DE29812630U1

DE29812630U1 - UVC-Sensor mit Lichtleiterkopplung für die Überwachung von industriellen UV-Strahlern hoher Leistung

Info

Publication number: DE29812630U1
Application number: DE29812630U
Authority: DE
Original assignee: RUETER DIRK DR ING
Current assignee: RUETER DIRK DR ING
Priority date: 1998-06-04
Filing date: 1998-06-04
Publication date: 1998-11-12
Anticipated expiration: 2008-06-05

Description

UVC-Sensor mit Lichtleiterankopplung für die Überwachung von industriellen UV-Strahlern hoher Leistung

Die hier beschriebene Anordnung ist eine Weiterentwicklung der im Gebrauchsmuster Nr. 297 11 322.4 ^ttUVC-Sensor für die dauerhafte Überwachung von industriellen UV-Strahlern hoher Leistung" dargestellten Anordnungen.

Das Härten und Vernetzen von Druckfarben, Klebern und Lacken mit sehr intensiver UVC-Strahtung hat eine große Bedeutung in der Oberftächentechnik erfangt. Für die Sicherstellung einer gleichbleibenden Qualität der UV-behandelten Oberflächen muß die eingestrahlte UVC-Dosis bekannt und kontrollierbar sein, denn bei andauerndem Betrieb verringert sich die Strahlungsleistung bei konstanter eingespeister elektrischer Leistung aufgrund von Verschmutzung und Degradationseffekten. Die Strahlereinheit muß bei fortgeschrittener Degradation gewartet bzw. ausgetauscht werden.

Gegenstand der weiterentwickelten Erfindung ist ein an diese Umgebung angepaßter Sensorkopf mit einer vergleichsweise langen Lebensdauer. Dieser Sensorkopf gestattet ein zuvertässiges Monitoring der UVC-Strahlung und eine Nachregelung der Leistung. Neu gegenüber der im Gebrauchsmuster Nr. 297 11 322.4 beschriebenen Funktionsweise ist die rein optische Signalverarbeitung und Signalübertragung mit Lichtleiterankopplung. Zusätzlich vorteilhaft ist dabei

• die weitgehende Störunempfindtichkeit gegenüber starken elektromagnetischen Einstrahlungen,

• die sehr kleine mögliche Bauform des Sensorkopfes,

• der erweiterte Einsatztemperaturbereich

• und der sehr geringe Temperaturkoeffizient der Sensoranordnung.

Der prinzipielle Aufbau der Sensoranordnung ist in Zeichnung 1 dargestellt: Der gesamte Sensorkörper (1) ist aus dickwandigem Metall - vorzugsweise Aluminium ausgeführt, um eine gute Wärmeverteilung bzw. Kühlung aller enthaltenen Komponenten sicherstellen zu können. Der Sensoreinlaß (2) hat einen Durchmesser von typischerweise 1-2 mm, um bei einer Intensität von 1W/cm² eine Strahlungsleistung von einigen 10 mW in den Körper einzulassen. Unmittelbar hinter dem sehr kurzem Einlaß befinden sich optional mehrere Lagen von sehr engmaschigem Alumrniumnetzen oder Lochplatten aus Aluminrum (3), um eine Diffusorwirkung bzw. Cosinusanpassung an das Strahlungsfeld zu bewerkstelligen. Der Kopf hat einen Anschluß (4), durch den Reingas bzw. hochgefilterte, reine Luft in den Kopf eingeblasen wird. Der Luftstrom entweicht überwiegend durch die Aluminiumnetze und die Einlaßöffnung. Der gegen die Strahlungsrichtung taufende Reingasstrom ist so dimensioniert, daß insbesondere der Einlaßbereich des Sensors von Staubbetegung und anderen Niederschlagen freigehalten wird. Hinter der Lufteinspeisung befindet sich im Strahlengang optional ein Fenster (5) aus synthetischem Quarzglas oder anderen Materialien, z. B. CaF. Das Fenster verhindert Luftturbulenzen im Inneren des Sensors

und faßt die gesamte einfallende Strahlung weitgehend passieren. Die Strahlung fällt auf einen Leuchtstoffschirm (6) aus hochstabilen, anorganischen Leuchtstoffpufver auf einer anorganischen Unterlage. Der Leuchtstoff ist gekennzeichnet durch folgende Eigenschaften:

• Die langwellige Lumineszenzemission des Leuchtstoffes erfolgt schmalbandig und in einem Spektralbereich, der nur schwach von Quecksilbertampen abgestrahlt wird.

• Eine UV-Anregung der Leuchtstofflumineszenz ist breitbandig, aber erst unterhalb einer bestimmten Wellenlänge möglich.

• Zusätzlich ist der Leuchtstoff für eine hervorragende UV-Langzeitstabilität bekannt.

Ein besonders geeigneter Leuchtstoff hierfür ist Yttriumoxidpulver dotiert mit trivalenten Europiumionen (Eu^:Y203) mit Eu-Konzentrationen von z. B. 5%. Die UV-Anregung der Lumineszenz ist erst unterhalb von 285 nm breitbandig (d. h. von 190 nm bis zu 285 nm) effektiv, die Emission erfolgt sehr schmalbandig im rotem Spektralbereich bei ca. 611 nm und das Material zeichnet sich bekanntlich durch eine hervorragende thermische, chemische und UV-Stabilität aus. Quecksilbertampen emittieren nur wenig Leistung bei 613 nm.

Deshalb ist ein Lrchtabstrahlung bei 611 nm des Leuchtstoffschirmes (6) überwiegend auf eine UV-Einstrahlung bei Wellenlängen kleiner als 285 nm zurückzuführen und nur wenig auf einfach reflektiertes Licht der Quecksilberlampe. Das vom Leuchtstoffschirm emittierte Licht fällt teilweise auf einen geeignet angeordnete Filter (7). Der Filter ist ein Langpaßfilter und soll kurzwellige und schädigende Strahlung von der Lichtleiterstirnftäche (8) abhalten. Das durch den Filter transmittierte Licht fällt im wesentlichen senkrecht auf die Lichtleiterstirnfläche (8) mit typischerweise 1 mm Durchmesser oder mehr und wird im Lichtleiterkabel (9) über größere Distanzen geführt. Das geführte Licht tritt in einem vom UV-Strahler entfernt aufgestellten Auswertegerät (10) aus dem Lichtleiter (9) aus und tritt durch einen auf den Leuchtstoff angepaßten Interferenzfilter (11) oder eine ähnlich geeignete Filtereinheit und fällt letztlich auf einen Fotodetektor (12). Der mit herkömmlicher Elektronik auswertbare Photostrom ist im wesentlichen ein proportionales Maß für die eingespeiste UVC-Leistung. Der gesamte Sensorkopf soll in der Einstrahlungsrichtung bis auf den Strahlungseinlaß durch ein gekühltes Abschirmblech (13) geschützt werden, um z. B. eine Degradation von Luftschläuchen und Lichtleiterkabel zu vermeiden. Der Sensorkopf arbeitet bis 250° C ohne Beeinträchtigung, wenn Quartzfasern als Lichtleiter benutzt werden. Polymere Lichtleiter erlauben Temperaturen bis 120* C. Eine weitere für die Praxis geeignete Ausführung ist in Zeichnung 2 dargestellt. Im Unterschied zu Zeichnung 1 wird auf Rernsgas- oder Reinsttuftspülung verzichtet und der Sensorkopf ist in einem Quartzgtasrohr (14) hermetisch dicht eingebaut. Die Anordnung nach Zeichnung 2 arbeitet ohne weiteres unter Wasser und ist für Anwendungen bei der Trinkwasser- oder Abwasserbestrahlung geeignet. Wegen der rein dielektrischen Aufbauweise treten keine Korrosions- oder Kriechstromeffekte auf.

Claims

Schutzansprüche

1. UVC-Sensor für die dauerhafte Überwachung von industriellen UV-Strahlern, dadurch gekennzeichnet, daß ein dickwandigen Metallkörper (1) das Gehäuse des Sensors darstellt, um eine effektive Kühlung und Wärmeverteilung sicherzustellen.

2. UVC-Sensor für die dauerhafte Überwachung von industriellen UV-Strahlern, dadurch gekennzeichnet, daß der Strahlungseinlaß (2) von typischerweise wenigen mm Durchmesser der Strahlungsquelle zugewandt ist.

3. UVC-Sensor für die dauerhafte Überwachung von industriellen UV-Strahlern, dadurch gekennzeichnet, daß im Strahlungsgang und nahe des Einfasses angeordnete Aluminiumnetze oder Lochbleche (3) mit engen Maschen oder feinen Bohrungen zur Cosinusanpassung des Sensors an das Strahlungsfeld angeordnet sind.

4. UVC-Sensor für die dauerhafte Überwachung von industriellen UV-Strahlern, dadurch gekennzeichnet, daß ein Einfaß (4) für Spülgase oder Reinluft am Sensor angebracht ist und daß die Spülgase entgegen der Strahlungsrichtung forciert durch den Strahlungseinlaß (2) austreten und eine Verschmutzung oder Verstaubung des Strahlungseinlasses wirkungsvoll unterdrückt wird.

5. UVC-Sensor für die dauerhafte Überwachung von industriellen UV-Strahlern, dadurch gekennzeichnet, daß ein Fenster (5) aus synthetischem Quarzglas oder anderen geeigneten Materialien zur Abtrennung des luft- oder gasgespülten Bereiches von den weiteren Aufbauten im Sensorkörper eingebracht ist.

6. UVC-Sensor für die dauerhafte Überwachung von industriellen UV-Strahlern, dadurch gekennzeichnet, daß im Inneren des Sensorkörpers ein Leuchtstoffschirm (6) angebracht ist, der aufgrund serner räumlichen Anordnung durch den Einlaß und das Quarzfenster von der UV-Strahlung ausgeleuchtet wird.

7. UVC-Sensor für die dauerhafte Überwachung von industriellen UV-Strahlern, dadurch gekennzeichnet, daß der Leuchtstoff (6) ein Lumineszenztrcht bei einer solchen Wellenlänge emittiert, bei der nur relativ wenig Leistung von Quecksilberstrahlern anfällt.

8. UVC-Sensor für die dauerhafte Überwachung von industriellen UV-Strahlern, dadurch gekennzeichnet, daß der Leuchtstoff (6) ausschließlich durch UV-Strahlung mit Wellenlängen kurzer als 300 nm zur Lumineszenz angeregt wird.

9. UVC-Sensor für die dauerhafte Überwachung von industriellen UV-Strahlern, dadurch gekennzeichnet, daß der Leuchtstoff (6) eine sehr große chemische, thermische und UV- Stabilität aufweist.

10. UVC-Sensor für die dauerhafte Überwachung von industriellen UV-Strahlern,

dadurch gekennzeichnet, daß der Leuchtstoff (6) Yttrrumoxid mit typischerweise 5% Europiumdotierung (EU3+.Y2O3) als Wandler Verwendung findet.

11. UVC-Sensor für die dauerhafte Überwachung von industriellen UV-Strahlern, dadurch gekennzeichnet, daß andere Oxidkristallitpulver oder Ffuoridkristallitpulver mit typischerweise 5% Europiumdotierung (Eu3+) als Wandler Verwendung findet

12. UVC-Sensor für die dauerhafte Überwachung von industriellen UV-Strahlern, dadurch gekennzeichnet, daß Ce sensitivierte und Tb aktivierte Leuchtstoffe (6) Verwendung finden.

13. UVC-Sensor für die dauerhafte Überwachung von industriellen UV-Strahlern, dadurch gekennzeichnet, daß im Inneren des Sensorkörpers eine optische Langpaßfilter- (7) und Lichtleiter- (8,9) kombination angebracht ist, die aufgrund der räumlichen Anordnung durch die vom Leuchtstoffschirm emittierte Strahlung beleuchtet wird und Licht durch den Langpaßfilter in den Lichtleiter eintritt.

14. UVC-Sensor für die dauerhafte Überwachung von industriellen UV-Strahlern, dadurch gekennzeichnet, daß durch d\e Langpaßfilterung (7) effektiv und fangzeitstabil UV-Licht unterdrückt wird.

15. UVC-Sensor für die dauerhafte Überwachung von industriellen UV-Strahlern, dadurch gekennzeichnet, daß durch den Lichtleiter (9) mit typischen Kem-Durchmessern von mehr als 1 mm das Licht über mehrere Meter zu einem Auswertegerät (10) geführt wird.

16. UVC-Sensor für die dauerhafte Überwachung von industriellen UV-Strahlern, dadurch gekennzeichnet, daß das im Auswertegerät (10) aus dem Lichtleiter (9) austretende Licht durch ein Interferenzfilter (11) oder ähnlich geignetes Filterelement (11) mit spektraler Anpassung an den Leuchtstoffschirm (6) läuft und auf einen Photodetektor (12) auftrifft und der relativ langwellige Strahlungsfluß einen Photostrom auslöst, der proportional zur UVC-fntensität des zu überwachenden Strahfungsfeldes ist.

17. UVC-Sensor für die dauerhafte Überwachung von industriellen UV-Strahlern, dadurch gekennzeichnet, daß der Sensorkörper (1) mit allen Aufbauten bis auf den Einlaß (2) durch eine gekühlte Abschirmplatte (13) gegen das Strahlungsfeld geschützt ist.

18. UVC-Sensor für die dauerhafte Überwachung von industriellen UV-Strahlern, dadurch gekennzeichnet, daß der Leuchtstoffschirm (6), Langpaßfilter (7) und Lichtleiter (8,9) in einem Quartzgehäuse (14) hermetisch eingebaut sind.