeszyt 228, 26

2 86 J. Pietzykowski Związane to jest z wysoką enegią kwantów pomieniowania nadfioletowego. Efekty tyh oddziaływań zależą nie tylko od dawki pohłoniętego pomieniowania, lez ównież od ozkładu widmowego moy pomieniowania nadfioletowego padająego na obiekt. Właśiwość pomieniowania optyznego powodująa wywoływanie ozmaityh pzemian biologiznyh i hemiznyh nosi nazwę aktyniznośi. W pay omówiono haakteystyki użytkowe szeokopasmowyh mieników nadfioletu pzeznazonyh do pomiau wielkośi adiometyznyh i aktyniznyh oaz możliwośi ih haakteyzowania i wzoowania. 2. MIERNIKI PROMIENIOWANIA NADFIOLETOWEGO Użytkowane obenie mieniki pomieniowania nadfioletowego można naogół zakwalifikować do jednej z poniżej wymienionyh gup: mieniki do pomiau nadfioletu w pasmah A, B lub C, paująe w danym szeokim paśmie widmowym i póbująe z pewnym pzybliżeniem odtwozyć haakteystykę adiometyzną tego pasma, mieniki z odbionikiem nieselektywnym widmowo np. z odbionikiem pioelektyznym lub z temostosem, paująe w szeokim zakesie widmowym, mieniki wielkośi aktyniznyh z układem odbiozym o zułośi widmowej względnej odtwazająej odpowiednie widmo zynne np. mieniki natężenia napomienienia eytemalnego, mieniki o haakteystye widmowej wąskopasmowej, okeślonej długośią fali, pzy któej występuje maksimum zułośi układu odbiozego oaz szeokośią widmową pasma. Mieniki nadfioletu należąe do jednej z tzeh piewszyh gup można okeślić teminem szeokopasmowe mieniki nadfioletu. Odbionikami pomieniowania najzęśiej stosowanymi w mienikah nadfioletu są odbioniki półpzewodnikowe i pioelektyzne, szzególnie zaś fotodiody kzemowe [1, 2]. Na ysunku 1 i ys. 2 pokazano pzebiegi zułośi widmowej niektóyh odbioników półpzewodnikowyh [3]. Wytwazanie mieników pomieniowania nadfioletowego nastęza duże tudnośi głównie z następująyh powodów: mały wybó filtów optyznyh nadająyh się do stosowania w obszaze nadfioletu oaz silne pohłanianie nadfioletu pzez elementy optyzne,

3 Chaakteystyki użytkowe i wzoowanie szeokopasmowyh mieników nadfioletu 87,4 zułość bezwzględna, A/W,3,2, długość fali, nm Rys. 1. Bezwzględna zułość widmowa óżnyh fotodiod półpzewodnikowyh Czułość widmowa, A/W,8,6,4,2, długość fali, nm Rys. 2. Bezwzględna zułość widmowa fotodiody GaN znazne zmiany stazeniowe zahodząe w odbionikah, filtah, ozpaszazah i innyh elementah optyznyh po pzyjęiu odpowiedniej dawki pomieniowania nadfioletowego, niewielka zułość widmowa odbioników pomieniowania nadfioletowego, o wymaga znaznego wzmonienia sygnału wyjśiowego, widma zynne niektóyh skutków aktyniznyh haakteyzują się dużymi zmianami watośi w małyh pzedziałah widmowyh, o powoduje, że pomiay natężenia napomienienia aktyniznego są obazone dużą niepewnośią.

4 88 J. Pietzykowski 3. CHARAKTERYSTYKI UŻYTKOWE MIERNIKÓW NADFIOLETU Pomimo dużej lizby óżnyh typów mieników nadfioletu znajdująyh się na ynku, użytkownik napotyka duże tudnośi pzy wyboze odpowiedniego do swoih zastosowań mienika. Bak uzgodnionyh definiji haakteystyk użytkowyh i metod wzoowania powoduje, że wskazania mieników nadfioletu óżnyh poduentów óżnią się zęsto dość znaznie. Pae powadzone w amah Międzynaodowej Komisji Oświetleniowej [4] i euopejskiej oganizaji metologiznej EUROMET [5] dopowadziły w dużej mieze do opaowania definiji haakteystyk i zaleeń dotyząyh wzoowania. Stopień dopasowania haakteystyki widmowej głowiy mienika nadfioletu do ozważanego widma zynnego opisuje współzynnik koekji widmowej f definiowany ównaniem s( f 1 = (1) * s( s( a a 1 gdzie: s ( * znomalizowana względna zułość widmowa okeślona wzoem a * = λ s ( ) (2) ozkład widmowy moy pomieniowania źódła użytego do wzoowania, s( a widmo zynne danego skutku aktyniznego, s( względna zułość widmowa głowiy mienika nadfioletu. Współzynnik koekji widmowej 1 f nie może jednakże być użyty jako współzynnik koekyjny w paktye pomiaowej. Jest on tylko użytezny do poównania głowi mieników i oeny jakośi dopasowania. Na ysunku 3 pokaza-

5 Chaakteystyki użytkowe i wzoowanie szeokopasmowyh mieników nadfioletu 89 no pzebiegi względnej zułośi widmowej dwu głowi mieników nadfioletu skoygowanyh do funkji adiometyznej nadfioletu UVA i odpowiadająe im watośi f 1. Względna zułość widmowa 1,2 1,,8,6,4,2 f 1 =,25 f = 4 s(uva-1) s(uva-2) s(uva-cie) 1,, długość fali, nm Rys. 3. Czułość widmowa względna dwu głowi odbiozyh mieników nadfioletu Do koekji wyników pomiau można natomiast stosować współzynnik f 1 (Z) okeślony wzoem f 1 (Z) = a(z) 1 (3) gdzie: a ( Z) = (4) a Z Z a ozkład widmowy źódła użytego do wzoowania, Z ozkład widmowy źódła użytego do pomiaów, s( a widmo zynne danego skutku aktyniznego, s( względna zułość widmowa głowiy mienika nadfioletu.

6 9 J. Pietzykowski Współzynnik f 1 (Z) wykozystano do wpowadzenia klasyfikaji mieników nadfioletu. Pzyjęto epezentatywny zestaw źódeł pomieniowania stosowanyh w pomiaah i badaniah w obszaze nadfioletu. [5]. Każde ze źódeł jest shaakteyzowane popzez ozkład widmowy Z. Oblizają watośi f 1 (Z) dla poszzególnyh źódeł, a następnie znajdują f 1 (Z) max mamy posty sposób klasyfikaji mieników nadfioletu. Wstępnie zapoponowano podział tyh mieników na tzy klasy, a mianowiie: klasa A f 1 (Z) max 2 % klasa B f 1 (Z) max 4 % klasa C f 1 (Z) max 7 % Znajomość watośi a(z) lub f 1 (Z) umożliwia zatem użytkownikowi mienika oenę jego jakośi metologiznej. 4. METODY WZORCOWANIA Większość stosowanyh mieników nadfioletu jest pzystosowana do pomiau natężenia napomienienia aktyniznego lub adiometyznego w oganizonym pzedziale widmowym. Wzoowanie mienika natężenia napomienienia w obszaze nadfioletu polega zasadnizo na wyznazeniu jego zułośi efektywnej na natężenie napomienienia tj. wyznazeniu stosunku wielkośi wyjśiowej do efektywnego natężenia napomienienia wytwazanego pzez źódło użyte do wzoowania na powiezhni zynnej głowiy mienika. Czułość efektywna na natężenie napomienienia jest okeślona zależnośią lub i E R = = (5) E λ s ( a i R = i E = As S S λ λ s( s( a (6)

7 Chaakteystyki użytkowe i wzoowanie szeokopasmowyh mieników nadfioletu 91 gdzie: i A wielkość wyjśiowa np. natężenie pądu, pole powiezhni zynnej głowiy mienika, s( względna zułość widmowa znomalizowana względem watośi maksymalnej s, S λ ozkład widmowy moy pomieniowania źódła, s( a widmo zynne. Wykozystują powyższe zależnośi można wyznazyć watość zułośi efektywnej na natężenie napomienienia dla mienika nadfioletu stosują jedną z następująyh metod wzoowania [6, 7]: a) wzoowanie z użyiem źódła wzoowego o znanym ozkładzie widmowym natężenia napomienienia (ys. 4), b) wzoowanie z użyiem odbionika wzoowego o znanej zułośi widmowej, ) wzoowanie z użyiem mienika wzoowego jako wzoa odniesienia (metoda podstawiania) (ys. 5), d) wzoowanie z użyiem spektoadiometu z matyą fotodiod. Lampa wzoowa Detekto UVA R Woltomiez yfowy Zasilaz pądu stałego Mienik wzoowany Rys. 4. Shemat blokowy stanowiska pomiaowego do wzoowania mienika nadfioletu UVA pzy użyiu źódła wzoowego

8 92 J. Pietzykowski Źódło nadfioletu Światłowód Sozewki Pzesłony Mienik odniesienia Steownik Mienik wzoowany Rys. 5. Shemat blokowy stanowiska pomiaowego do wzoowania mienika nadfioletu UVA metodą podstawienia Niepewność pomiau zależy od wybanej metody wzoowania, użytego stanowiska pomiaowego i zastosowanyh wzoów. Wykonują wzoowanie pzy użyiu halogenowego wzoa widmowego natężenia napomienienia można osiągnąć watośi niepewnośi ozszezonej wynosząe ok. 2 % 3 %, natomiast po zastąpieniu wzoa halogenowego wzoem tęiowym następuje o najmniej dwukotny wzost niepewnośi ozszezonej. Dodatkowe infomaje o wzoah odniesienia stosowanyh w pomiaah nadfioletu oaz o mienikah wielkośi aktyniznyh podano w publikajah [8, 9]. 5. ZAKOŃCZENIE Rozwój metod pomiau pomieniowania nadfioletowego i możliwośi wzoowania mieników nadfioletu służą bezpośednio do ozwiązywania poblemów dotyząyh ohony zdowia i ohony śodowiska. Rozeznanie skutków aktyniznyh i zmian zahodząyh w składzie pomieniowania słoneznego doieająego do powiezhni Ziemi, bezpiezne użytkowanie sztuznyh źódeł pomieniowania nadfioletowego, zapobieganie degadaji mateiałów i wyobów pod wpływem nadfioletu wymaga odpowiedniego zapewnienia metologiznego. Ważność poblematyki pomiaów wielkośi aktyniznyh, adiometyznyh i spektofotometyznyh pomieniowania nadfioletowego i metod wzoo-

9 Chaakteystyki użytkowe i wzoowanie szeokopasmowyh mieników nadfioletu 93 wania mieników nadfioletu znajduje odbiie w paah międzynaodowyh i euopejskih oganizaji metologiznyh i naukowo-tehniznyh. LITERATURA 1. Pietzykowski J.: Fotodiody kzemowe stosowane w dokładnyh pomiaah pomieniowania nadfioletowego i widzialnego. XV Kajowa Konfeenja Oświetleniowa Tehnika Świetlna 26, Waszawa, (26)Nazwisko A., Nazwisko B.: Tytuł książki. Wydawnitwo, miejse wydania, ok. 2. Kode R., Pine C., Cunningham D., Vest R.E., Gullikson E.: Pesent status of adiometi quality silion photodiodes. Metologia vol. 4, n 1, S145-S149 (23)Nazwisko A., 3. Hunt T., Haison N.: Ultafiolet adiation: uent instmentation and methodology. NPL, Mah CIE TC2-47 Methods of haateization and alibation of boad-band UV adiometes. Daft 1. (21) 5. Chaateizing the pefomane of integal measuing UV-metes. Final epot of WG1 Themati Netwok fo Ultaviolet Measuements. UV News, issue 6 (2) 6. Xu G., Huang X.: Calibation of boadband UV adiometes-methodology and unetainty evaluation. Metologia vol. 4, n 1, S21-S24 (23) 7. Hatee B.: Calibation of boadband UV adiometes at NPL. UV News, issue 2, (1999)Nazwisko B.: Tytuł książki. Wydawnitwo, miejse wydania, ok. 8. Pietzykowski J.: Radiometia i spektofotometia pomieniowania nadfioletowego. V Konfeenja Metologia Wspomagana Komputeowo MWK 21, Rynia k/waszawy, t. 2, (21) 9. Pietzykowski J.: Metody pomiau adiometyznyh i spektoadiometyznyh wielkośi pomieniowania nadfioletowego. Konfeenja Pomieniowanie UV, Waszawa-Międzylesie, (22) Rękopis dostazono, dnia PERFORMANCE CHARACTERISTICS AND CALIBRATION OF BROADBAND ULTRAVIOLET METERS Jezy PIETRZYKOWSKI ABSTRACT Pefomane haateistis of boadband ultaviolet metes and thei lassifiation ae pesented. Basi methods of alibation and infomation about expanded unetainty of ultaviolet metes ae given.