Licht im Terrarium

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mess:breitband

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mess:breitband [2016/01/09 14:19] – angelegt sarinamess:breitband [2019/02/23 15:15] – sarina
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 === Kalibrierungsmethoden === === Kalibrierungsmethoden ===
  
-Zur Kalibration gibt es drei Möglichkeiten: Verwendung einer Linienlichtquelle, Verwendung einer breitbandigen Lichtquelle oder Messung der Spektralen Empfindlichkeit des Messgeräts {{wikindx>120}}.+Zur Kalibration gibt es drei Möglichkeiten: Verwendung einer Linienlichtquelle, Verwendung einer breitbandigen Lichtquelle oder Messung der Spektralen Empfindlichkeit des Messgeräts {{wkx>120}}.
  
-Als Linienlichtquelle wird üblicherweise eine [[:mlr:funktion|Quecksilberdampflampe]] (254 nm, 313 nm, 365 nm) verwendet. Um den korrekten Messwert zu bestimmen, kann die Lampe mit einem einfachen Powermeter gemessen werden. Diese Methode ist schnell, einfach und sehr gut reproduzierbar. Bei Kalibration mit einer Linienlichtquelle liefert die Messung Bestrahlungsstärke einer breitbandingen Lichtquelle oft einen zu kleinen Wert, die Messung einer Linienlichtquelle einen zu hohen Wert {{wikindx>119}}.+Als Linienlichtquelle wird üblicherweise eine [[:mlr:funktion|Quecksilberdampflampe]] (254 nm, 313 nm, 365 nm) verwendet. Um den korrekten Messwert zu bestimmen, kann die Lampe mit einem einfachen Powermeter gemessen werden. Diese Methode ist schnell, einfach und sehr gut reproduzierbar. Bei Kalibration mit einer Linienlichtquelle liefert die Messung Bestrahlungsstärke einer breitbandingen Lichtquelle oft einen zu kleinen Wert, die Messung einer Linienlichtquelle einen zu hohen Wert {{wkx>119}}.
  
 Für Anwendungen im medizinischen Bereich wird meist mit einer breitbandingen Lichtquelle kalibriert. Dazu muss die breitbandige Lichtquelle zusätzlich mit einem Spektrometer vermessen werden, um herauszufinden, welcher Wert der korrekte Messwert ist. Für Anwendungen im medizinischen Bereich wird meist mit einer breitbandingen Lichtquelle kalibriert. Dazu muss die breitbandige Lichtquelle zusätzlich mit einem Spektrometer vermessen werden, um herauszufinden, welcher Wert der korrekte Messwert ist.
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 Der Kalibrierungsfaktor ist so gewählt, dass das Radiometer bei der Kalibrierungslampe den selben Messwert anzeigt wie ein Spektrometer. Sobald jedoch die Lampe ein anderes Spektrum hat, als die Kalibrierungslampe, wird der Radiometer-Messwert sich von einem Spektrometer-Messwert stark unterschieden. Das liegt daran, dass in der obigen Summe das Spektrum der Lampe einen großen Einfluss hat. Der Kalibrierungsfaktor ist so gewählt, dass das Radiometer bei der Kalibrierungslampe den selben Messwert anzeigt wie ein Spektrometer. Sobald jedoch die Lampe ein anderes Spektrum hat, als die Kalibrierungslampe, wird der Radiometer-Messwert sich von einem Spektrometer-Messwert stark unterschieden. Das liegt daran, dass in der obigen Summe das Spektrum der Lampe einen großen Einfluss hat.
  
-Hierbei handelt es sich um einen systhematischen Fehler: Sobald das Spektrum der Lampe bekannt ist, ist er kein großes Problem, weil man einfach ausrechnen kann, welchen Messwert ein Radiometer für diese Lampe liefern sollte und welchen spektralen Messwert man erwarten würde und einen entsprechenden Korrekturfaktor $a$ berechnet {{wikindx>38;119}}. Anschließend multipliziert man den Radiometer-Messwert einfach mit diesem Korrekturfaktor und die Messwerte sind genauso perfekt als wenn man von Anfang an ein Spektrometer verwendet hätte allerdings ohne die umständliche Handhabung eines Spektrometers (lange Integrationszeit, nicht sehr beweglich, braucht viel Platz). +Hierbei handelt es sich um einen systhematischen Fehler: Sobald das Spektrum der Lampe bekannt ist, ist er kein großes Problem, weil man einfach ausrechnen kann, welchen Messwert ein Radiometer für diese Lampe liefern sollte und welchen spektralen Messwert man erwarten würde und einen entsprechenden Korrekturfaktor $a$ berechnet {{wkx>38;119}}. Anschließend multipliziert man den Radiometer-Messwert einfach mit diesem Korrekturfaktor und die Messwerte sind genauso perfekt als wenn man von Anfang an ein Spektrometer verwendet hätte allerdings ohne die umständliche Handhabung eines Spektrometers (lange Integrationszeit, nicht sehr beweglich, braucht viel Platz). 
  
 \[ \[
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 Der Korrekturfaktur muss für jedes Messgerät ($A(\lambda)$ mit Kalibrierung $K$) und jede gewünschte Anwendung (Wirkungsspektrum $W(\lambda)$ und Lampe $E_\lambda(\lambda)$) bestimmt werden. Pauschale Aussagen über den Fehler eines Breitbandmessgeräts sind unseriös.  Der Korrekturfaktur muss für jedes Messgerät ($A(\lambda)$ mit Kalibrierung $K$) und jede gewünschte Anwendung (Wirkungsspektrum $W(\lambda)$ und Lampe $E_\lambda(\lambda)$) bestimmt werden. Pauschale Aussagen über den Fehler eines Breitbandmessgeräts sind unseriös. 
  
-Will man die Abhängigkeit von der konkreten Lampe reduzieren, bietet sich, der "Integral characterisation factor" $f_1'$ an {{wikindx>112}}+Will man die Abhängigkeit von der konkreten Lampe reduzieren, bietet sich, der "Integral characterisation factor" $f_1'$ an {{wkx>112}}
 (( ((
 Um den Einfluss des verwendeten Kalibrationsspektrums $S_\mathrm{K}(\lambda)$ zu eliminieren, kann $E^\mathrm{kalibr.}_\lambda(\lambda)=1$ gesetzt werden. In diesem Fall kann man einen Faktor  Um den Einfluss des verwendeten Kalibrationsspektrums $S_\mathrm{K}(\lambda)$ zu eliminieren, kann $E^\mathrm{kalibr.}_\lambda(\lambda)=1$ gesetzt werden. In diesem Fall kann man einen Faktor 
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 ^  Quelle  ^  Lichtquelle  ^  Messbereich  ^  Abweichung\\  Breitband/Spektrometer  ^ spektraler\\ Korrekturfaktor ^   ^  ^  Quelle  ^  Lichtquelle  ^  Messbereich  ^  Abweichung\\  Breitband/Spektrometer  ^ spektraler\\ Korrekturfaktor ^   ^ 
-|  {{wikindx>121}}  |  Xenon+Filter  |  UV-Index   |  1/1.85 - 2.22  |  | verschiedene Handelsübliche UV-Messgeräte  | +|  {{wkx>121}}  |  Xenon+Filter  |  UV-Index   |  1/1.85 - 2.22  |  | verschiedene Handelsübliche UV-Messgeräte  | 
-|  {{wikindx>121}}  |  Xenon+Filter  |  dUVA  |  1/1.3  - 5.51  |  | verschiedene Handelsübliche UV-Messgeräte  | +|  {{wkx>121}}  |  Xenon+Filter  |  dUVA  |  1/1.3  - 5.51  |  | verschiedene Handelsübliche UV-Messgeräte  | 
-|  {{wikindx>320}}  |     |  VitaminD-Bildung  |  |  | |  +|  {{wkx>320}}  |     |  VitaminD-Bildung  |  |  | |  
-|  {{wikindx>474}}  |     |  VitaminD-Bildung  |  |  | |  +|  {{wkx>474}}  |     |  VitaminD-Bildung  |  |  | |  
-|  {{wikindx>38}}  |  UV-Lampen  |  UV-Index  |   |  1/2-5 - 1.6  |  | +|  {{wkx>38}}  |  UV-Lampen  |  UV-Index  |   |  1/2-5 - 1.6  |  | 
-|  {{wikindx>38}}  |  Sonne  |  UV-Index  |   |  1.2 - 2.2  |  | +|  {{wkx>38}}  |  Sonne  |  UV-Index  |   |  1.2 - 2.2  |  | 
-|  {{wikindx>277;667}}  |  Xenon+Filter  |  UVA  |  1.18 - 1.42  |   |  |  +|  {{wkx>277;667}}  |  Xenon+Filter  |  UVA  |  1.18 - 1.42  |   |  |  
-|  {{wikindx>277;667}}  |  Xenon+Filter  |  UVB  |  1/25 - 16  |   |  |  +|  {{wkx>277;667}}  |  Xenon+Filter  |  UVB  |  1/25 - 16  |   |  |  
-|  {{wikindx>676}}  |  Sonne (132 Spektren)  |  UV-Index  |  R²=99.8%  |  | ohne Korrekturfaktoren  | +|  {{wkx>676}}  |  Sonne (132 Spektren)  |  UV-Index  |  R²=99.8%  |  | ohne Korrekturfaktoren  | 
-|  {{wikindx>676}}  |  Sonne (132 Spektren)  |  UV-Index  |  R²= 99.98%  |  | nach Korrektur für SZA und Ozon  | +|  {{wkx>676}}  |  Sonne (132 Spektren)  |  UV-Index  |  R²= 99.98%  |  | nach Korrektur für SZA und Ozon  | 
-|  {{wikindx>119}}  |  UV-Lampen,Sonne  |  UV-Index  |   |  0.7-6.3  |  |+|  {{wkx>119}}  |  UV-Lampen,Sonne  |  UV-Index  |   |  0.7-6.3  |  |
  
-Siehe auch {{wikindx>668}}+Siehe auch {{wkx>668}}
  
  
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 ===== Genauigkeit / Statistische Fehler =====  ===== Genauigkeit / Statistische Fehler ===== 
  
-Breitbandradiometer gelten generell als robuster und stabiler als Spektroradiometer {{wikindx>678}}, dennoch ist ihre Genauigkeit durch verschiedene statistische und systematische Fehler begrenzt {{wikindx>112}}{{wikindx>280}}. +Breitbandradiometer gelten generell als robuster und stabiler als Spektroradiometer {{wkx>678}}, dennoch ist ihre Genauigkeit durch verschiedene statistische und systematische Fehler begrenzt {{wkx>112}}{{wkx>280}}. 
-  * **Linearität**: Photodioden zeichnen sich durch eine hohe Linearität ab, dennoch kann das Messgerät nichtlinear auf die Bestrahlungsstärke reagieren, d.h. trotz doppelter Bestrahlungsstärke nicht den doppelten Messwert anzeigen\\ Bei {{wikindx>121}} variierte der Messwert zwischen niedriger und hoher Bestrahlungsstärke um einen Faktor 4.  +  * **Linearität**: Photodioden zeichnen sich durch eine hohe Linearität ab, dennoch kann das Messgerät nichtlinear auf die Bestrahlungsstärke reagieren, d.h. trotz doppelter Bestrahlungsstärke nicht den doppelten Messwert anzeigen\\ Bei {{wkx>121}} variierte der Messwert zwischen niedriger und hoher Bestrahlungsstärke um einen Faktor 4.  
-  * **Temperaturabhängigkeit**: Sowohl die spektrale als auch die absolute Empfindlichkeit des Messgeräts kann Temperaturabhängig sein, so dass ein Messgerät das durch die Wärmestrahlung der Lampe aufgeheizt wird, veränderte Werte liefert (->{{wikindx>172}}) +  * **Temperaturabhängigkeit**: Sowohl die spektrale als auch die absolute Empfindlichkeit des Messgeräts kann Temperaturabhängig sein, so dass ein Messgerät das durch die Wärmestrahlung der Lampe aufgeheizt wird, veränderte Werte liefert (->{{wkx>172}}) 
-  * **Richtungs- und Verteilungsabhängigkeit**: Bei inhomogener Lichtverteilung über die Fläche und das Gesichtsfeld des Sensors kann es zur Verfälschung des Messwerts kommen (->{{wikindx>117}},{{wikindx>280}})+  * **Richtungs- und Verteilungsabhängigkeit**: Bei inhomogener Lichtverteilung über die Fläche und das Gesichtsfeld des Sensors kann es zur Verfälschung des Messwerts kommen (->{{wkx>117}},{{wkx>280}})
   * **Modulation**: Bei Lampen deren Strahlung zeitlich schwankt (z.B. Mischlichtlampen) kann das den Messwert beeinflussen   * **Modulation**: Bei Lampen deren Strahlung zeitlich schwankt (z.B. Mischlichtlampen) kann das den Messwert beeinflussen
   * **Rauschen**: Insbesondere wenn sehr kleine Messwerte gemessen werden sollen, spielt das statistische Dunkelsignal der Photodiode eine Rolle. Das Rauschen von UV Breitbandmessgeräten ist - vor allem im Vergleich zu günstigen Spektrometern - sehr gering.   * **Rauschen**: Insbesondere wenn sehr kleine Messwerte gemessen werden sollen, spielt das statistische Dunkelsignal der Photodiode eine Rolle. Das Rauschen von UV Breitbandmessgeräten ist - vor allem im Vergleich zu günstigen Spektrometern - sehr gering.
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   * **Solarmeter 6.2 (UVB)**   * **Solarmeter 6.2 (UVB)**
     * Einheit UVB µW/cm²     * Einheit UVB µW/cm²
-    * Übereinstimmung mit $W(\lambda)$=Vitamin D\\ $1-\frac{1}{2}\int\limits_{280nm}^{400nm}\mathrm{d}\lambda \left|\overline{A}(\lambda)-\overline{W}(\lambda)\right| = $75% \\ (Einer Interpretation dieser Formel durch JBL{{wikindx>709}} schließe ich mich explizit **nicht** an)+    * Übereinstimmung mit $W(\lambda)$=Vitamin D\\ $1-\frac{1}{2}\int\limits_{280nm}^{400nm}\mathrm{d}\lambda \left|\overline{A}(\lambda)-\overline{W}(\lambda)\right| = $75% \\ (Einer Interpretation dieser Formel durch JBL{{wkx>709}} schließe ich mich explizit **nicht** an)
   * **Solarmeter 6.5 (UV index)**   * **Solarmeter 6.5 (UV index)**
     * Einheit UVI-Index (UVI=1 entspricht 2.5µW/cm²)     * Einheit UVI-Index (UVI=1 entspricht 2.5µW/cm²)
Line 335: Line 335:
 {{wxblind>763}}  {{wxblind>763}} 
  
-{{wikindxbib}}+{{wkxbib}}
  
  
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