Licht im Terrarium

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mess:spektrometer

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mess:spektrometer [2021/01/26 10:50] – [Funktionsweise] sarinamess:spektrometer [2021/01/26 11:32] (current) – [Literatur] sarina
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 ====== Spektrometer ====== ====== Spektrometer ======
  
 +[{{:mess:img_3702.jpg?300 |Ocean Optics USB 2000+ Spektrometer}}]
 Spektrometer sind die Königsklasse der Messgeräte für Lampen, die Privatpersonen gerade noch nutzen können. Sie messen die Intensität des Lichts für sehr kleine Wellenlängenintervalle, so dass die volle Information über die spektrale Verteilung des Lichts vorhanden ist. Sie haben jedoch auch ihre Tücken und müssen richtig bedient werden. Spektrometer sind die Königsklasse der Messgeräte für Lampen, die Privatpersonen gerade noch nutzen können. Sie messen die Intensität des Lichts für sehr kleine Wellenlängenintervalle, so dass die volle Information über die spektrale Verteilung des Lichts vorhanden ist. Sie haben jedoch auch ihre Tücken und müssen richtig bedient werden.
  
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 ===== Funktionsweise ===== ===== Funktionsweise =====
  
 +[{{ :uv:prisma.png?250|Ablenkung der unterschiedlichen Farben des Lichts durch ein Prisma}}]
 Die meisten Menschen haben im Alltag schon einmal Erfahrung mit einem Prisma gemacht: Unter günstigen Bedingungen zaubert ein Glas, das irgendwo im Raum steht, einen Regenbogen an die Wand. Die unterschiedlichen Farben, die im weißen Licht enthalten sind, haben im Glas eine unterschiedliche Ausbreitungsgeschwindigkeit. Daher ist das Glas in der Lage die einzelnen Farben zu trennen und in unterschiedliche Richtungen abzulenken. Die meisten Menschen haben im Alltag schon einmal Erfahrung mit einem Prisma gemacht: Unter günstigen Bedingungen zaubert ein Glas, das irgendwo im Raum steht, einen Regenbogen an die Wand. Die unterschiedlichen Farben, die im weißen Licht enthalten sind, haben im Glas eine unterschiedliche Ausbreitungsgeschwindigkeit. Daher ist das Glas in der Lage die einzelnen Farben zu trennen und in unterschiedliche Richtungen abzulenken.
  
-[{{ :uv:prisma.png?250|Ablenkung der unterschiedlichen Farben des Lichts durch ein Prisma}}] 
 Prismen zerlegen das Licht ungefähr proportional zur Frequenz des Lichts. Das Spektrum wirkt im Vergleich zur gewohnteren Darstellung als Funktion der Wellenlänge im roten Bereich gestaucht. Prismen werden heute in modernen Spektrometern nicht mehr eingesetzt, da die Aufspaltung des Lichts für die meisten Anwendungen zu gering und zu wenig flexibel ist. Prismen zerlegen das Licht ungefähr proportional zur Frequenz des Lichts. Das Spektrum wirkt im Vergleich zur gewohnteren Darstellung als Funktion der Wellenlänge im roten Bereich gestaucht. Prismen werden heute in modernen Spektrometern nicht mehr eingesetzt, da die Aufspaltung des Lichts für die meisten Anwendungen zu gering und zu wenig flexibel ist.
  
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 Bei einem Spektrometer LR1 Lasertack waren die Spektren auffällig: Viele Lampen schienen nicht-terrestrische UV-Strahlung abzustrahlen. Im Vergleich einer Leuchtstofflampen stellte sich heraus, dass die Quecksilberemissionslinien nicht bei den erwarteten Wellenlängen (297 nm, 313 nm, 331 nm 365 nm, 405 nm, 408 nm, 436 nm, 546 nm und 578 nm) lagen. Im diesem Fall war das gemessene Spektrum 6 nm weit zu kleineren Wellenlängen verschoben.  Bei einem Spektrometer LR1 Lasertack waren die Spektren auffällig: Viele Lampen schienen nicht-terrestrische UV-Strahlung abzustrahlen. Im Vergleich einer Leuchtstofflampen stellte sich heraus, dass die Quecksilberemissionslinien nicht bei den erwarteten Wellenlängen (297 nm, 313 nm, 331 nm 365 nm, 405 nm, 408 nm, 436 nm, 546 nm und 578 nm) lagen. Im diesem Fall war das gemessene Spektrum 6 nm weit zu kleineren Wellenlängen verschoben. 
  
-[{{ :photometrie:wellenlaengenkalibration1.png?600 | Spektrum einer UVB-Leuchtstofflampe. Die Emissionslinien des Quecksilbers liegen dort, wo man sie erwartet. Das Spektrometer ist gut wellenlängenkalibriert. }}]{{clear}}+[{{ :photometrie:wellenlaengenkalibration0.png?600 | Spektrum einer UVB-Leuchtstofflampe. Die Emissionslinien des Quecksilbers liegen bei 6 nm kürzeren Wellenlängen als man erwartet. Das Spektrometer ist schlecht wellenlängenkalibriert. Es zeigt die Wellenlänge 6 nm kleiner als, als sie tatsächlich ist. }}]{{clear}}
  
 Diese Verschiebung muss nicht über den ganzen Wellenlängenbereich konstant sein. Es kann sein, dass das Spektrum im grünen um 6 nm verschoben ist, im UVB aber um 10 nm. Bei einem schlechten Spektrometer wird das Ergebnis noch dazu anders aussehen, je nachdem wie warm das Spektrometer ist. Es kann also sein, dass die Wellenlänge bei der Messung der Leuchtstoffröhre um 6 nm zu klein gemessen wird, bei der anschließenden Messung einer LED aber plötzich 2 nm zu groß. Diese Verschiebung muss nicht über den ganzen Wellenlängenbereich konstant sein. Es kann sein, dass das Spektrum im grünen um 6 nm verschoben ist, im UVB aber um 10 nm. Bei einem schlechten Spektrometer wird das Ergebnis noch dazu anders aussehen, je nachdem wie warm das Spektrometer ist. Es kann also sein, dass die Wellenlänge bei der Messung der Leuchtstoffröhre um 6 nm zu klein gemessen wird, bei der anschließenden Messung einer LED aber plötzich 2 nm zu groß.
  
-[{{ :photometrie:wellenlaengenkalibration0.png?600 |Spektrum einer Leuchtstofflampe. Die Emissionslinien des Quecksilbers liegen bei 6 nm kürzeren Wellenlängen als man erwartet. Das Spektrometer ist schlecht wellenlängenkalibriert. Es zeigt die Wellenlänge 6 nm kleiner als, als sie tatsächlich ist}}]{{clear}}+[{{ :photometrie:wellenlaengenkalibration1.png?600 |Spektrum einer Leuchtstofflampe. Die Emissionslinien des Quecksilbers liegen dort, wo man sie erwartet. Das Spektrometer ist gut wellenlängenkalibriert.}}]{{clear}}
  
 Bei einem Spektrometer, das nicht auf die Wellenlänge kalibriert ist, sind alle Berechnungen aus dem Spektrum (effektive Bestrahlungsstärken, Farbtemperatur, Farbwiedergabe) falsch. Besonders aufpassen muss man auch,  wenn man beurteilen will, ob eine Lampe „nicht-terrestrische“ UVB-Strahlung abgibt. Diese Strahlung unterhalb von 290 nm ist sehr aggressiv und kommt im natürlichen Sonnenlicht nicht vor. Mit einem schlecht kalibrierten Spektrometer kann man leicht denken, eine Lampe wäre gefährlich oder ungefährlich obwohl es sich nur um einen Messfehler handelt. Bei einem Spektrometer, das nicht auf die Wellenlänge kalibriert ist, sind alle Berechnungen aus dem Spektrum (effektive Bestrahlungsstärken, Farbtemperatur, Farbwiedergabe) falsch. Besonders aufpassen muss man auch,  wenn man beurteilen will, ob eine Lampe „nicht-terrestrische“ UVB-Strahlung abgibt. Diese Strahlung unterhalb von 290 nm ist sehr aggressiv und kommt im natürlichen Sonnenlicht nicht vor. Mit einem schlecht kalibrierten Spektrometer kann man leicht denken, eine Lampe wäre gefährlich oder ungefährlich obwohl es sich nur um einen Messfehler handelt.
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 [{{:photometrie:fl_high.png?400|Spektrum einer Leuchtstoffröhre mit hoher Wellenlängenauflösung.}}] [{{:photometrie:fl_low.png?400|Spektrum einer Leuchtstoffröhre mit geringer Wellenlängenauflösung.}}]  [{{:photometrie:fl_high.png?400|Spektrum einer Leuchtstoffröhre mit hoher Wellenlängenauflösung.}}] [{{:photometrie:fl_low.png?400|Spektrum einer Leuchtstoffröhre mit geringer Wellenlängenauflösung.}}] 
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 [{{:photometrie:hql_high.png?400|Spektrum einer Quecksilberdampflampe mit hoher Wellenlängenauflösung.}}] [{{:photometrie:hql_low.png?400|Spektrum einer Quecksilberdampflampe mit geringer Wellenlängenauflösung.}}]  [{{:photometrie:hql_high.png?400|Spektrum einer Quecksilberdampflampe mit hoher Wellenlängenauflösung.}}] [{{:photometrie:hql_low.png?400|Spektrum einer Quecksilberdampflampe mit geringer Wellenlängenauflösung.}}] 
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 Problematisch ist die Kosinuskorrektur wenn gleichzeitig Licht mit unterschiedlicher spektraler Zusammensetzung aus unterschiedlichen Richtungen auf den Spektrometereingang fällt. Das ist der Fall, wen das Lichtspektrum direkt im Terrarium mit mehreren Lampen gemessen wird. Es ist aber auch der Fall, wenn das Sonnenspektrum gemessen wird: Hier kommt gelbliches Licht von der Sonne und bläuliches Licht vom gesamten Himmel. Ganz besonders stark ist der Unterschied bei der UVB-Strahlung, die zu mehr als der Hälfte nicht direkt von der Sonne sondern vom Himmel kommt. Ein UV-Spektrum des Sonnenlichts aufzunehmen ist für ein Spektrometer daher eine ganz besondere Herausforderung. Um die Zuverlässigkeit von UV-Messstationen abzuschätzen wurde im Juli 1991 der erste Europäische Vergleich von Spektrometern in Panorama, Griechenland, durchgeführt {{wkx>677}}. Sechs Spektrometer von wissenschaftlichen Instituten((Institut für Medizinische Physik, Österreich; Universitat für Bodenkultur, Österreich; Institut d'Aeronomie Spatiale de Belgique, Belgien; University of Reading, Großbritannien; University of Thessaloniki, Griechenland; University of Tromso, Norwegen)) nahmen gleichzeitig Sonnenspektren auf. Im Bereich unter 400nm wichen die einzelnen Spektrometer teilweise um 20% voneinander ab. Problematisch ist die Kosinuskorrektur wenn gleichzeitig Licht mit unterschiedlicher spektraler Zusammensetzung aus unterschiedlichen Richtungen auf den Spektrometereingang fällt. Das ist der Fall, wen das Lichtspektrum direkt im Terrarium mit mehreren Lampen gemessen wird. Es ist aber auch der Fall, wenn das Sonnenspektrum gemessen wird: Hier kommt gelbliches Licht von der Sonne und bläuliches Licht vom gesamten Himmel. Ganz besonders stark ist der Unterschied bei der UVB-Strahlung, die zu mehr als der Hälfte nicht direkt von der Sonne sondern vom Himmel kommt. Ein UV-Spektrum des Sonnenlichts aufzunehmen ist für ein Spektrometer daher eine ganz besondere Herausforderung. Um die Zuverlässigkeit von UV-Messstationen abzuschätzen wurde im Juli 1991 der erste Europäische Vergleich von Spektrometern in Panorama, Griechenland, durchgeführt {{wkx>677}}. Sechs Spektrometer von wissenschaftlichen Instituten((Institut für Medizinische Physik, Österreich; Universitat für Bodenkultur, Österreich; Institut d'Aeronomie Spatiale de Belgique, Belgien; University of Reading, Großbritannien; University of Thessaloniki, Griechenland; University of Tromso, Norwegen)) nahmen gleichzeitig Sonnenspektren auf. Im Bereich unter 400nm wichen die einzelnen Spektrometer teilweise um 20% voneinander ab.
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 ===== Literatur ===== ===== Literatur =====
mess/spektrometer.1611654655.txt.gz · Last modified: 2021/01/26 10:50 by sarina
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