DE102011016102A1

DE102011016102A1 - Verfahren zur Bestimmung der Infrarot-Abstrahlung

Info

Publication number: DE102011016102A1
Application number: DE102011016102A
Authority: DE
Inventors: Sven Linow
Original assignee: Heraeus Noblelight GmbH
Current assignee: Heraeus Noblelight GmbH
Priority date: 2011-01-07
Filing date: 2011-04-05
Publication date: 2012-07-12
Also published as: WO2012092944A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bestimmung der Strahldichte einer Strahlungsquelle in zumindest einem ersten Wellenlängenbereich, bei dem die absolute spektral integrierte Strahldichte in einem zweiten Wellenlängenbereich gemessen wird, der Art der Strahlungsquelle zumindest ein Korrekturfaktor zugeordnet wird, mit dem die absolute spektral integrierte Strahldichte im zweiten Wellenlängenbereich korrigiert wird, so dass der korrigierte Wert der absoluten spektral integrierten Strahldichte im zweiten Wellenlängenbereich der zumindest einen Strahldichte im ersten Wellenlängenbereich entspricht.
Die Erfindung betrifft auch eine Vorrichtung zum Bestimmen der Strahldichte einer Strahlungsquelle in zumindest einem ersten Wellenlängenbereich mit einem solchen Verfahren, wobei die Vorrichtung einen Detektor umfasst, der die absolute spektral integrierte Strahldichte in einem zweiten Wellenlängenbereich misst, eine Speichereinheit umfasst, in dem zumindest ein Korrekturfaktor gespeichert ist, eine Recheneinheit umfasst, mit der aus der absoluten spektral integrierten Strahldichte im zweiten Wellenlängenbereich die Strahldichte der Strahlungsquelle in dem zumindest einen ersten Wellenlängenbereich mit dem Korrekturfaktor berechenbar ist, und eine Ausgabeeinrichtung umfasst, über die das Ergebnis der Berechnung ausgebbar und/oder anzeigbar ist.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Bestimmung der spektralen Strahldichte einer Strahlungsquelle in zumindest einem ersten Wellenlängenbereich.
Verfahren zur Messung elektromagnetischer Strahlung, insbesondere von Licht, auch im infraroten Bereich sind im Stand der Technik bekannt. Häufig ist jedoch nicht nur der absolute Wert der Strahldichte von Interesse, der über einen ganzen Bereich des Spektrums integriert wird, sondern auch die spektrale Verteilung der Intensität der Strahlung. Die Intensität elektromagnetischer Strahlung wirkt bei unterschiedlichen Wellenlängen unterschiedlich stark. Dazu liefern spektroskopische Messungen ausreichende Daten. Die Aufnahme eines Spektrums vor allem über einen großen Wellenlängenbereich ist aber sehr aufwendig.
Auch für viele Sicherheitsbestimmungen ist die Strahldichte in verschiedenen Wellenlängenbereichen von Relevanz. Über diese Strahldichten werden Grenzwerte definiert, die nicht überschritten werden dürfen.
Die EU Richtlinie zur künstlichen optischen Strahlung, 2006/25/EG und die Maschinenrichtlinie 2006/42/EG schreiben die Messung und Bewertung der von Anlagen abgegebenen Strahlung vor, insbesondere im infraroten Bereich. Insbesondere die CEN 12198-1, -2 und -3 sowie die CEN 14255 und die IEC 62471 definieren jeweils Verfahren oder Vorgehensweisen, die jedoch im Infraroten nicht technisch umsetzbar sind.
Die relevanten Messungen für Infrarot-Elektrowärmeanlagen betreffen [2006/25/EG, IEC 62471:2008]

1. die Ermittlung der Blaulichtgefährdung im Bereich von 380 nm bis 700 nm (VIS).
2. die Ermittlung der Gefährdung der Netzhautverbrennung im Bereich von 380 nm bis 1400 nm (VIS und IR-A).
3. die Ermittlung der Gefährdung der Netzhautverbrennung im Bereich von 780 nm bis 1400 nm (IR-A) für Quellen mit schwachem visuellem Reiz.
4. die Ermittlung der Gefährdung der Hornhautverbrennung im Bereich von 780 nm bis 3000 nm (IR-A und IR-B).
5. die Ermittlung der Gefährdung der Verbrennung der Haut im Bereich von 380 nm bis 3000 nm (VIS, IR-A und IR-B).

Für die Fälle 1. 2. und 3. muss die spektrale Strahldichte an geeigneten Messorten bestimmt werden. Zusätzlich sind die spektralen Strahldichten mittels spektraler Gewichtungen für Blaulichtgefährdung oder spektraler Gewichtung für Netzhautverbrennung zu falten.
Eine besonders ausführliche Diskussion der möglichen Messmethoden findet sich in der europäischen Norm CEN 14255-2, Anhang E. Die in dieser Schrift verwendeten Begriffe sind in ihrer Definition nach der Norm IEC 62471:2009 verwendet und werden hier nicht erneut eingeführt und hiermit aufgenommen.
Die Strahldichte oder die spektral gewichtete Strahldichte zur Ermittlung der Netzhautgefährdung (380 nm bis 1400 nm) kann mit einem der folgenden Verfahren A, B und C nach CEN 14255-2, Anhang E ermittelt werden; die Strahldichte oder die spektral gewichtete Strahldichte zur Ermittlung der Blaulichtgefährdung (380 nm bis 780 nm) kann mit einem der folgenden Verfahren D bis Q nach CEN 14255-2, Anhang E ermittelt werden; die Strahldichte oder die spektral gewichtete Strahldichte zur Ermittlung der Netzhautgefährdung bei geringem visuellen Stimulus (780 nm bis 1400 nm) kann mit einem der folgenden Verfahren A, B und C nach CEN 14255-2, Anhang E ermittelt werden; hierbei genügt die Diskussion der Fälle A, B und C, da die weiteren Fälle Variationen der immer gleichen Methoden darstellen:
Verfahren A (Radiometer in effektiver Strahldichte (thermische Schädigung der Netzhaut) kalibriert):

1. Messung des tatsächlichen Durchmessers D der Strahlungsquelle, des Betrachtungsabstands r und des Betrachtungswinkels Φ.
2. Berechnung des Betrachtungsdurchmessers der Strahlungsquelle, siehe CEN 14255-2, Gleichung (13).
3. Berechnung der Winkelausdehnung der Strahlungsquelle, siehe CEN 14255-2, Gleichung (14).
4. Messung der thermischen Netzhaut-Strahldichte im Wellenlängenbereich von 380 nm bis 1400 nm mit einem Radiometer, das für die Messung der thermischen Netzhaut-Strahldichte kalibriert ist. Der geforderte Akzeptanzwinkel für den Detektor hängt von der Winkelausdehnung der Strahlungsquelle ab, d. h.: Ist die Winkelausdehnung kleiner oder gleich 1,7 mrad, muss der Akzeptanzwinkel gleich 1,7 mrad betragen. Ist die Winkelausdehnung größer als 1,7 mrad, darf der Akzeptanzwinkel die Winkelausdehnung nicht überschreiten. In keinem Fall darf der Akzeptanzwinkel einen Wert von 100 mrad überschreiten. Bei einem inhomogenen Strahlungsfeld muss der Akzeptanzwinkel zureichend sein, um Inhomogenitäten bis hinunter zu 1,7 mrad aufzulösen.
5. Messung der Expositionsdauer.
6. Berechnung des geltenden Grenzwerts unter Verwendung der Expositionsdauer und der Winkelausdehnung.
7. Vergleich der gemessenen thermischen Netzhaut-Strahldichte mit dem geltenden Grenzwert.

Ein Messgerät, das dieses Verfahren nutzt, steht für den Wellenlängenbereich bis 1400 nm kommerziell nicht zur Verfügung.
Verfahren B (Spektroradiometer mit Scanning-Monochromator):

1. Messung des tatsächlichen Durchmessers der Strahlungsquelle, des Betrachtungsabstands und des Betrachtungswinkels.
2. Berechnung des Betrachtungsdurchmessers der Strahlungsquelle, siehe CEN 14255-2, Gleichung (13).
3. Berechnung der Winkelausdehnung, siehe CEN 14255-2, Gleichung (14).
4. Messung der spektralen Strahldichte im Wellenlängenbereich von 380 nm bis 1400 nm mit einem Scanning-Spektroradiometer. Der geforderte Akzeptanzwinkel für den Detektor hängt von der Winkelausdehnung der Strahlungsquelle ab.
5. Berechnung der thermischen Netzhaut-Strahldichte für den Wellenlängenbereich von 380 nm bis 1400 nm, siehe CEN 14255-2, Gleichung (9), darin ist eine Faltung der spektralen Strahldichte mit der spektralen Gewichtung vorgeschrieben.
6. Messung der Expositionsdauer.
7. Berechnung des geltenden Grenzwerts unter Verwendung der Expositionsdauer und der Winkelausdehnung.
8. Vergleich der gemessenen thermischen Netzhaut-Strahldichte mit dem geltenden Grenzwert.

Ein Spektroradiometer mit Scanning-Monochromator tastet die unterschiedlichen Strahlungswellenlängen schrittweise ab. Mit einer geeigneten Eingangsoptik oder Blenden können Strahldichte und Strahldichtedosis gemessen werden. Das Ergebnis der Messung ist ein Spektrum, das zur Durchführung von Berechnungen der bewerteten und unbewerteten Strahlstärke verwendet werden kann. Zuverlässige Ergebnisse können nur erhalten werden, wenn die Strahlungsflussdichte während der Abtastzeit konstant ist.
Ein solches Spektroradiometer mit Scanning-Monochromator muss, um technisch einsetzbar zu sein, die folgenden zusätzlichen Eigenschaften erfüllen:

1. Es müssen geeignet empfindliche Detektoren zur Verfügung stehen, die den benötigten Spektralbereich abdecken.
2. Das Gerät ist geeignet zu kalibrieren und die Kalibrierung darf sich während der Durchführung der Messaufgabe – also während der Bewertung der Strahlung zumindest einer Anlage – nicht wesentlich verstellen.
3. Das Gerät muss einfach handhabbar sein und in rauer industrieller Umgebung langfristig bestehen.

Es müssen zur Abdeckung des Spektralbereichs zumindest zwei unterschiedliche Detektoren verwendet werden, damit wird das Gerät um einen Detektorwechsler, gegebenenfalls einem Gitterwechsler oder ähnlichem zu erweitern sein. Das Ansprechverhalten von Halbleiterdetektoren variiert allgemein stark mit der Wellenlänge, so dass regelmäßige Justagen des optischen Systems und Kalibrierung der Messapparatur notwendig sind: Neben dem Messgerät muss der Anwender also über ein optisches Labor mit geeignetem Personal verfügen, um den Betrieb dieser Apparatur zu sichern. Nachteilig ist also der aufwendige Betrieb eines solchen Spektroradiometers, da die Kosten für die Messung schnell die Kosten des zu untersuchenden Gerätes übersteigen.
Verfahren C (Spektroradiometer mit Array-Detektor):

1. Messung des tatsächlichen Durchmessers der Strahlungsquelle, des Betrachtungsabstands und des Betrachtungswinkels.
2. Berechnung des Betrachtungsdurchmessers der Strahlungsquelle, siehe CEN 14255-2 Gleichung (13).
3. Berechnung der Winkelausdehnung, siehe CEN 14255-2, Gleichung (14).
4. Messung der spektralen Strahldichte im Wellenlängenbereich von 380 nm bis 1400 nm mit einem Array-Spektroradiometer. Der geforderte Akzeptanzwinkel für den Detektor hängt von der Winkelausdehnung der Strahlungsquelle ab.
5. Berechnung der thermischen Netzhaut-Strahldichte für den Wellenlängenbereich von 380 nm bis 1400 nm, siehe CEN 14255-2, Gleichung (9), darin ist eine Faltung der spektralen Strahldichte mit der spektralen Gewichtung vorgeschrieben.
6. Messung der Expositionsdauer.
7. Berechnung des geltenden Grenzwerts unter Verwendung der Expositionsdauer und der Winkelausdehnung.
8. Vergleich der gemessenen thermischen Netzhaut-Strahldichte mit dem geltenden Grenzwert.

Ein Spektroradiometer mit Array-Detektor misst sämtliche unterschiedliche Wellenlängen zugleich, es ist keine mechanische Abtastbewegung notwendig. Es wird zwischen zwei unterschiedlichen Gerätearten unterschieden:
1-dimensionalen Detektoranordnungen, bei denen das gemessene Spektrum unter Verwendung eines Gitters auf eine Reihe von Detektoren projiziert wird (zum Beispiel eine Photodiodenanordnung) und
2-dimensionale Detektoranordnungen, die, verglichen mit 1-dimensionalen Detektoranordnungen, eine deutlich verbesserte Streulichtunterdrückung ermöglichen. Das gemessene Spektrum wird in einen Satz Unterspektren unterteilt, die (geometrisch getrennt) mittels eines Echellegitters und Kreuzdispersions-Vorzerlegers auf eine 2-dimensionale Anordnung von Detektoren, zum Beispiel einen Kamerachip projiziert wird.
Das Ergebnis der Messung ist ein Strahlungsspektrum, das zur Durchführung von Berechnungen der bewerteten und unbewerteten Strahldichte verwendet werden kann. Mit einer geeigneten Eingangsoptik oder Blenden können Strahldichte und Strahldichtedosis gemessen werden. Es können zuverlässige Ergebnisse erhalten werden, wenn sich die Strahlungsintensität während der Messung verändert hat oder konstant geblieben ist, vorausgesetzt, dass derartige Messungen innerhalb der Ansprechzeit des Geräts liegen.
Es zeigt sich jedoch bei Prüfung des Markts vorhandener IR-Messgeräte, dass solche Geräte nicht für den benötigten Spektralbereich zur Verfügung stehen – heute industriell nutzbare Geräte weisen eine spektrale Empfindlichkeit auf von zum Beispiel 550–1000 nm, Si 512/850–1650 nm, InGaAs 256,/850–1650 nm, InGaAs 512/1100–2100 nm, InGaAs 256/1200–2200 nm, InGaAs 256/1300–2500 nm (aktuelles Produktportfolio der Firma Polytec, Waldbrunn).
Weder deckt ein Gerät den benötigten Spektralbereich ab, noch decken zwei Geräte den Spektralbereich ab. Das Verfahren kann also nicht wie gewünscht umgesetzt werden. Die vorhandenen Halbleiterdetektoren müssen regelmäßig kalibriert werden. Neben dem Messgerät muss der Anwender also, wie auch beim Verfahren B, über ein optisches Labor mit geeignetem Personal verfügen, um den Betrieb dieser Apparatur zu sichern. Nachteilig ist also ferner der aufwendige Betrieb eines solchen Spektroradiometers, da die Kosten für die Messung schnell die Kosten des zu untersuchenden Gerätes übersteigen.
Hierzu ist für jeden Anwender des Verfahrens ein Laborbetrieb mit geeignetem Personal vorzusehen, da solche Aufbauten nur noch unter großen Mühen transportiert werden können und nach dem Transport erneut zu justieren sind.
Vielmehr ist das Messobjekt vor dem Messgerät zu positionieren und geeignet in allen Raumrichtungen und Winkeln zu Verfahren – dies ist naturgemäß für größere Objekte, wie zum Beispiel Elektrobogenöfen für die Stahlerzeugung nur bedingt lösbar.
Für die Strahldichte im VIS (Blaulichtgefährdung), bzw. nur im IR-A (Gefährdung der netzhaut bei geringem visuellen Reiz) bietet die EN 14255-2:2005 dieselben Verfahren an, wie für die Messung der Strahldichte im VIS und IR-A.
Daher gibt es auch für die Umsetzung dieser Normen keine handhabbare Vorrichtung, die alle in der EN 14255-2:2005 genannten Eigenschaften tatsächlich umfasst oder umsetzen kann. Es ist jedoch denkbar, dass mit dem Einsatz von zwei Spektroradiometern mit Array-Detektoren und geeigneten Optiken die Messaufgabe insgesamt zufriedenstellend durchgeführt werden kann, da die hier benötigten Geräte tatsächlich für Handbetrieb vorgesehen sind und da hier gerichtete Größen zu bestimmen sind. Die Messung muss dann einmal für den Bereich von etwa 380 nm bis 900 nm und ein zweites Mal mit identischer Position und Ausrichtung im Spektralbereich von etwa 900 nm bis 1400 nm durchgeführt werden.
Aus den Spektren können dann die benötigten Größen durch Bewertung der spektralen Daten mit festgelegten Gewichtungsfunktionen und nachfolgender numerischer Integration bestimmt werden. Der Aufwand zur Umsetzung des vorgeschlagenen Verfahrens bleibt aber hoch und kostenintensiv.
Eine Messung der Strahldichte, die in der IEC 62471:2009 vorgeschlagen wird, leitet sich aus der Messung der Bestrahlungsstärke ab, wenn geeignete Blenden eingesetzt werden. Insbesondere bei kleinen Winkeln – die Normen gehen bis 11 mrad – sind möglichst empfindliche Detektoren einzusetzen.
Die Messung der Strahldichte wird bei rein thermischen Strahlern geringer Oberflächentemperatur nicht benötigt, da die Grenzwerte der Normen und Richtlinien bei Temperaturen bis 1500°C nicht erreicht werden. Darüber hinaus, sowie bei Verwendung von Bogenentladungen, in Lichtbogenöfen, bei „Arc-” und „Flashlamps”, wie zum Beispiel in „Flash-lamp assisted” RTP hingegen sind diese Messungen notwendig.
Bestimmte Strahlenquellen weisen ein nicht-graues Verhalten auf. Solche Quellen sind zum Einen Entladungslampen, wie sie bei der Flash-lamp assisted RTP eingesetzt werden, es können aber auch keramische Oberflächen sein, die als Emitter der Infrarotstrahlung eingesetzt werden. Beispiele sind die in der DE 824 976 C und in der DE 101 63 087 B4 offenbarten IR-Strahler. Für letztere ist das im Weiteren vorgestellte erfindungsgemäße Verfahren mangels Offenbarung der verwendeten Oxide nur nach Messung der Emissionsspektren umsetzbar. Weitere IR-Strahler sind in der DE 102 17 011 A1 , in der viele Oxide ohne jede Zuordnung der Oxide zu spektralen Effekten aufgelistet sind, sowie der US 5,447,786 offenbart, in der Oxide der Seltenen Erden als selektiv abstrahlende Materialien offenbart werden – hier gilt das gleiche.
Der Stand der Technik zeigt also, dass es zwar Lösungsvorschläge gibt, diese aber für den Praktiker zu komplex, zu unhandlich, zu teuer oder in einigen Fällen noch gar nicht umsetzbar sind. Nachteilig am Stand der Technik ist also, dass der Aufwand zur Umsetzung der vorgeschlagenen Verfahren sehr hoch ist, die Kosten sehr hoch sind und die vorgeschlagenen Verfahren teilweise noch gar nicht umsetzbar sind.
Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, die Nachteile des Stands der Technik zu überwinden. Insbesondere soll ein möglichst einfaches, variables und auch unter schwierigen Bedingungen gut einsetzbares Verfahren und eine Vorrichtung hierzu zur Verfügung gestellt werden. Die Aufgabe ist es auch, ein Verfahren zur Verfügung zu stellen, das es erlaubt, mit zumutbarem Aufwand und einfachem Gerät die benötigten Daten in ausreichender Qualität zu ermitteln, um den Forderungen an die Bewertung des Risikos das von solchen Maschinen ausgeht, nachzukommen.
Die Aufgabe der Erfindung wird dadurch gelöst, dass die absolute spektral integrierte Strahldichte in einem zweiten Wellenlängenbereich gemessen wird und der Art der Strahlungsquelle zumindest ein Korrekturfaktor zugeordnet wird, mit dem die absolute spektral integrierte Strahldichte im zweiten Wellenlängenbereich korrigiert wird, so dass der korrigierte Wert der absoluten spektral integrierten Strahldichte im zweiten Wellenlängenbereich der zumindest einen Strahldichte im ersten Wellenlängenbereich entspricht.
Dabei kann vorgesehen sein, dass der zweite Wellenlängenbereich den zumindest einen ersten Wellenlängenbereich umfasst.
Ferner kann vorgesehen sein, dass die Art der Strahlungsquelle das Emissionsspektrum definiert.
Auch kann vorgesehen sein, dass zumindest einer der ersten Wellenlängenbereiche im infraroten Wellenlängenbereich liegt, vorzugsweise der erste und der zweite Wellenlängenbereich im Infraroten Wellenlängenbereich liegen.
Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass der korrigierte Wert der absoluten spektral integrierten Strahldichte im zweiten Wellenlängenbereich der Strahldichte im ersten Wellenlängenbereich mit einer Genauigkeit von 50%, bevorzugt mit einer Genauigkeit von 25%, besonders bevorzugt mit einer Genauigkeit von 10% entspricht.
Auch kann vorgesehen sein, dass die absolute spektral integrierte Strahldichte im zweiten Wellenlängenbereich mit zumindest einem Korrekturfaktor multipliziert wird, so dass der korrigierte Wert der absoluten spektral integrierten Strahldichte im zweiten Wellenlängenbereich zumindest einer Strahldichte im ersten Wellenlängenbereich entspricht.
Gemäß einer Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens kann vorgesehen sein, dass der korrigierte Wert oder die korrigierten Werte der absoluten spektral integrierten Strahldichte im zweiten Wellenlängenbereich als Strahldichte oder Strahldichten im ersten Wellenlängenbereich ausgegeben wird oder werden, vorzugweise auf einer Anzeigeeinrichtung, einem Ausdruck und/oder über eine elektronische Datenausgabe.
Eine vorteilhafte Ausgestaltung des Verfahrens sieht vor, dass die Art der Strahlungsquelle anhand von voreingestellten Gruppen bestimmt wird, wobei insbesondere graue Strahler eine Gruppe bilden oder als Teil einer gemeinsamen Gruppe definiert werden.
Ferner kann vorgesehen sein, dass für verschiedene erste Wellenlängenbereiche verschiedene Korrekturfaktoren zugeordnet werden, insbesondere für das sichtbare Spektrum von 380 nm bis 700 nm (VIS) zur Ermittlung der Blaulichtgefährdung, für das Spektrum von 380 nm bis 1400 nm (VIS und IR-A) zur Ermittlung der Gefährdung von Netzhautverbrennungen, für das Spektrum von 780 nm bis 1400 nm (IR-A) zur Ermittlung der Gefährdung von Netzhautverbrennungen, für das Spektrum von 780 nm bis 3000 nm (IR-A und IR-B) zur Ermittlung der Gefährdung von Hornhautverbrennungen und/oder für das Spektrum von 380 nm bis 3000 nm (VIS, IR-A und IR-B) zur Ermittlung der Gefährdung von Hautverbrennungen.
Auch kann vorgesehen sein, dass die absolute, spektral integrierte Strahldichte in einem zweiten Wellenlängenbereich mit einem Detektor gemessen wird, der vorzugsweise mit Wasser gekühlt wird. Die Wasserkühlung erlaubt vergleichbare Messungen auch bei höheren Strahldichten.
Dabei kann vorgesehen sein, dass der Detektor spektral flach absorbiert, vorzugsweise im Bereich zwischen 200 nm und 20 μm, besonders bevorzugt zwischen 300 nm und 10 μm.
Eine erfindungsgemäße Weiterbildung des Verfahrens sieht vor, dass der zweite Wellenlängenbereich, in dem die absolute spektral integrierte Strahldichte gemessen wird, zwischen 200 nm und 20 μm liegt, vorzugsweise zwischen 300 nm und 10 μm.
Es kann auch vorgesehen sein, dass die Strahldichte der Strahlungsquelle in zumindest einem ersten infraroten Wellenlängenbereich bestimmt wird.
Eine weitere Ausgestaltung der Erfindung kann vorsehen, dass die Art der Strahlungsquelle bestimmt wird und/oder eingegeben wird oder der Korrekturfaktor eingegeben wird.
Besonders vorteilhafte Verfahren können sich dadurch auszeichnen, dass abhängig vom Korrekturfaktor, der gemessenen absoluten spektral integrierten Strahldichte im zweiten Wellenlängenbereich und dem zumindest einen ersten Wellenlängenbereich ein Signal erzeugt wird, das anzeigt, ob ein Grenzwert bezogen auf den zumindest einen ersten Wellenlängenbereich überschritten wird.
Auch kann vorgesehen sein, dass eine Messeinrichtung, die zum Messen der absoluten spektral integrierten Strahldichte im zweiten Wellenlängenbereich verwendet wird, vor der Messung kalibriert wird.
Erfindungsgemäße Verfahren können sich auch dadurch auszeichnen, dass eine Messeinrichtung, die zum Messen der absoluten spektral integrierten Strahldichte im zweiten Wellenlängenbereich verwendet wird, zur Messung bezogen auf die Strahlungsquelle ausgerichtet wird.
Auch kann vorgesehen sein, dass bei der Messung der absoluten spektral integrierten Strahldichte im zweiten Wellenlängenbereich die Messeinrichtung, die zum Messen der absoluten spektral integrierten Strahldichte im zweiten Wellenlängenbereich verwendet wird, unterschiedlich zur Strahlungsquelle ausgerichtet wird, wobei vorzugsweise der maximale gemessene Wert zur Berechnung der Strahldichte im ersten Wellenlängenbereich verwendet wird.
Erfindungsgemäße Verfahren zur Ermittlung sicherheitsrelevanter Emissionen von Infrarotbestrahlungsvorrichtungen können auch vorsehen, dass die benötigten Größen mit einem dazu vorgesehenen Geräten gemessen werden, insbesondere die relevante Temperatur, die das thermische Spektrum bestimmt, bestimmt wird und die Intensitäten anhand von beigefügten Tabellen ermittelt werden.
Die Aufgabe der Erfindung wird auch gelöst durch eine Vorrichtung zum Bestimmen der Strahldichte einer Strahlungsquelle in zumindest einem ersten Wellenlängenbereich mit einem solchen Verfahren, wobei die Vorrichtung einen Detektor umfasst, der die absolute spektral integrierte Strahldichte in einem zweiten Wellenlängenbereich misst, eine Speichereinheit umfasst, in dem zumindest ein Korrekturfaktor gespeichert ist, eine Recheneinheit umfasst, mit der aus der absoluten spektral integrierten Strahldichte im zweiten Wellenlängenbereich die Strahldichte der Strahlungsquelle in dem zumindest einen ersten Wellenlängenbereich mit dem Korrekturfaktor berechenbar ist, und eine Ausgabeeinrichtung umfasst, über die das Ergebnis der Berechnung ausgebbar und/oder anzeigbar ist.
Dabei kann vorgesehen sein, dass der Detektor ein Thermoelement oder mehrere Thermoelemente umfasst, die während der Messung die Strahlung im zweiten Wellenlängenbereich absorbieren.
Erfindungsgemäße Vorrichtungen können sich auch dadurch auszeichnen, dass vor dem Detektor ein Reflektor angeordnet ist, der Strahlung der Strahlungsquelle auf den Detektor reflektiert.
Ferner kann vorgesehen sein, dass der Detektor und vorzugsweise auch der Reflektor an eine Kühlvorrichtung angeschlossen ist oder sind, insbesondere an eine Wasserkühlung.
Eine weitere Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass die Vorrichtung eine Eingabeeinrichtung umfasst, mit der die Art der Strahlungsquelle eingebbar ist und dass jeder Art der Strahlungsquelle ein Korrekturfaktor zugeordnet ist.
Schließlich kann vorgesehen sein, dass für verschiedene erste Wellenlängenbereiche verschiedene Korrekturfaktoren im Speicher hinterlegt sind, insbesondere für das sichtbare Spektrum von 380 nm bis 700 nm (VIS) zur Ermittlung der Blaulichtgefährdung, für das Spektrum von 380 nm bis 1400 nm (VIS und IR-A) zur Ermittlung der Gefährdung von Netzhautverbrennungen, für das Spektrum von 780 nm bis 1400 nm (IR-A) zur Ermittlung der Gefährdung von Netzhautverbrennungen, für das Spektrum von 780 nm bis 3000 nm (IR-A und IR-B) zur Ermittlung der Gefährdung von Hornhautverbrennungen und/oder für das Spektrum von 380 nm bis 3000 nm (VIS, IR-A und IR-B) zur Ermittlung der Gefährdung von Hautverbrennungen.
Der Erfindung liegt die überraschende Erkenntnis zugrunde, dass nicht das Messverfahren und die Vorrichtung an den spektralen Bereich angepasst wird, um die Messung in dem gewünschten Bereich direkt durchzuführen, sondern es wird das gesamte Spektrum gemessen, um dann bei bekannter Strahlungsquelle die Strahldichte in dem gewünschten Wellenlängenbereich zu berechnen. Dies vereinfacht das Verfahren und die Vorrichtung erheblich, so dass ein Einsatz auch unter schwierigen industriellen Bedingungen teilweise überhaupt erst möglich wird. Zudem reicht ein einziges Verfahren beziehungsweise eine einzige Vorrichtung aus, um die unterschiedlichen Strahldichten in verschiedensten Wellenlängenbereichen zu bestimmen. Ändern sich die Bestimmungen für die Vorschriften, können einfach neue Korrekturfaktoren und gegebenenfalls neue Grenzwerte verwendet werden, beziehungsweise im Speicher der Vorrichtung hinterlegt werden, anstatt aufwendig die Filter auszutauschen und teure neue Filter einzusetzen. Die Erfindung liefert also ein einfaches Universalmessgerät. Die grundsätzliche Art der Strahlungsquelle ist nämlich meist gut bekannt oder kann vorher unter Laborbedingungen bestimmt werden.
Ein wesentlicher erfinderischer Gedanke ist es also, auf die komplexe spektral aufgelöste Messung vollständig zu verzichten und stattdessen in Umkehrung eine möglichst vollständige und gute Messung der spektral integrierten Information durchzuführen. Dies ist mit heute erhältlichen Komponenten technisch in einem industriellen Umfeld möglich, ohne dass ein zusätzlicher Laborbetrieb benötigt wird, und ohne dass die Messung teurer wird, als das zu vermessende Gerät.
Ein erfindungsgemäßes Verfahren erlaubt es also, mit einer Messung möglichst viele relevante Daten aufzunehmen, die Daten mittels einiger zuvor bestimmter Werte und Eigenschaften der zu bewertenden Anlage durch Vergleich mit Tabellen direkt zu bewerten und so die Messaufgabe direkt, vor Ort und schnell wie kostengünstig zu erledigen. Hierzu wird ein kostengünstiges Messgerät vorgeschlagen, das nicht von Spezialisten bedient werden muss und das die benötigten Tabellen für allgemeingültige Fälle zur Verfügung stellt.
Im Folgenden werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand von fünf Diagrammen erläutert, ohne jedoch dabei die Erfindung zu beschränken. Dabei zeigt:
1: ein Diagramm der emittierten mit der spektralen Gewichtung (für thermische Schädigung) bewerteten Strahlungsleistung in Abhängigkeit von der Temperatur eines grauen Strahlers;
2: ein Diagramm des Anteils der gewichteten Strahldichte in den angegebenen Wellenlängenbändern an der gesamten Strahldichte eines grauen Strahlers, also des Korrekturfaktors;
3: ein Diagramm der relativen spektralen Empfindlichkeit des Auges für die Sicht bei Tag nach CIE und die Transmission eines Filters;
4: ein Diagramm der emittierten mit der spektralen Gewichtung (für thermische Schädigung) bewerteten und um die Filterfunktion aus 3 reduzierten Strahlungsleistung in Abhängigkeit von der Temperatur eines grauen Strahlers; und
5: ein Diagramm der Korrekturfaktoren zur Ermittlung der Strahldichte für die angegeben spektralen Bereiche aus der gesamten gemessenen spektral integrierten Strahldichte für gefilterte Strahlung nach 3.
Für den Bereich des sichtbaren Lichts bis tief in den infraroten Bereich (IR) hinein eignen sich beispielsweise Thermoelemente, die die Strahlung als Wärme aufnehmen, und deren Temperatur ein direktes Maß für die aufgenommene Strahlungsleistung und damit für die Bestrahlungsstärke ist. Die elektromagnetische Strahlung wird vom Sensor absorbiert und in Wärme umgewandelt, die dann durch die Thermoelemente als Temperatur gemessen wird. Die Thermoelemente messen also die absolute spektral integrierte Bestrahlungsstärke einer Strahlungsquelle über einen großen Wellenlängenbereich. Die Thermoelemente beziehungsweise der Sensor können mit einer schwarzen Schicht beschichtet sein, die möglichst viel elektromagnetische Strahlung absorbiert und in Wärme umwandelt. Je nach zu erwartender Strahlungsleistung können geeignete Thermoelemente verwendet werden, bei hohen Temperaturen können beispielsweise Platin-Rhodium/Platin-Thermoelemente (Typ S) verwendet werden, während für Strahlungsquellen mit niedrigerer Bestrahlungsstärke Eisen-Kupfer/Nickel (Typ J) oder für mittlere Bestrahlungsstärken Nickel-Chrom/Nickel (Typ K) ausreichen und verwendet werden können.
Damit sich die Thermoelemente in einem definierten thermischen Zustand befinden und die Messung nicht durch andere Wärmequellen oder Wärmesenken verfälscht wird, ist eine Wasserkühlung vorgesehen, die den Detektor kühlt. Eine starke Kühlleistung der Wasserkühlung ist vorteilhaft, da dann sichergestellt ist, dass die Wärmeflüsse von den Thermoelementen in den Detektor unabhängig von anderen Wärmeflüssen gleich bleibt und somit die einzelnen Messungen gut miteinander vergleichbar sind.
Auf der Vorderseite des Detektors sind Blenden vorgesehen, die den Detektionswinkel der Messapparatur vorgeben. Die Wasserkühlung erstreckt sich auch durch die Blenden und hält so auch deren Temperatur konstant. Dadurch werden die Thermoelemente von störenden Wärmeflüssen aus Richtung der Blenden abgeschirmt.
Der Detektor umfasst ferner eine Rechen- und Speichereinheit und eine Anzeige. Die Rechen- und Speichereinheit ist ein elektronischer Rechner mit einem elektronischen Speicher, wie diese als handelsübliche integrierte Schaltungen oder als Rechner erhältlich sind. In der Speichereinheit sind für verschiedene Arten von Strahlungsquellen verschiedene Korrekturfaktoren von 0% bis 100%, beziehungsweise von 0 bis 1, gespeichert, mit denen die absolute spektral integrierte Strahlstärke, die mit dem Sensor gemessen wird, multipliziert wird, um die spektral gerichtete effektive Strahlstärke, erzeugt von einer Strahlungsquelle und unter einer gewissen Winkelausdehnung auftreffend in einem gewünschten spektralen Bereich zu berechnen. Die Rechnung erfolgt in der Recheneinheit.
Die Recheneinheit stellt das Ergebnis auf der Anzeige dar, so dass es von einem Anwender der Vorrichtung abgelesen werden kann. Auf der Anzeige können dazu ein zeitliches Mittel und die aktuellen Werte der gerichteten Strahldichte einer Strahlungsquelle angezeigt werden. Zudem kann auf der Anzeige auch der Wellenlängenbereich angezeigt werden, auf den sich der Wert der Strahldichte einer Strahlungsquelle bezieht. Schließlich kann auch ein Grenzwert angezeigt werden. Es ist vorteilhaft, wenn durch eine farbliche Codierung oder zusätzliche Zeichen auf der Anzeige dargestellt wird, ob der Grenzwert gut eingehalten wurde (Grüne Zahlen), der Messwert dicht am Grenzwert liegt (Gelbe Zahlen) oder der Messwert den Grenzwert überschreitet (Rote Zahlen), oder welcher Klasse der Messwert entspricht. Als Anzeige kann ein einfaches LCD-Display verwendet werden, das durch die Recheneinheit gesteuert wird. Die Art der Strahlungsquelle kann über eine Eingabeeinrichtung (nicht gezeigt), beispielsweise eine Tastatur oder auch über ein Rad zum Scrollen, aus verschiedenen Arten von Strahlungsquellen, die auf der Anzeige dargestellt werden, vor der eigentlichen Messung ausgewählt werden.
Für die Messung wird die Vorrichtung mit den Blenden zur Strahlbegrenzung in Richtung einer Strahlungsquelle ausgerichtet, so dass ein strahlendes Flächenelement der Strahlungsquelle über der Öffnung des Reflektors liegt. Die von dem Flächenelement ausgehende elektromagnetische Strahlung fällt teilweise durch die Blenden direkt auf die Thermoelemente.
Die Thermoelemente absorbieren einen Teil der elektromagnetischen Strahlung und heizen sich dabei auf. Die erzeugte Wärme wird größtenteils über die Wasserkühlung abgeführt. Dadurch stellt sich sehr schnell ein Gleichgewicht zwischen der durch die elektromagnetische Strahlung zugeführten Wärme und der durch die Wasserkühlung abgeführten Wärme ein. Dieses Gleichgewicht hängt vom Aufbau der Vorrichtung ab, ist aber auch ein Maß für die aufgenommene Strahldichte. Der Einfluss des Aufbaus der Vorrichtung kann über eine Kalibrierung eliminiert werden, die in der Recheneinheit gespeichert wird oder ist.
Verschiedene Strahlungsquellen haben für unterschiedliche Wellenlängenbereiche unterschiedliche Strahlungscharakteristika. Typisch sind beispielsweise graue Strahler, die sich praktisch wie schwarze Strahler gemäß dem Planckschen Strahlungsgesetz verhalten, wobei die Emissivität angibt, wie genau der graue Strahler der Strahlungscharakteristik des schwarzen Strahlers entspricht. Da bei grauen Strahlern die verschiedenen Wellenlängen alle gleich stark beeinflusst werden, spielt die Emissivität für die vorliegende Messung der Bestrahlungsstärke einer Strahlungsquelle keine Rolle, so dass für alle grauen Strahler ein insbesondere nur noch temperaturabhängiger Korrekturfaktor verwendet werden kann. Für Strahlungsquellen mit einer anderen Strahlungscharakteristik, wie beispielsweise Bandstrahler müssen andere Korrekturfaktoren im Speicher hinterlegt werden.
Die Korrekturfaktoren können bestimmt werden, indem einmal (bereits beim Hersteller der Vorrichtung oder beim Anwender) durch spektroskopische Verfahren das gesamte Spektrum einer solchen Strahlungsquelle aufgenommen wird. Anschließend wird das Verhältnis der gesamten Bestrahlungsstärke in dem durch die Thermoelemente absorbierten Spektrum zur Bestrahlungsstärke in dem gewünschten Wellenlängenbereich gebildet. Dieser Quotient ist der Korrekturfaktor.
Für Vorrichtungen zur Messung der Strahldichte in den Wellenlängenbereichen VIS + IR-A sowie IR-A wird die gesamte, winkelunabhängige Einstrahlung. Hierzu wird ein geeigneter spektral breitbandig absorbierender Detektor verwendet.
Hier kann bevorzugt ein spektral flacher Thermopile-Detektor (mit Thermoelementen) eingesetzt werden, der zumindest im Bereich 380 nm bis 10 μm spektral flach absorbiert, bevorzugt sind solche Detektoren, die im Bereich von 200 nm bis hin zu 20 μm spektral flach absorbieren.
Dieser wird um die benötigten Blenden zur Beschränkung der Winkelausdehnung, unter der gemessen wird, modifiziert – Details hierzu in der IEC 62471:
Diese Vorrichtung kann nun die gesamte Strahldichte
messen, wobei für relevante Strahlenquellen der Messwert nur unwesentlich geringer (1 bis 10%) ist, als
Die Wasserkühlung Blenden ist essentiell, damit diese nicht durch eigene thermische Last das Messergebnis des Detektors beeinflussen. Auch der Detektor selbst ist aufgrund der möglichen hohen Strahlungsbelastung mit einer Kühlung versehen.
Ein solcher Detektor entspricht zum Beispiel auch den Anforderungen der IEC 62471, ohne jedoch spektral aufgelöste Messungen erlauben zu können.
1 zeigt in einem Diagramm die bereits mit der spektralen Gewichtung bewertete Bestrahlungsstärke in Abhängigkeit von der Temperatur eines grauen Strahlers in verschiedenen normierten fixierten Wellenlängenbereichen,
die typischerweise bestimmt werden sollen, um bestimmten Normen oder Vorschriften zu genügen.
Besonders relevante Messungen nach 2006/25/EG und IEC 62471:2008 für Infrarot-Elektrowärmeanlagen betreffen

2 zeigt den Anteil der so bereits spektral gewichteten Strahldichte eines grauen Strahlers, die in den relevanten Wellenlängenbereichen in Abhängigkeit von der Temperatur abgestrahlt wird, relativ zur Bestrahlungsstärke des grauen Strahlers im gesamten Spektrum. Wenn die absorbierte elektromagnetische Strahlung über einen großen Wellenlängenbereich erfasst wird, wie dies bei der Verwendung von Thermoelementen der Fall ist, und die Messung bei Temperaturen der Strahlung emittierenden Quelle von 100°C bis 3000°C erfolgt, wie das bei industriellen Prozessen meist der Fall ist, ist der Anteil der nicht vom Sensor aufgenommenen Bestrahlungsstärke sehr klein und damit vernachlässigbar. Der Anteil nach 2 kann dann also als Korrekturfaktor verwendet werden. Gegebenenfalls kann aber auch dieser fehlende Anteil beim Korrekturfaktor berücksichtigt werden.
Es folgen allgemeine Beispiele für verschiedene erfindungsgemäße Vorrichtungen/Messgeräte. Messgerät für effektive Strahldichte im VIS + IR-A und im IR-A. Es wird die gesamte winkelabhängige, bzw. über einen definierten Winkelbereich auftretende Einstrahlung benötigt. Hierzu wird ein breitbandig detektierender Detektor zusammen mit einer Vorrichtung eingesetzt, die mittels wassergekühlter Blenden die benötigte Winkelauflösung erzeugt.
Durchführung der Messung:

1. Das Messgerät ist zu kalibrieren, so dass es die Bestrahlungsstärke in W/m² angibt. Da keine Justage notwendig ist, kann, wenn eine Alterung der Oberflächen verhindert wird, in üblichen Intervallen extern kalibriert werden.
2. Die Blenden werden so angeordnet, dass sie die Winkelausdehnung der betrachteten Quelle erfassen. Hierzu sind sie zwischen den normativ gesetzten Grenzen einzustellen.
3. Die Messung erfolgt, indem das Messgerät an allen Messstellen, die bewertet werden sollen so ausgerichtet wird, dass es die maximale Intensität misst. Diese Werte werden dokumentiert.
4. Zusätzlich werden benötigte geometrische Daten gemessen oder bestimmt. Für die Messaufgabe sind die aus der Messposition sichtbare auf den Detektor wirkende Strahler, bzw. Quellen und ihre Temperatur relevant. Für die normative Aufgabe sind Position, Abstand und Winkelausrichtung der Quellen zu dokumentieren.
5. Zusätzlich sind Daten für die spektrale Information aufzunehmen. Dies ist für thermische Strahler für jeden Messfleck die Temperatur der betrachteten Quelle. Bei Bandenstrahler oder thermischer Strahlung, die einen Filter passiert, müssen geeignete Daten zur Charakterisierung dieser Elemente aufgenommen werden.
6. Im Anschluss können anhand der Diagramme nach den 1 bis 5 oder Anhand von Tabellen die Messwerte in die benötigten Strahldichten umgerechnet werden.
6. Mit diesen Werten kann dann die Risikobewertung entsprechend der gültigen Norm oder Richtlinie erfolgen.

Das vorgestellte Verfahren ergibt Messwerte, die eine absolute spektral integrierte Strahldichte darstellen. Aus diesen Messwerten soll nun möglichst einfach die relevante nur über einen speziellen Spektralbereich integrierte Größe bestimmt werden. Dies kann bei Kenntnis des Emissionsspektrums anhand von Tabellen oder Diagrammen erfolgen. Im Folgenden sei dies für Spezialfälle erläutert.
Zur Nomenklatur der spektralen Emission und zu den hier zitierten Zusammenhängen sei auf die Literatur verwiesen.
1. Beispiel, grauer thermischer Strahler:
Dies ist bei weitem die technisch relevanteste Form der Infrarot-Strahlenquelle. Die klassischen Infrarotstrahler mit einem Heizelement aus Wolfram, Kohlenstoff, Siliziumcarbid, einem hochlegierten Stahl, wie Inconel, Kanthal, Nikrothal, aber auch aus Molybdendisilizid, seien sie elektrisch beheizt, oder als Strahlrohr mit Erdgas beheizt, können in sehr guter Näherung alle als graue Strahler angenommen werden. Die üblichen sekundär strahlenden Materialien, wie zum Beispiel keramische Auskleidungen, Schamotten, Isoliermatten, aber auch temperaturbeständige Stähle können in guter Näherung auch als graue Strahler angesehen werden.
In diesem Fall ist das Emissionsspektrum eines Oberflächenelements nur durch seine Temperatur bestimmt.
Die emittierte Strahlungsleistung eines Oberflächenelements kann aus den in 3 gezeigten Diagrammen für die einzelnen spektralen Bereiche jeweils direkt bestimmt werden, in dem der zu der Temperatur gehörige Zahlenwert mit der Emissivität des Flächenelements multipliziert wird.
Die Strahldichte eines bestimmten spektralen Bands kann bestimmt werden, indem die gemessene Strahldichte mit dem Korrekturfaktor für dieses spektrale Band und für die Temperatur der Emissionsquelle multipliziert wird, wobei der Korrekturfaktor aus 2 abgelesen wird.
Die Tabellen können direkt unter der Annahme grauer Strahler durch (numerische) Integration der aus der Planckschen Formel berechenbaren wellenlängen- und temperaturabhängigen Emission über die jeweiligen spektralen Bereiche bestimmt werden.
2. Beispiel, Bandenemission:
Das Verfahren ist identisch zu dem aus dem vorigen Beispiel, jedoch müssen neue Tabellen ermittelt werden, bei der in der Auswertung der Planckschen Formel jeweils die wellenlängen- und temperaturabhängige Emissivität der Strahlungsquelle berücksichtigt wird.
Für Strahlungsquellen, die ein nicht-graues Verhalten aufweisen, muss die spektrale Verteilung der Emission der Strahlenquelle bei der Erstellung der Tabellen und Diagramme für das hier dargestellte Messverfahren mit berücksichtigt werden. Solche Quellen sind zum einen Entladungslampen, wie sie bei der „Flash-lamp assisted” RTP eingesetzt werden, es können aber auch keramische Oberflächen sein, die als Emitter der Infrarotstrahlung eingesetzt werden.
Die Emissionsspektren müssen jedoch jeweils nur einmal bestimmt werden, beziehungsweise, falls die Emission der Oberfläche von der Temperatur abhängt, zudem noch bei unterschiedlichen Temperaturen. Dies kann jedoch unter Laborbedingungen durchgeführt werden.
Dann werden für Festkörper als Quellen die gemessenen Emissivitäten zum Gewichten der Planckschen Formel eingesetzt und die Korrekturfaktoren zur Gewichtung der Messergebnisse erneut durch numerische Integration gewonnen.
Bei Plasmaquellen können die gemessenen Spektren direkt als Grundlage der numerischen Integration über die benötigten Spektralbereiche verwendet werden.
3. Beispiel, Filter:
Im Falle von Filtern, die die Strahlung beeinflussen, kann das erfindungsgemäße Verfahren dann eingesetzt werden, wenn die spektrale Transmission des Filters zuvor bestimmt wurde und der Filter selber nicht zur Emission beiträgt, er also ausreichend kühl ist oder nur im IR-B oder IR-C emittiert. Hierzu kann die spektrale Transmission des Filters einmal zum Beispiel mittels Fourier-Transformations-Spektroskopie bestimmt werden.
Zudem muss für dielektrische Filter eine geeignete Wichtungsfunktion bestimmt werden, die die Variation der Absorption mit unterschiedlichem Winkel unter dem Strahlung durch den Filter hindurch auf das Messgerät tritt, bewertet werden. Bei vorwiegend senkrechter Transmission ist diese Funktion nahezu gleich 1.
Dann wird die Plancksche Formel ausgewertet und mit der spektralen Absorption des Filters gewichtet, bevor die numerische Integration für die spektralen Bereiche erfolgt.
In 3 sind die relative spektrale Empfindlichkeit des Auges für Tagsehen nach CIE und die Transmission eines Filters dargestellt. Als Filter für sogenannte blendfreie Infrarotstrahler werden häufig Lüsterlacke auf Goldbasis eingesetzt, diese weisen ihre wesentliche Absorption im VIS auf und haben im Infraroten im IR-A und IR-B eine nur geringe Absorption. Die Absorption im IR-C ist auf das Quarzglas als Trägermaterial zurückzuführen.
Die mit der Filterfunktion gewichteten und mit der spektralen Gewichtungsfunktion gewichteten Emissionsstärken der einzelnen spektralen Bereiche sind in 4 dargestellt. 5 zeigt die benötigten Korrekturfaktoren zur Ermittlung der der Strahldichte für die angegebenen spektralen Bereiche aus der gesamten gemessenen spektral integrierten Strahldichte.
Alle diese erfindungsgemäßen Verfahren, die nahezu jede technisch relevante Form abdecken ist zu Eigen, dass der benötigte zusätzliche Aufwand für die Generierung der Tabellen oder Diagramme nur genau einmal durchgeführt werden muss.
Die daraus ermittelten Korrekturfaktoren für die einzelnen spektralen Bänder können zur weiteren Automatisierung der Messung auch direkt in der Auswerteeinheit hinterlegt werden, so dass direkt der benötigte Wert angezeigt wird. Da jedoch für einen Messwert mehrere Werte benötigt werden, ist es vorteilhafter, dies im Anschluss durchzuführen.
Die in der voranstehenden Beschreibung, sowie den Ansprüchen, Figuren und Ausführungsbeispielen offenbarten Merkmale der Erfindung können sowohl einzeln, als auch in jeder beliebigen Kombination für die Verwirklichung der Erfindung in ihren verschiedenen Ausführungsformen wesentlich sein.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

DE 824976 C [0027]
DE 10163087 B4 [0027]
DE 10217011 A1 [0027]
US 5447786 [0027]

Zitierte Nicht-Patentliteratur

EU Richtlinie zur künstlichen optischen Strahlung, 2006/25/EG [0004]
Maschinenrichtlinie 2006/42/EG [0004]
CEN 12198-1, -2 und -3 [0004]
CEN 14255 [0004]
IEC 62471 [0004]
2006/25/EG [0005]
IEC 62471:2008] [0005]
europäischen Norm CEN 14255-2, Anhang E [0007]
Norm IEC 62471:2009 [0007]
CEN 14255-2, Anhang E [0008]
CEN 14255-2, Gleichung (13) [0009]
CEN 14255-2, Gleichung (14) [0009]
CEN 14255-2, Gleichung (13) [0011]
CEN 14255-2, Gleichung (14) [0011]
CEN 14255-2, Gleichung (9) [0011]
CEN 14255-2 Gleichung (13) [0015]
CEN 14255-2, Gleichung (14) [0015]
CEN 14255-2, Gleichung (9) [0015]
EN 14255-2:2005 [0022]
EN 14255-2:2005 [0023]
IEC 62471:2009 [0025]
IEC 62471: [0075]
IEC 62471 [0078]
2006/25/EG [0080]
IEC 62471:2008 [0080]

Claims

Verfahren zur Bestimmung der Strahldichte einer Strahlungsquelle in zumindest einem ersten Wellenlängenbereich, dadurch gekennzeichnet, dass die absolute spektral integrierte Strahldichte in einem zweiten Wellenlängenbereich gemessen wird und der Art der Strahlungsquelle zumindest ein Korrekturfaktor zugeordnet wird, mit dem die absolute spektral integrierte Strahldichte im zweiten Wellenlängenbereich korrigiert wird, so dass der korrigierte Wert der absoluten spektral integrierten Strahldichte im zweiten Wellenlängenbereich der zumindest einen Strahldichte im ersten Wellenlängenbereich entspricht.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Wellenlängenbereich den zumindest einen ersten Wellenlängenbereich umfasst.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Art der Strahlungsquelle das Emissionsspektrum definiert.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest einer der ersten Wellenlängenbereiche im infraroten Wellenlängenbereich liegt, vorzugsweise der erste und der zweite Wellenlängenbereich im Infraroten Wellenlängenbereich liegen.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der korrigierte Wert der absoluten spektral integrierten Strahldichte im zweiten Wellenlängenbereich der Strahldichte im ersten Wellenlängenbereich mit einer Genauigkeit von 50%, bevorzugt mit einer Genauigkeit von 25%, besonders bevorzugt mit einer Genauigkeit von 10% entspricht.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die absolute spektral integrierte Strahldichte im zweiten Wellenlängenbereich mit zumindest einem Korrekturfaktor multipliziert wird, so dass der korrigierte Wert der absoluten spektral integrierten Strahldichte im zweiten Wellenlängenbereich zumindest einer Strahldichte im ersten Wellenlängenbereich entspricht.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der korrigierte Wert oder die korrigierten Werte der absoluten spektral integrierten Strahldichte im zweiten Wellenlängenbereich als Strahldichte oder Strahldichten im ersten Wellenlängenbereich ausgegeben wird oder werden, vorzugweise auf einer Anzeigeeinrichtung, einem Ausdruck und/oder über eine elektronische Datenausgabe.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Art der Strahlungsquelle anhand von voreingestellten Gruppen bestimmt wird, wobei insbesondere graue Strahler eine Gruppe bilden oder als Teil einer gemeinsamen Gruppe definiert werden.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass für verschiedene erste Wellenlängenbereiche verschiedene Korrekturfaktoren zugeordnet werden, insbesondere für das sichtbare Spektrum von 380 nm bis 700 nm (VIS) zur Ermittlung der Blaulichtgefährdung, für das Spektrum von 380 nm bis 1400 nm (VIS und IR-A) zur Ermittlung der Gefährdung von Netzhautverbrennungen, für das Spektrum von 780 nm bis 1400 nm (IR-A) zur Ermittlung der Gefährdung von Netzhautverbrennungen, für das Spektrum von 780 nm bis 3000 nm (IR-A und IR-B) zur Ermittlung der Gefährdung von Hornhautverbrennungen und/oder für das Spektrum von 380 nm bis 3000 nm (VIS, IR-A und IR-B) zur Ermittlung der Gefährdung von Hautverbrennungen.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die absolute, spektral integrierte Strahldichte in einem zweiten Wellenlängenbereich mit einem Detektor gemessen wird, der vorzugsweise mit Wasser gekühlt wird.
Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Detektor spektral flach absorbiert, vorzugsweise im Bereich zwischen 200 nm und 20 μm, besonders bevorzugt zwischen 300 nm und 10 μm.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Wellenlängenbereich, in dem die absolute spektral integrierte Strahldichte gemessen wird, zwischen 200 nm und 20 μm liegt, vorzugsweise zwischen 300 nm und 10 μm.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Strahldichte der Strahlungsquelle in zumindest einem ersten infraroten Wellenlängenbereich bestimmt wird.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Art der Strahlungsquelle bestimmt wird und/oder eingegeben wird oder der Korrekturfaktor eingegeben wird.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass abhängig vom Korrekturfaktor, der gemessenen absoluten spektral integrierten Strahldichte im zweiten Wellenlängenbereich und dem zumindest einen ersten Wellenlängenbereich ein Signal erzeugt wird, das anzeigt, ob ein Grenzwert bezogen auf den zumindest einen ersten Wellenlängenbereich überschritten wird.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Messeinrichtung, die zum Messen der absoluten spektral integrierten Strahldichte im zweiten Wellenlängenbereich verwendet wird, vor der Messung kalibriert wird.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Messeinrichtung, die zum Messen der absoluten spektral integrierten Strahldichte im zweiten Wellenlängenbereich verwendet wird, zur Messung bezogen auf die Strahlungsquelle ausgerichtet wird.
Verfahren nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass bei der Messung der absoluten spektral integrierten Strahldichte im zweiten Wellenlängenbereich die Messeinrichtung, die zum Messen der absoluten spektral integrierten Strahldichte im zweiten Wellenlängenbereich verwendet wird, unterschiedlich zur Strahlungsquelle ausgerichtet wird, wobei vorzugsweise der maximale gemessene Wert zur Berechnung der Strahldichte im ersten Wellenlängenbereich verwendet wird.
Vorrichtung zum Bestimmen der Strahldichte einer Strahlungsquelle in zumindest einem ersten Wellenlängenbereich mit einem Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung einen Detektor umfasst, der die absolute spektral integrierte Strahldichte in einem zweiten Wellenlängenbereich misst, eine Speichereinheit umfasst, in dem zumindest ein Korrekturfaktor gespeichert ist, eine Recheneinheit umfasst, mit der aus der absoluten spektral integrierten Strahldichte im zweiten Wellenlängenbereich die Strahldichte der Strahlungsquelle in dem zumindest einen ersten Wellenlängenbereich mit dem Korrekturfaktor berechenbar ist, und eine Ausgabeeinrichtung umfasst, über die das Ergebnis der Berechnung ausgebbar und/oder anzeigbar ist.
Vorrichtung nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass der Detektor ein Thermoelement oder mehrere Thermoelemente umfasst, die während der Messung die Strahlung im zweiten Wellenlängenbereich absorbieren.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 19 bis 21, dadurch gekennzeichnet, dass der Detektor an eine Kühlvorrichtung angeschlossen ist oder sind, insbesondere an eine Wasserkühlung.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 19 bis 22, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung eine Eingabeeinrichtung umfasst, mit der die Art der Strahlungsquelle eingebbar ist und dass jeder Art der Strahlungsquelle ein Korrekturfaktor zugeordnet ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 19 bis 23, dadurch gekennzeichnet, dass für verschiedene erste Wellenlängenbereiche verschiedene Korrekturfaktoren im Speicher hinterlegt sind, insbesondere für das sichtbare Spektrum von 380 nm bis 700 nm (VIS) zur Ermittlung der Blaulichtgefährdung, für das Spektrum von 380 nm bis 1400 nm (VIS und IR-A) zur Ermittlung der Gefährdung von Netzhautverbrennungen, für das Spektrum von 780 nm bis 1400 nm (IR-A) zur Ermittlung der Gefährdung von Netzhautverbrennungen, für das Spektrum von 780 nm bis 3000 nm (IR-A und IR-B) zur Ermittlung der Gefährdung von Hornhautverbrennungen und/oder für das Spektrum von 380 nm bis 3000 nm (VIS, IR-A und IR-B) zur Ermittlung der Gefährdung von Hautverbrennungen.