DE2352817C3 - Meßgerät zur Messung von wirkungsbezogenen Bestrahlungsstärken - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Meßgerät zur Messung wirkungsbezogener Bestrahlungsstärken in zusammenhängenden Teilbereichen des optischen Gesamtbereichs von 100 nm bis 2000 nm gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Die genaue Bestimmung von Bestrahlungsstärken ist überall dort erforderlich, wo Strahlen zur Erzielung bestimmter Wirkungen eingesetzt werden, z. B.: in der Reprotechnik, Lacktrocknung, Medizin und Kosmetik. Zur Beurteilung von Strahlenquellen hinsichtlich ihrer Wirkung ist daher die quantitative Erfassung der wirkungsbezogenen Bestrahlungsstärke in den entsprechenden Spektralbereichen von Interesse. Beispiele solcher Wirkungsfunktionen sind etwa:

a) die spektrale Empfindlichkeitskurve des menschlichen Auges,

b) die spektraie Empfindlichkeitskurve eines Fotolackes oder Filmes und

c)die Wirksamkeitskurven verschiedener biologischer Effekte.

Entsprechende Kurven sind in Fig. 1 dargestellt. Es bedeutet

1 Chlorophyllsynthese

2 Augenempfindlichkeit

3 Direkte Pigmentierung

4 Erythemerzeugung

5 Vitamin D Bildung

6 Bakterientötung

7 Hämolyse.

Man erkennt,

1. daß spektrale Wirkungsfunktionen in sehr unterschiedlichen spektralen Teilbereichen des optischen Gesamtbereiches liegen,

2. daß die wirksamen Bereiche unterschiedlich breit sind,

3. daß der spektrale Verlauf der einzelnen Wirkungsfunktionen sehr vielfältige Formen annehmen kann, wobei selbst mehrere Maxima und Minima neben unterschiedlichen Kantensteilheiten auftreten können,

4. daß die Zuverlässigkeit einer Messung der wirkungsbezogenen Bestrahlungsstärke eines solchen Bereichs also sehr davon abhängt, wie genau die entsprechende Wirkungsfunktion mit einem Meßgerät nachgebildet werden kann.

Es ergibt sich daher für viele Bereiche des täglichen Lebens die vorliegende technische Aufgabenstellung, trotz der sehr großen Vielfalt der Wirkungsfunktionen, Meßgeräte herzustellen, die in einfacher und unkomplizierter Weise Messungen der entsprechend wirkungsbezogenen Strahlung erlauben, die präzise arbeiten und trotzdem in einem angemessenen Aufwand zum Anwendungsfall stehen.

Es ist bekannt, daß man Bestrahlungsstärken in vorgegebenen Teilbereichen aus dem Spektrum einer Strahlenquelle ermitteln kann, das mittels Monochromatoren oder äquivalenter Laborgeräte (Spektrometer) gemessen wird. Diese Methode scheidet in den meisten Fällen aus, weil sie aufwendig, in der Regel ortsgebunden, unhandlich in der Bedienung und nur von geschultem Personal durchführbar ist.

Bekannt ist auch die Möglichkeit, ein Spektrum dadurch zu vermessen, daß es durch Filter mit schmalen Durchlaßbereichen in einzelne Teilbereiche zerlegt wird. Schmale Durchlässigkeitsbereiche zeigen Interferenzfilter. Sie sind jedoch recht teuer und erfordern

ίο

■ en parallelen Strahleneinfall, was meistens einen zu^e'tzlichen Aufwand mit optischen Abbildungen ver-

Läßt man die Gesamtheit aller Wellenlängen einer Strahlenquelle direkt auf einen fotoelektrischen Empfänger einwirken, so ergibt sich ein elektrisches Ausg_SSignal, das die spektrale Verteilung der Bestrah-I nßsstärke entsprechend der individuellen spektralen Empfindlichrfteitsverteilung des Empfängers (Wirkungsfunktion) bewertet. Die spektrale Breite dieses Bereichs ist im allgemeinen größer als es für die Beurteilung hinsichtlich bestimmter Strahlenwirkung erwünscht st Durch Vorschalten optischer Bereichsfilter vor den fotoelektrischen Empfänger wird der Empfindlichkeitsbereich entsprechend deren Durchlässigkeit eingegrenzt. : FQr die Messung in dem vom menschlichen Auge sichtbaren Bereich läßt sich die spektrale Durchlässigkeit des Filters so wähien, daß sich zusammen mit der spektralen Empfindlichkeit des Empfängers eine Gesamtempfindlichkeit ergibt, die eine Bewertung von einfallender Strahlung gemäß der Augenempfindlichkeit ermöglicht (K. Corduan, Technisch-wissenschaftliche Abhandlungen der Osram-Gesellschaft, Springer-Verlag 1958, 7. Bd., S. 314 bis 323).

In analoger Weise ist daher die Anwendung entsprechender Bereichsfilter für eine Herstellung von Meßgeräten mit anderen spektralen Bereichen und Wirkungsfunktionen denkbar. Man stellt jedoch schnell an Hand der Angaben von Herstellern optischer Filter fest, daß es im allgemeinen nicht möglich ist, Bereichsfilter herzustellen, die der vorliegenden technischen Aufgabenstellung gerecht werden. Hinzu kommt, daß Fotoempfänger ebenfalls spektrale Empfindlichkeitsschwankungen aufweisen, die berücksichtigt werden müssen.

Durch eine Kombination verschiedener optischer Filter, insbesondere auch von Kantenfiltern (unter Kantenfilter sollen in diesem Zusammenhang diejenigen Filter verstanden werden, die im optischen Bereich unterhalb [A < λ_κ] ihrer Kantenlage undurchlässig, oberhalb [A > λ_κ] jedoch sehr weitgehend gleichmäßig transparent sind und von denen es eine große Anzahl mit feinen Abstufungen hinsichtlich der Kantenlage λκ gibt), lassen sich einige Bereiche mit einfachen Bewertungsfunktionen (z. B. K. Corduan a.a.O., S. 314 bis 323) annähern, es kann aber daraus keine Lehre zum technischen Handeln in einem allgemeinen Fall gezogen werden. Bei einer allgemeinen Wirkungsfunktion ergeben sich insbesondere Schwierigkeiten bei der Realisation der Extremwerte und der langwelligen Kante, da es aus physikalischen Gründen für den optischen Bereich keine Kantenfilter gibt, die einen »inversen« Verlauf aufweisen, d. h. im kurzwelligen transparent sind und im langwelligen sperren.

Bekannt ist, daß für einige wenige Spektralbereiche und Anwendungen Näherungslösungen gefunden worden sind.

So ist neben dem aus der Arbeit von K. Corduan, a.a.O., S. 314 bis 323 bekannten Stand der Technik aus der deutschen Auslegeschrift 14 72 158 bekannt, daß die Strahlungsintensität in einem zwischen zwei benachbarten Kanten liegenden Spektralbereich dadurch gemessen werden kann, daß die Spannungsdifferenz aus zwei Fotoempfängern bestimmt wird, denen je ein Farbfilter gleicher Durchlässigkeit, jedoch unterschiedlicher Kantenlage vorgeschaltet ist, bzw., daß die Änderung der Fotospannung eines Fotoempfäneers bestimmt wird, dem nacheinander Farbfilter verschiedener Kantenlage, jedoch gleicher Durchlässigkeit vorgeschaltet werden.

Diese Vorrichtung weist jedoch die folgenden Nachteile auf:

a) Das Meßergebnis ist nach Voraussetzung nur korrekt, wenn die Kantensteilhei: der verwendeten Kantenfilter unendlich groß ist. Da dies aus physikalischen Gründen mit realen Filtern nicht erreicht werden kann (die steilsten Kantenfilter weisen einen Anstieg von etwa 20 nm/Dekade auf, wobei immer exponentieller Charakter vorliegt) entfällt die Voraussetzung und es entstehen vor allem bei benachbarten Spektralbereichen merkliche Meßfehler.

b) Es ist mit diesem Meßverfahren nicht möglich, eine allgemeine Wirkungsfunktion (vgl. dazu Fig. ]) zu realisieren. Es gelingt insbesondere nicht, Maxima und Minima bzw. unterschiedliche Kantensteilheiten nachzubilden.

c) Bei breiteren Meßbereichen ändert sich die Empfindlichkeit eines Fotoempfängers merklich. Es entstehen Meßfehler, auch wenn die Filter nach Voraussetzung alle die gleiche Durchlässigkeit und zudem eine rechteckförmige spektrale Charakteristik aufweisen würden.

d) Es ist im allgemeinen nicht möglich, im optischen Bereich (100 nm < A < 2000 nm) Kantenfilter gleicher Durchlaßcharakteristik herzustellen. Häufig lassen sich nämlich wellige Durchlaßbereiche nicht vermeiden, so daß das Meliprinzip überhaupt nur auf einige wenige Teilbereiche des optischen Bereichs anwendbar wäre.

e) Die Kantensteilheit selbst benachbarter Kantenfilter ist im allgemeinen unterschiedlich, zumindest jedoch in den Spektralbereichen, in denen bei der Filterherstellung auf ein anderes Grundglas übergegangen werden muß. Daraus ergeben sich ebenfalls erhebliche Meßfehler.

f) Eine Reihe von Kantenfiltern weisen zusätzliche Eigenschaften auf, die sie für Differenzmessungen nach deutscher Auslegeschrift 14 72 158 unbrauchbar machen, wie unterschiedliche Fluoreszenz, unterschiedliche Reflexionsgrade, ungenügende chemische Beständigkeit, Änderung der Transmission bei Bestrahlung usw., wie dies auch aus K ο rt ü m, »Kolorimetrie, Fotometrie und Spektrometrie«, Springer-Verlag, 4. Auflage, Berlin 1961, S. 74 bis 75), hervorgeht.

g) Durch die Differenzbildung zwischen eng benachbarten Kantenfiltern können gToße Meßungenauigkeiten auftreten, insbesondere in schmalen Spektralbereichen, für die die mathematischen Voraussetzungen der deutschen Auslegeschrift 14 72 158 eigentlich nur zutreffen (konstante Empfindlichkeit der Fotoempfänger). Bei einem üblichen Meßfehler von 1 % in der Messung in zwei benachbarten Spektralbereichen 51 und 52 ergebe sich etwa:

Anzeige in 51: 99 - 1
Anzeige in 52: 98 - 1
Differenz 51—52: 1 ;-2,

d. h. max: 3, min: —1!

Die Differenzanzeige kann also Fehler aufweisen die weit über 100% liegen können (hier 200%) Das bedeutet, je besser die Voraussetzungen erfüll werden können, umso größer werden die zu er wartenden Meßfehler!

35

40

45

55

6o

Aus allen diesen Gründen ist das Meßverfahren nach deutscher Auslegeschrift 14 72 158 für die Erfüllung der Forderungen aus der Aufgabenstellung nicht geeignet.

Bekannt ist nach K ort um (a.a.O., S. 151) weiterhin, daß durch das Vorschaltcn von Luminophoren (optisch-optischen Wandlern) vor Fotoempfänger spektrale Teilbereiche gebildet und so etwa der UV- oder der IR-Bereich einer Messung zugänglich gemacht werden können. Es ist damit aber nicht möglich,

a) daß beliebige Teilbereiche,

b) daß beliebige Wirkungsfunktionen realisiert werden können, da es nur einige wenige geeignete Luminophore gibt. Zudem weisen optisch-optische Wandler noch die weiteren Nachteile auf,

c) daß zusätzlich geeignete optische Filter benötigt werden, die die Emissions- von den Absorptionsbereichen trennen,

d) daß die Wandlungsprozesse im allgemeinen stark temperaturabhängig sind und deshalb für einen Gebrauch in unkontrollierter Umgebung ausscheiden,

e) daß die Absorptions- und Emissionsbereiche meist sehr breitbandig sind und sogar überlappen können.

Dieses Verfahren eignet sich daher nicht für die Erfüllung der Aufgabenstellung. Aus der deutschen Offenlegungsschrift 23 00 213 ist weiter ein Gerät zur Messung von ultraviolettem Licht im Wellenlängenbereich 300 bis 315 nm bekannt, mit dem der Versuch unternommen wird, eine bekannte Bewertungsfunktion, nämlich die Erythemkurve, nachzubilden. Dabei erfolgt bereits eine Integration der Bestrahlungsstärke über die Zeit.

Für die Bereichsbildung wird ein optisch-optischer Wandler verwendet, der im Bereich 300 bis 315 nm Strahlung absorbiert und langwelligere Strahlung emittiert, die vom photoelektrischen Empfänger angezeigt wird.

Dadurch kann zwar eine Kante des interessierenden Bereichs angenähert werden, die angestrebte Bewertungsfunktion (Erythemkurve) kann jedoch nicht realisiert werden (Maximum bei 297 nm, Minimum bei 275 nm, Anstieg zu kürzeren Wellenlängen). Da es zudem nur eine kleine Zahl geeigneter optisch-optischer Wandler und möglicher Fotozellen gibt, ist dieses Verfahren für die hier vorliegende Aufgabenstellung nicht geeignet.

Nach Kortüm (a.a.O.) ist ferner bekannt, daß als optische Filter auch Farbglas-, Flüssigkeits- und Gelatinefilter, bzw. Kombinaiionen davon, verwendet werden können. In eben dieser Druckschrift werden jedoch alle Nachteile vieler solcher Filter angegeben, die ihre alleinige Anwendung im allgemeinen Anwendungsfall im Sinne der Aufgabenstellung ausschließen, (siehe insbesondere S. 74, Z. 13 bis 17, S. 75, Z. 2 und 4, Z. 24 bis 27, Z. 28 bis 30 und Anmerkung 2). Zusätzlich ist zu berücksichtigen, daß Flüssigkeits- und Gelatinefilter oft nur eine sehr kurze Lebensdauer aufweisen, deshalb laufend ihre Charakteristik ändern und häufig ersetzt werden müssen.

Gemäß der Erfindung wird die eingangs genannte Aufgabe dadurch gelöst, daß eine der Anzahl der Teilbereiche entsprechende Anzahl von fotoelektrischen Empfängern vorgesehen ist, daß die vor jedem Empfänger angeordnete Filtereinrichtung jeweils aus einem Bereichsfilter, das einen dem von den Teilbereichen insgesamt überdeckten Spektral bereich entsprechenden Durchlaßbereich aufweist und aus einem Kantenfilter besteht, dessen Kantenlage jeweils mit der kurzwelligen Grenze eines Teilbereichs zusammenfällt, und daß die Differenzverstärkerschaltung mit dem Ausgang eines jeden fotoelektrischen Empfängers über jeweils einen Verstärker verbunden ist, dessen Verstärkung jeweils derart einstellbar ist, daß das Ausgangssigna! der Differenzverstärkerschaltung nur von der Bestrahlungsstärke im untersuchten Teilbereich abhängt.

Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.

Das der Erfindung zugrundeliegende allgemeine Meßprinzip verlegt also alle im optischen Bereich aus den verschiedensten Gründen nicht durchführbaren Operationen (Bereichsbildung, Bewertung, Differenzbildung) in den elektrischen Bereich, in dem dies durch die Verwendung moderner Halbleiterbauteile einfach durchgeführt werden kann, so daß in Folge sinnvoller

so Aufgabenteilung im Zusammenwirken beider Bereiche alle bisher bekannten Mängel und Nachteile optischer Meßgeräte vermieden werden können.

Im einfachsten Fall kann ein Meßgerät nach dem erfindungsgemäßen Prinzip aus 2 Fotoempfängern

mit den zugehörigen Filtern und einer elektronischen Meßeinrichtung bestehen. Nachfolgend soll daher unter Bezugnahme auf die Figuren auf den Aufbau eines derartigen praktisch ausgeführten Gerätes näher eingegangen werden.

Es zeigt

Fig. 1: Verschiedene Wirkungsfunktionen. 1 Chlorophyllsynthese, 2 Augenempfindlichkeit, 3 Direkte Pigmentierung, 4 Erythemerzeugung, 5 Vitamin D-Bildung, 6 Bakterientötung, 7 Hämolyse,

Fig. 2: Transmissionskurven verschiedener Filter, 1 Bereichsfilter, 2 Bereichsfilter, 3 Kantenfilter, 4 Kantenfilter,

Fig. 3: Blockschaltbild,
Fig. 4: Schaltbild,

Fig. 5: Ansicht eines Mustergerätes, α Sensorelement für UV-A und UV-B, b Drucktaste für UV-A, c Drucktaste für UV-B, d Meßbereichswahlschalter, e Drucktaste für Batteriekontrolle, / zulässiger Bereich für Batteriekontrolle, g Anzeigeinstrument, Fig. 6: Resultierende Empfindlichkeitskurven für UV-B und UV-A.

Das Gebiet der ultravioletten Strahlen schließt sich dem blauen Teil des Sichtbaren an. Es wird in folgende Wellenlängenbereiche unterteilt :

UV-A 315 bis 380 nm,
UV-B 280 bis 315 mn,
UV-C 100 bis 280 nm.

Man hat bei der Festlegung dieser Grenzen sich ganz grob an den biologischen Wirkungen der Strahlung orientiert.

Die Messung der wirkungsbezogenen Bestrahlungsstärke in diesen Bereichen ist bei Strahlenbehandlungen aus kosmetischen oder medizinischen Gründen sowohl bei natürlichen als auch bei künstlichen Strahlenquellen von großer Bedeutung für den Bestrahlten. Als Wirkungsfunktion kann im einfachsten Fall eine näherungsweise rechteckförmige Funktion zu Grunde gelegt werden, so daß sich ein sehr einfacher und preiswerter Aufbau ergibt.

Das Meßgerät sei zunächst an Hand von Fig. 2 erläutert. Die Transmission des Bereichsfilters 1 liegt hauptsächlich im ultravioletten Bereich und hat mei-

stens einen geringen Anteil im Infraroten. Symbolhaft men- bzw. Differenzbildung und anschließender Ent-

sei die in den definierten Bereichen durchgelassen logarithmierung das Produkt oder der Quotient der

Strahlung mit folgender Abkürzung geschrieben: Strahlungsleistungen in den jeweiligen Bereichen ange-

(A 4- B 4- IR). zeigt wird.

Kombiniert man dieses Bereichsfilter 1 mit dem 5 Die Energiequelle 16 zur Stromversorgung kann aus Kantenfilter 3, so liegt die Durchlässigkeit der Kombi- einer Batterie mit entsprechender Batteriekontrollnation im UV-A und IR: (A 4- IR). Durch Differenz- möglichkeit, einem Netzteil oder auch einem kombibildung ergibt sich die Durchlässigkeit im UV-B-Be- nierten Batterienetzteil bestehen. Die detaillierte Ausreich. Kombiniert man das Bereichsfilter 2 mit dem führung des Meßbereichschalters 7 und des Verstär-Kantenfilter 4, so liegt die Durchlässigkeit der Kombi- io kers 9, damit ein linearer Zusammenhang zwischen nation im UV-(B 4- A 4- IR). Durch Differenzbildung einfallender Strahlungsleistung und Signal erreicht mit der durch das Bereichsfilter 2 durchgelassenen wird, hängt von der Art des gewählten fotoelektrischen Strahlung UV-(C 4- B 4- A 4 IR) ergibt sich die Empfängers ab. Durchlässigkeit im UV-C-Bereich. Speziell bei Batteriebetrieb eignen sich besonders

Ordnet man hinter den Filtern bzw. Filterkombi- 15 halbleitende Fotoempfänger (innerer Fotoeffekt) z. B.

nationen gleichartige fotoelektrische Empfänger an, Fotodiode oder Fotoelement. Bei derartigen Emp-

deren fotoelektrische Ausgangssignale direkt propor- fängern ist der Kurzschlußstrom der einfallenden

tional der einfallenden Strahlungsleistung sind, so Strahlungsleistung direkt proportional. Die Leerlauf

ergibt sich aus der Differenz der Signale ein Signal, spannung dagegen ist ungefähr proportional dem

das der Strahlungsleistung in dem dazwischen liegen- so Logarithmus aus der Strahlungsleistung. Für eine

den Bereich proportional ist, z. B. lineare Anzeige muß in diesem Fall für eine geeignete

(C 4- B 4- A 4- IR) (B 4- A 4- IR) = (C) »Entzerrung« gesorgt werden. Außerdem hat diese

„λ— m j_Aj_iD-\ a 1 in\ /ρλ Methode den Nachteil, daß der Temperatureinfluß auf

ooer 10 -ρ α -p itvi — ^a + ikj = idi .. . . .

oder (A 4- IR) (IR) = (A) Leerlaufspannung viel stärker ist als auf den Kurz-

25 schlußstrom. Man muß zu dessen Messung daher

Der schematische Aufbau der Meßeinrichtung wird darauf achten, daß der Eingangswiderstand der Meß-

an Hand des Blockschaltbildes Fig. 3 näher erläutert. schaltung kleiner ist alsd/r Innenwiderstand des Foto-

Die durch die jeweiligen Filterkombinationen 5 trans- elements. Da dieser mit steigender Strahlungsleitung

mittierte Strahlung fällt auf die fotoelektrischen Emp- sinkt, ist eine meßbereichsabhängige Anpassung vor-

fänger 6. Zweckmäßigerweise liegt der Meßbereichs- 30 teilhaft.

umschalter 7 unmittelbar dahinter, weil damit für In bestimmten Anwendungsfällen (etwa Überjeden Meßbereich eine individuelle Anpassung des wachung von Anlagen) ist es möglich, daß nur die Arbeitswiderstandes an den Innenwiderstand des Emp- Strahlungsmessung in einem oder zwei Teilbereichen fängers erzielt werden kann. Das der einfallenden verlangt ist. Dann können geringfügige Abänderungen Strahlung proportionale elektrische Signal wird mit 35 die Geräteausführung vereinfachen. So kann auf eine einer Zerhackereinrichtung 8 in ein Wechselsignal ver- gesonderte Berücksichtigung des IR-Einflusses verzichwandelt, so daß auch geringe Signale drift- und weit- tet werden, wenn z. B. der gesamte Strahlungsdetektor gehend störungsfrei wechselstrommäßig weiter ver- dort nur sehr schwach empfindlich ist und ausgestärkt werden können. Dazu dient der nachfolgende schlossen werden kann, daß Strahlungsquellen mit elektronische Verstärker 9, der eine getrennte Einstel- 40 besonders hoher oder ausschließlicher Infrarotemission lung der Verstärkung für verschiedene Bereiche ermög- gemessen werden sollen.

licht, um so Empfindlichkeitsunterschiede der Detek- Solch vereinfachtes Ausführungsbeispiel wird im

toren (Filterkombination 4- fotoelek. Empfänger) zu folgenden an Hand einer Schaltung in Fig. 4 und eines

kompensieren. Ein Wahlschalter 10 führt die für den Bildes Fig. 5 beschrieben. Die Strahlungsdetektoren

gewünschten Spektralbereich erforderlichen Signale 45 17 und 18 sind beispielsweise Selen-Fotoelemente mit

einem Differenzverstärker 11 zu. Das verstärkte Dif- solchen Filterkombinationen, daß einmal eine Emp-

ferenzsignal wird dem Gleichrichter 12 und dem An- findlichkeit im UV-A + UV-B und das andere Mal nut

zeigeinstrument 13 zugeführt. Zur Komplettierung eine Empfindlichkeit im UV-A erzielt wird. Für die

kann die Meßeinrichtung durch eine zeitlich integrie- Auswahl verschiedener Empfindlichkeitsbereiche sor-

rende Vorrichtung ergänzt werden, so daß ein Dosis- 5° gen die Schalter 19 und 20, die mechanisch gekoppeli

messer 14 (Strahlungsleistung · Zeit) entsteht, der vor- sind. Die bei Strahlungseinfall an den Meßwiderstän-

teilhaft bei automatischen Steuerungs- oder Rege- den entstehenden Gleichspannungssignale werden mi

lungsvorgängen eingesetzt werden kann. Der Zer- dem Zerhacker 21 in ein Wechselsignal verwandelt

hacker 8 kann beispielsweise ein elektronischer Zer- Die Feldeffekttransistoren des Zerhackers werden voi

hacker sein, der von einem Generator 15 angesteuert 55 einem astabilen Multivibrator 22 periodisch angesteu

wird. Es ist auch ein bekannter mechanischer Zer- ert. Die eigentlichen Verstärker 23 und 24 sind kapa

hacker denkbar, indem z. B. die verschiedenen Kan- zitiv angekoppelt und verstärken Wechselsignale. Di

tenfilter sich mittels einer rotierenden Scheibe zwischen Verstärkung ist jeweils getrennt mit den Rückkopp

Bereichsfilter und fotoelektrischem Empfänger be- lungswiderständen einstellbar. Die verstärkten Signal

wegen und die einfallende Strahlung periodisch unter- ⁶° werden über einen Spektralbereichsschalter 25 einer

brechen. Eine phasenrichtige Verstärkung ermöglicht Summierer (Differenzverstärker) 26 zugeführt, so da

dann ebenfalls die Anzeige in den gewünschten Be- am Ausgang entweder ein der UV-A-Strahlung ode

reichen. ein der UV-B-Strahlung proportionales Signal anlieg

Ebenso ist eine Bereichswahl durch mechanisches Dieses Signal wird einem Brückengleichrichter 27 zi

Verschieben der Kantenfilter und elektrische Zwi- 65 geführt, in dessen mittlerem Zweig ein Drehspu

schenspeicherung vor der Differenzbildung möglich. instrument 28 liegt, das den Mittelwert anzeigt.

Ferner kann der Verstärker 9 als Logarithmierver- Wie aus Fig. 5, die eine Ausführung der Vorrichtur

stärker ausgebildet werden, so daß dann nach Sum- zeigt, zu entnehmen ist, ermöglicht eine sorgfältij

handgerechte Anordnung der Bedienungs- und Ableseelemente die Bedienung mit einer Hand.

Werden in dieser Ausführung beispielsweise kommerzielle Filter und Selen-Fotoelemente verwendet, ergeben sich für den ganzen Detektor die in Fig. 6 dargestellten relativen Empfindlichkeitskurven. Der in realen Fällen nie erreichbare klealfall rechteckförmiger Empfindlichkeitskurven ist optimal angenähert. Auf die Nachbildung einer bestimmten Wirkungskurve wurde hier bewußt im Interesse geringsten Aufwandes verzichtet. Trotzdem empfiehlt es sich, die Bestrahlungsstärke in Skalenteilen abzulesen und das Ergebnis mit Konekturfaktoren k zu multiplizieren, die in Abhängigkeit vom jeweiligen Strahlungsquellentyp geringfügig schwanken, z. B.

kuv-A (Ultravitalux) = 2,9 μW/cm² · Skt.,
kuv-λ (UV-Normal) = 2,9 uW/cm² · Skt.,

Kvv-B (Ultravitalux) = 3,9 μW/cm² · Skt.,
Kw-B (UV-Normal) = 4,7 μ W/cm² · Skt.

Schräg einfallende Strahlung bis zu Einfallswinkeln von ± 30° gegenüber der Senkrechten wird proportional dem Cosinus des Winkels angezeigt. Durch eine aufsteckbare Vorrichtung in Form einer opaken Quarzscheibe oder einer Ulbricht-Kugel kann die »cos-Treue« über den ganzen Halbraum erzielt werden, was

ίο besonders bei der Messung der Himmelsstrahlung oder anderer ausgedehnter Quellen von Bedeutung ist.

Es ist auch möglich, zum Nachweis beispielsweise von U V-C-Strahlung einen Luminophor zu verwenden, der die einfallende kurzwellige Strahlung in langwellige transformiert. Durch eine sinngemäße Differenzmessung können dann UV-C-Bestrahlungsstärken bestimmt werden.

Hierzu 6 Blatt Zeichnungen

Claims (5)

23 Patentansprüche:

1. Gerät zur Messung wirkungsbezogener Bestrahlungsstärken in zusammenhängenden Teilbereichen des optischen Gesamtbereichs von 100 bis 2000 nm mit fotoelektrischen Empfängern, denen jeweils eine Kantenfilter enthaltende Filtereinrichtung vorgeschaltet ist, und mit einer Differenzverstärkerschaltung zur Erzeugung eines der Bestrahlungsstärke im untersuchten Teilbereich direkt proportionalen Meßsignals durch Differenzbildung zwischen den Empfängerausgangssignaien, dadurch gekennzeichnet, daß eine der Anzahl der Teilbereiche entsprechende Anzahl von fotoelektrischen Empfängern (6,17,18) vorgesehen ist, daß die vor jedem Empfänger (6, 17, 18) angeordnete Filtereinrichtung (5) jeweils aus einem Bereichsfilter (1, 2), das einen dem von den Teilibereichen insgesamt überdeckten Spektralbereich ao entsprechenden Durchlaßbereich aufweist, und einem Kantenfilter (3, 4) besteht, dessen Kanten-Jage jeweils mit der kurzwelligen Grenze eines Teilbereichs zusammenfällt, und daß die Differenzverstärkerschaltung (11, 26) mit dem Ausgang eines |eden fotoelektrischen Empfängers (6, 17, 18) über jeweils einen Verstärker (9, 23, 24) verbunden ist, dessen Verstärkung jeweils derart einstellbar ist, daß das Ausgangssignal der Differenzverstärkerschaltung (11, 26) nur von der Bestrahlungsstärke im untersuchten Teilbereich abhängt.

2. Gerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Messung der wirkungsbezogenen Bestrahlungsintensitäten im (IIV-A)-Bereich und im (UV-B)-Bereich zwei fotoelektrische Empfänger (17, 18) vorgesehen sind, deren optische Bereichsfilter (1) jeweils zwischen 280 und 380 nm durchlässig sind, und daß die Absorptionskante des zu dem einen dieser Bereichsfilter (1) gehörenden Kantenfilters (3) bei etwa 320 nm liegt.

3. Gerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Messung der wirkungsbezogenen Bestrahlungsstärken im (UV-[A+ B])-Bereich und im (UV-C)-Bereich zwei fotoelektrische Empfänger vorgesehen sind, deren optische Bereichsfilter (2) jeweils zwischen 220 und 380 nm durchlässig sind, und daß die Absorptionskante des zu einem dieser Bereichsfilter gehörenden Kantenfilters (4) ungefähr bei 280 nm liegt.

4. Gerät nach einem der vorhergehenden An-Sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die fotoelektrischen Empfänger (6,17, 18) mit einer Schalteinrichtung (7, 19, 20) zur Anpassung der Meßempfindlichkeit an die herrschende Bestrahlungsstärke verbunden sind, und daß zur Einstellung der Verstärkung der Verstärker (9, 23, 24) ein an diese Verstärker angeschlossener Wahlschalter (10) vorgesehen ist.

5. Gerät nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Differenzverstärkerschaltung (11, 2(5) eine die Bestrahlungsstärke über die Zeit integrierende Einrichtung (14) nachgeschaltet ist.

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