DE4327300A1 - Verfahren und Gerät zum Messen der Strahlung eines Spektralbereichs - Google Patents
Verfahren und Gerät zum Messen der Strahlung eines SpektralbereichsInfo
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Description
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfah
ren und ein Gerät zum Messen der Strahlung ei
nes Spektralbereichs, wobei als bevorzugter
Spektralbereich der UV-Strahlungsbereich, etwa
zwischen 200 und 380 nm Wellenlänge in Frage
kommt.
Insbesondere für den UV-Bereich wurden bereits
zahlreiche Meßmethoden beschrieben und wegen
der zunehmenden Intensität der UV-Strahlung
des Sonnenlichts sind Meßgeräte in großer Zahl
bekannt geworden, welche speziell zum Messen
des für die menschliche Haut besonders gefähr
lichen UV-B-Strahlenanteils vorgesehen sind.
Was die natürliche UV-Strahlung auf der Erde
betrifft, so kann man davon ausgehen, daß die
besonders aggressiven UV-C-Strahlen (ca. 200
bis 280 nm) von der Ozonschicht vollständig
absorbiert werden. Die die Ozonschicht durch
dringende, für die menschliche Haut besonders
gefährliche UV-B-Strahlung (ca. 280 bis 320
nm) schwankt hinsichtlich ihrer Intensität je
nach Sonnenstand, geografischer Breite, Orts
höhe und Stärke der Ozonschicht sowie der
Luftverschmutzung. Der UV-B-Strahlenanteil ist
einerseits verantwortlich für die Pigmentie
rung der Haut; andererseits führt er bei zu
langer ungeschützter Exposition je nach Haut
typ früher oder später zum Sonnenbrand.
Die im Sonnenlicht ebenfalls vorhandene UV-A-
Strahlung (ca. 320 bis 380 nm) ist der lang
wellige Strahlenanteil im UV-Bereich; er ist
für die Sonnenallergien verantwortlich und
führt im Extremfall zur solaren Elastose.
Das erfindungsgemäße Verfahren hat nicht nur
Bedeutung für die Ermittlung der Sonnenein
strahlung auf die menschliche Haut, z. B.
durch Bestimmung des erforderlichen Schutzfak
tors bzw. der zulässigen sog. Burntime; wei
tere Anwendungsgebiete sind u. a. die Ermitt
lung des UV-Absorptionsgrades von Brillenglä
sern, die Überwachung der UV-C-Entkeimung von
Flüssigkeitskreisläufen, die Überwachung der
Entkeimungswirkung von UV-C-Strahlen im Opera
tions-Bereich in Krankenhäusern, die Ermitt
lung des Schutzfaktors von kosmetischen Präpa
raten, die Ermittlung des UV-Transmissionsgra
des von Textilien, die Überprüfung von Sola
rien und medizinischen Bestrahlungsanlagen,
die Überprüfung von Halogenbeleuchtungen auf
UV-Anteile, die Steuerung der Verbrennung von
Gas- und Ölbrennern, die Ermittlung von Lei
stung und Spektralverteilung bei Dental-Här
tungsgeräten, das Ausmessen des Beleuchtungs
bereichs von UV-Kfz-Frontscheinwerfern usw.
Vor diesem Hintergrund drängt sich ohne wei
teres die Notwendigkeit der Schaffung von Meß
methoden und Geräten zur selektiven Messung
von Lichtbestandteilen im UV-Bereich auf.
Nach einer bekannten wissenschaftlichen Meßme
thode wird das Licht über eine vorgeschaltete
Optik als paralleles Lichtbündel einem Prisma
zugeführt und in Abhängigkeit von der Wellen
länge zerlegt, wobei das kurzwellige UV-Licht
am stärksten abgelenkt wird. Zum Nachweis der
UV-Strahlung dienen UV-taugliche Photodioden,
meist als sog. Diodenarray (Diodenzeile), Pho
tonenverstärker oder Lumineszenzfarbstoffe. We
gen der dabei erforderlichen teueren UV-durch
lässigen Quarzglasoptik eignet sich diese Me
thode nur für wissenschaftliche Laborzwecke.
Auch von Wetterdiensten wird diese Methode in
Form des sog. Dobson-Meters angewendet. Auf
diese Weise läßt sich für bestimmte Wellenlän
gen mit einer Auflösung von etwa 0,5 nm die
Absorption der schädlichen UV-Strahlung durch
die Ozonschicht überprüfen bzw. im Umkehr
schluß deren Schwund abschätzen.
Neben chemischen und biologischen Meßverfahren
sowie der Nutzung von Farbeffekten unter der
Einwirkung von UV-Strahlung (Umwandlung der
UV-Strahlung durch Luminiszenzfarbstoffe, Dun
keln von Silber-, Jod- und
Bromhalogenidverbindungen unter UV-Strahlung)
spielt die Messung von UV-Strahlung mittels
UV-tauglicher Silizium-Photodioden eine beson
dere Rolle. Dabei trifft Sonnenlicht oder
Kunstlicht über eine UV-gängige Schutzoptik
(Quarzglas, Saphirglas) auf eine Silizium-Pho
todiode. Übliche im Handel erhältliche Dioden
dieser Art weisen im UV-Bereich eine spektrale
Empfindlichkeit von nur etwa 20% auf. Da der
UV-Anteil im Sonnenlicht nur etwa 0,5% des ge
samten Strahlungsflusses beträgt, ist es für
Meßzwecke unabdingbar, daß der weitaus über
deckende Strahlungsanteil des sichtbaren
Lichts physikalisch ausgesperrt, mathematisch
subtrahiert oder elektronisch kompensiert
wird. Diesem Zweck dienen u. a. im Handel er
hältliche optische Glasfilter, z. B. in Form
sog. Bandpaßfilter. Diese haben jedoch den
Nachteil, daß sie neben einem Durchlaß im
Bereich der UV-Strahlung noch weitere
Durchlässe im Spektrum des sichtbaren Lichtes
aufweisen. Mit derartigen Filtergläsern
versehene Si-Photodioden sind daher für
eine direkte Messung im UV-Strahlungsbereich
ungeeignet.
Für die direkte UV-Messung deutlich besser ge
eignet sind neu entwickelte Si-Carbid-Dioden,
welche sich durch eine sehr selektive spek
trale Empfindlichkeit im Bereich von 280 bis
300 nm auszeichnen. Ein weiterer Vorteil die
ser Dioden besteht darin, daß sie im Bereich
des sichtbaren Lichtes entsprechend ihrem
prinzipiellen Aufbau bereits eine Eigendämp
fung von etwa 90% aufweisen; sie eignen sich
daher in Kombination mit selektiven UV-Filtern
wesentlich besser zur Messung der geringen
Strahlungsanteile des UV-Spektralbereichs.
Bei einem bekannten Meßgerät für die Intensi
tät des in der Sonnenstrahlung enthaltenen UV-
Anteils (deutsches Gebrauchsmuster 89 14 731)
ist neben einer Anzeigeeinheit ein Meßelement
aus einem UV-Filter und einer Photodiode vor
gesehen. Die Signalverarbeitung erfolgt dabei
über einen Prozessor, in welchem das gemessene
Intensitäts-Signal unter Berücksichtigung des
Hauttyps und der Vorbräunung zu einem im An
zeigegerät ablesbaren Sonnenschutzfaktor ver
arbeitet wird. Dieses bekannte Gerät wirkt in
Art eines Doppeldosimeters, bei welchem die
Strahlungsintensität in mW/cm² laufend gemes
sen und digital angezeigt wird. Bei einem der
artigen Dosimeter wird quasi das Produkt aus
Strahlung und Zeit gemessen und es wird abhän
gig vom Hauttyp ein Schutzfaktor ermittelt.
Eine derartige Dosimetermessung ist für die
Kontrolle der Sonnenexposition des Menschen
nur dann sinnvoll, wenn das Meßgerät der Sonne
gleichermaßen ausgesetzt ist wie der Mensch.
Eine kurze Exposition bei hoher UV-Bestrahlung
kann für den Menschen jedoch gleichermaßen ge
fährlich sein. Hier ist eine Dosimetermessung
zumindest dann nicht mehr brauchbar, wenn sich
der Mensch in der Sonne bewegt, wie das bei
vielen Sportarten der Fall ist. Unter solchen
Umständen ist es sinnvoll, den maximalen Mo
mentanwert der Strahlung zu ermitteln, gewis
sermaßen als Indikator für die akute Gefähr
dung des Menschen, so daß dieser entsprechende
Schutzmaßnahmen z. B. durch Anpassung der
Kleidung, Aufenthalt im Schatten, Anwendung
von Sonnenschutzcremes, Abstandsvergrößerung
bei künstlichen UV-Quellen usw. ergreifen
kann.
Bei einem anderen bekannten Dosimeter
(deutsche Auslegeschrift 23 00 213) zur Mes
sung ultravioletter Strahlung im erythemerzeu
genden Bereich ist ein optisch-elektrischer
Wandler mit einer Photozelle vorgesehen, des
sen Signal, bei Erreichen einer bestimmten Do
sis einen Alarm auslöst. Zur genauen Erfassung
des erythemwirksamen Bereichs wird dabei der
ozonunabhängige Anteil der UV-A-Strahlung zwi
schen 335 und 380 nm mittels zweier vorge
schalteter Kantenfilter abgeblockt; die Cha
rakteristiken der Kantenfilter und des Wand
lers werden derart aufeinander abgestimmt, daß
nur der UV-B-Strahlungsbereich von 300 bis 315
nm erfaßt wird. Am Ausgang des optisch
elektrischen Wandlers ist ein Verstärker
angeschlossen, welcher bewirkt, daß ein nach
geschaltetes Meßinstrument eine linear propor
tionale Anzeige in µW/cm² liefert.
Schließlich ist es bei einem im Freien anwend
baren UV-Indikator (deutsches Gebrauchsmuster
89 03 470) zur Bestimmung des gerade notwendi
gen Lichtschutzfaktors bekannt, Filter mit
steilen Absorptionskanten bei unterschied
lichen Wellenlängen zu verwenden, um dadurch
auf einem phototropen Glas eine entsprechende
Grauton-Differenzierung zu erzielen. Bei Ver
wendung eines Kantenfilters von beispielsweise
einer Kantenwellenlänge von 310 nm kann somit
auf vorhandene Strahlungsanteile im darunter
liegenden UV-Bereich geschlossen werden, wenn
im Vergleich dazu eine Verfärbung eines photo
tropen Glases in den Bereichen festzustellen
ist, die nicht mit dem Filter mit der steilen
Absorptionskante abgedeckt sind. Aus der un
terschiedlichen Graufärbung abgedeckter und
nicht abgedeckter Bereiche des phototropen
Glases kann somit herausgefunden werden, ob
die Strahlung einen merklichen Spektralanteil
unterhalb der Absorptionskante aufweist. Um
den für die Erythembildung in Frage kommenden
Wellenbereich unter 310 nm noch zu ver
deutlichen, verwendet der bekannte UV-Indika
tor in einer Ausführungsform ein sog. Schwarz
glasfilter oberhalb des Kantenfilters. Dadurch
wird die sichtbare Strahlung weitgehend ausge
schaltet und dementsprechend werden die gerin
gen Strahlungsanteile der Sonnenstrahlung im
UV-Bereich (ca. 0,5%) verdeutlicht.
Demgegenüber liegt der vorliegenden Erfindung
die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und ein
universelles Meßgerät zum Messen der Strahlung
eines Spektralbereichs zu schaffen, welches
insbesondere im UV-Bereich genaue Meßwerte in
nerhalb verschiedenen UV-Strahlungsbereiche
liefert, wobei das Meßgerät ohne großen Auf
wand herzustellen ist und wobei die Messung
eine zuverlässige Strahlungsanzeige auch für
kurzzeitige Strahlungseinwirkung ergibt.
Demzufolge betrifft die Erfindung ein Verfah
ren zum Messen der Strahlung eines Spektralbe
reichs, wobei das Licht gefiltert und auf
Photoelemente geleitet wird, mit der Maßgabe,
daß wenigstens zwei Momentanwert-Messungen mit
verschiedenen selektiven Filtern gleichzeitig
oder nahezu gleichzeitig durchgeführt werden
und daß für die Auswertung die Differenz die
ser Messungen ermittelt wird.
Erst durch eine derartige Momentanwertmessung
ist es beispielsweise im UV-Strahlungsbereich
möglich, die akute Gefährdung des Menschen zu
ermitteln, wobei insbesondere der UV-B-Bereich
durch die Differenzbildung zweier Messungen
erfaßt und ausgewertet wird. Hierzu genügen u. U.
schon zwei Momentanwertmessungen, eine am
unteren Ende des UV-A-Bereichs, eine weitere
am unteren Ende des UV-B-Bereichs. Die Diffe
renz entspricht der isolierten Strahlen
belastung im UV-B-Bereich, welche maßgeblich
ist für die Gefährdung des Menschen bei Sonnen
exposition.
Für derartige Messungen insbesondere im UV-
Wellenbereich eignet sich insbesondere ein
Verfahren zum Messen eines Momentanwerts der
Strahlung, wobei eine Vergleichsmessung im we
sentlichen über das gesamte Spektrum des
Lichts durchgeführt wird, gleichzeitig oder
nahezu gleichzeitig wenigstens eine selektive
Messung im UV-Wellenbereich zwischen 200 und
380 nm Wellenlänge durchgeführt wird und wobei
für die Auswertung Differenzen zwischen je
weils zwei Meßwerten ermittelt werden.
Zu diesem Zweck wird erfindungsgemäß so vorge
gangen, daß mittels selektiver Filter und
nachgeschalteten UV-tauglichen Photodioden
wahlweise drei selektive Messungen durchge
führt werden, nämlich eine erste bis etwa 280
nm, eine zweite bis etwa 320 nm und eine
dritte bis etwa 380 nm Wellenlänge, derart,
daß drei typische UV-Anteile folgenden Diffe
renzen entsprechen:
UV-C (200 bis 280 nm) = Vergleichsmessung abzügl. erste Messung;
UV-B (280 bis 320 nm) = erste Messung abzügl. zweite Messung;
UV-A (320 bis 380 nm) = zweite Messung abzügl. dritte Messung.
UV-C (200 bis 280 nm) = Vergleichsmessung abzügl. erste Messung;
UV-B (280 bis 320 nm) = erste Messung abzügl. zweite Messung;
UV-A (320 bis 380 nm) = zweite Messung abzügl. dritte Messung.
Zweckmäßigerweise werden für die obige Diffe
renzwertbildung Langpaßfilter mit steiler Ab
sorptionskante im UV-Bereich verwendet, in
Kombination mit nachgeschalteten UV-tauglichen
Photodioden zum Erzeugen eines dem Strahlungs
fluß bzw. der Strahlungsintensität entspre
chenden elektrischen Signals für eine Auswer
teelektronik in einem UV-Meßgerät.
Als UV-taugliche Photodioden eignen sich be
vorzugt Siliziumcarbid-Photodioden mit einer
Eigendämpfung im Bereich des sichtbaren Lichts
von wenigstens 90%.
Das erfindungsgemäße Verfahren eignet sich,
abhängig von der Filterauswahl, für beliebige
Abschnitte im optischen Wellenlängenbereich,
wobei die Genauigkeit der Meßergebnisse in ho
hem Maße abhängig ist nicht nur von der Quali
tät der verwendeten Photodioden sondern auch
von der Filterqualität. Nach dem erfindungsge
mäßen Verfahren werden jeweils Momentanwerte
gemessen, die mit anderen Meßwerten im Sinne
einer Differenzbildung verglichen werden, so
daß sich jeweils ein mittlerer Strahlungswert
für einen bestimmten Spektralbereich ergibt.
Entsprechend der spektralen Empfindlichkeit
der verwendeten Diode kann der Strahlungswert
dann durch eine Verstärkerschaltung verstärkt
werden, so daß auf Seiten des Meßgeräts ein
einheitlicher Skalenbereich anwendbar ist.
Bevorzugt kommen Langpaßfilter mit sehr stei
ler Kennlinie in Frage, deren Kantenwellen
länge möglichst genau den Grenzen des zu mes
senden Spektralbereichs entspricht. Durch die
Verwendung von Langpaßfiltern können Nebenre
sonanz-Effekte, wie sie beispielsweise bei
Bandpaßfiltern bekannt sind, weitgehend ver
mieden werden, da ihre Transmissionsgrenze auf
dem kurzwelligen Ende (Absorptionskante) steil
verläuft und sonstige Fehler im Bereich der
langwelligeren Strahlung durch die Differenz
bildung praktisch vernachlässigbar sind. Somit
steht auf der langwelligen Seite der Absorpti
onskante ein Transmissionsgrad von praktisch
100% zur Verfügung.
Im Rahmen der erfindungsgemäßen Differenzmes
sung spielt die genannte Vergleichsmessung
über das gesamte ungefilterte Spektrum eine
besondere Rolle; sie ermöglicht im Vergleich
zur Messung mit einem Langpaßfilter mit einer
Kantenlage bei 280 nm, welche demzufolge den
UV-Anteil unter 280 nm abschneidet, die Er
mittlung des UV-C-Anteils zwischen 200 und 280
nm. Für die Ermittlung des UV-B-Anteils ist
ein Langpaßfilter mit einer Kantenlage bei 320
nm vorteilhaft. Dieser Filter schneidet den UV-
Anteil unter 320 nm ab; im Vergleich mit der
vorgenannten Messung bei 280 nm ergibt sich
der für Messungen im Freien wesentliche UV-B-
Anteil.
Während die beiden ersten Filter im Handel als
farblose Gläser zur Verfügung stehen empfiehlt
sich als dritter Filter die Verwendung eines
Gelbglas-Langpaßfilters mit einer Kantenlage
bei 375 nm. Mit diesem Filter wird der UV-An
teil unter 375 nm abgeschnitten. Die Differenz
zur Messung bei 320 nm ergibt den UV-A-Anteil
der Strahlung.
Bei Fehlen von ultravioletter Strahlung erge
ben naturgemäß sämtliche Messungen mit Lang
paßfiltern die gleichen Strahlungswerte, da
sich nur das sichtbare Licht auswirkt, welches
durch die genannten Langpaßfilter unbeeinflußt
ist.
Die durch die Dioden erzeugten elektrischen
Signale entsprechen dem Anteil des spektralen
Strahlungsflusses, für den der Filter durch
lässig ist, vermindert durch den Transmissi
onsgrad des Filters. Dabei handelt es sich um
eine Filterkennzahl, die sich unabhängig von
Aufbau oder Wirkungsweise des Filters aus dem
Verhältnis des ausdringenden spektralen Strah
lungsflusses zu dem eingedrungenen Strahlungs
fluß errechnet, wobei Reflektionsverluste
keine Rolle spielen.
Ein Gerät zum Messen, Auswerten und Anzeigen
von Strahlung in einem bestimmten Spektralbe
reich des natürlichen oder künstlichen Lichts,
vorzugsweise im UV-Wellenlängenbereich, wobei
in einem Strahlengang hintereinander ein se
lektiver Filter und eine Photodiode angeordnet
sind, ist erfindungsgemäß dadurch gekennzeich
net, daß für eine Vergleichsmessung ein Strah
lengang ohne Filter wählbar ist, wobei für
weitere Messungen Filter mit unterschiedlichen
Kantenlagen wählbar sein können.
Ein derartiges Gerät dient dazu, aus wenig
stens zwei verschiedenen Momentanmessungen
einen Differenzwert zu bilden und das sich da
durch ergebende elektrische Signal, welches
dem von beiden Messungen eingegrenzten Spek
tralbereich entspricht, einer Auswerteschal
tung in Form eines Mikroprozessors für die di
gitale Weiterverarbeitung oder eines Analogan
zeigegeräts z. B. in Form einer Leuchtdioden
zeile, zuzuführen.
Bei einem derartigen Gerät ergibt sich zwi
schen einer Öffnung im Gehäuse und einer im
Inneren des Gehäuses angeordneten Photodiode
ein Strahlengang, wobei die Intensität der
Strahlung mit oder ohne Filter entsprechend
dem weiter oben erläuterten Verfahren gemessen
werden kann. Die Vergleichsmessung, bei wel
cher kein Filter in den Strahlengang einge
schaltet ist, dient, bezogen auf die Anwendung
im UV-Wellenlängenbereich zur Ermittlung der
Strahlung unter Einschluß des UV-C-Bereichs.
Wo dies nicht erforderlich ist kommen nur Mes
sungen mit einem Filter im Strahlengang in
Frage. Im übrigen sind optische Einrichtungen
nicht erforderlich, d. h. das Gerät umfaßt le
diglich ein oder mehrere Langpaßfilter mit
möglichst steiler Absorptionskante und ein
oder mehrere UV-taugliche Silizium-Photodi
oden, je nachdem ob mit einem oder mehreren
Strahlengängen gearbeitet wird. Eine Reduzie
rung auf nur einen einzigen Strahlengang, in
welchen die unterschiedlichen Filter ein
schaltbar sind, ist bevorzugt dadurch möglich,
daß zum Einschalten der Filter ein rotierender
Filterträger vorgesehen ist. Dieser kann in
Form einer Scheibe ausgebildet sein, derart,
daß die Rotationsachse des Filterträgers par
allel zum Strahlengang verläuft; er kann aber
auch als Rotor mit senkrecht zum Strahlengang
verlaufender Achse ausgebildet sein, wobei die
Filter in einer Ebene rotieren, in welche die
vom Strahlengang beschriebene Gerade fällt.
Damit die Auswerteeinheit die jeweiligen Mes
sungen mit oder ohne Filter und auch nach Art
des verwendeten Filters differenziert erkennen
kann, ist sie zweckmäßig mit einer die Meß
folge bestimmenden Synchronisiereinrichtung
verbunden. Eine derartige Synchronisierein
richtung kann entweder durch zusätzliche im
Strahlengang angeordnete lichtempfindliche
Bauteile gebildet sein; sie kann aber auch un
mittelbar aus dem vom optisch-elektronischen
Wandler gelieferten elektrischen Signal abge
leitet sein.
Um eine problemlose Verwendung des erfindungs
gemäßen Geräts im Freien zu gewährleisten, ist
vorteilhaft, daß der rotierende Filterträger
mittels eines durch Solarzellen, Akku oder
Batterie gespeisten Elektromotors angetrieben
ist.
Im folgenden wird anhand der Zeichnung ein
Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen
Geräts beschrieben.
Die Zeichnung zeigt schematisch den Strahlen
gang des Lichts, welches durch eine Öffnung 1
in das Innere des Gehäuses 11 eines Meßgeräts
gelangt. Hinter der Öffnung 1 befindet sich im
Inneren des Gehäuses eine durch einen Elektro
motor 9 rotierend angetriebene Scheibe 2, die
als Filterträger dient. Eine Ansicht A der
Scheibe 2 parallel zu ihrer Rotationsachse ist
gesondert dargestellt. Man erkennt vier etwa
gleichgroße und mit gleichem radialen Abstand
angeordnete Lochbereiche, von denen einer ohne
Filter, d. h. offen ist, während die drei wei
teren jeweils durch einen optischen Glasfilter
3 ausgefüllt sind mit den Bezeichnungen WG
280, WG 320 und GG 375, wobei die Zahl die je
weilige Kantenlage des Filters 3 bedeutet, die
Abkürzung WG für farblose Gläser, die Abkür
zung GG für Gelbgläser steht. Ein weiterer
kleiner Lichtdurchlaß 8 in der Scheibe 2 dient
der Synchronisation, die es der Auswerteelek
tronik ermöglicht, die Position des Wahlbe
reichs ohne Filter zu erkennen. Statt dessen
kann auch eine von der Auswerteelektronik er
kennbare Folge kleinerer Lichtdurchlässe 7,
die bei der Rotation der Scheibe 2 den Strah
lengang durchschneiden, vorgesehen sein. Beide
Möglichkeiten sind in der Zeichnung schema
tisch dargestellt durch entsprechende Eingänge
in eine Auswerteelektronik 5. Im Strahlengang
hinter der Scheibe 2 ist eine Si-Photodiode 4
angeordnet, die ebenfalls mit einem Eingang
der Auswerteelektronik verbunden ist. Der Aus
werteelektronik ist eine Anzeigeeinrichtung 6
nachgeschaltet, für welche beliebige Ausfüh
rungsformen in Frage kommen, z. B. eine digi
tale Anzeige, eine analoge Zeigerdarstellung
oder ein akustisches Signal. Ergänzend ist
noch die Stromversorgung durch Pfeile 10 sche
matisch eingezeichnet; sie ist an den Motor 9,
an die Auswerteelektronik 5 und an die Anzei
geeinrichtung 6 angekoppelt.
Solange das erfindungsgemäße Gerät eingeschal
tet ist, wird die Scheibe 2 durch den Motor 9
angetrieben d. h. es finden laufend Momentan
messungen statt, wobei durch die Auswerteelek
tronik 5 jeweils nur die Messungen einer Um
drehung miteinander verglichen werden. Über
die Anzeigeeinheit 6 kann der Benutzer somit
den Momentanwert der Strahlung in den ver
schiedenen UV-Bereichen ablesen; eine entspre
chende Einrichtung zur Bereichsumschaltung ist
in der Zeichnung aus Gründen der Vereinfachung
weggelassen. Für ein Gerät, welches
ausschließlich im Freien zur UV-B-Messung ver
wendet wird, genügt es, wenn die Scheibe 2 le
diglich zwei Lochdurchlässe mit den Filterein
sätzen WG 280 und WG 320 enthält. Auf Seiten
der Anzeigeeinrichtung kann dabei auf jede
Bereichsumschaltung verzichtet werden. An
stelle eines rotierenden Filterträgers könnte
es besonders bei dieser einfachen Ausführungs
form für die UV-B-Messung genügen, genau zwei
Strahlengänge für WG 280 und WG 320 in Kombi
nation mit entsprechenden Silizium-Photodioden
vorzusehen, wobei beide Photodioden mit der
Auswerteelektronik 5 verbunden sind und in
ständigem kurzzeitigen Wechsel abgefragt wer
den. Das ermittelte und entsprechend korri
gierte bzw. verstärkte Differenzsignal erzeugt
dann in der Anzeigeeinheit eine Anzeige für
die mittlere Strahlungsintensität bzw. den
mittleren Strahlungsfluß im UV-B-Bereich.
Claims (16)
1. Verfahren zum Messen der Strahlung eines
Spektralbereichs, wobei das Licht gefil
tert und auf Photoelemente geleitet wird,
dadurch gekennzeichnet,
- - daß wenigstens zwei Momentanwert-Mes sungen mit verschiedenen selektiven Filtern gleichzeitig oder nahezu gleichzeitig durchgeführt werden und
- - daß für die Auswertung die Differenz dieser Messungen ermittelt wird.
2. Verfahren zum Messen eines Momentenwerts
der Strahlung, insbesondere im UV-Wellen
bereich,
dadurch gekennzeichnet,
- - daß eine Vergleichsmessung im wesent lichen über das gesamte Spektrum des Lichts durchgeführt wird,
- - daß gleichzeitig oder nahezu gleich zeitig wenigstens eine selektive Mes sung im UV-Wellenbereich zwischen 200 und 380 nm Wellenlänge durchgeführt wird und
- - daß für die Auswertung Differenzen zwischen jeweils zwei Meßwerten er mittelt werden.
3. Verfahren nach Anspruch 2,
dadurch gekennzeichnet,
daß mittels im UV-Wellenbereich selektiver
Filter und nachgeschalteten UV-tauglichen
Photodioden wahlweise drei selektive
Messungen durchgeführt werden, nämlich
eine erste bis etwa 280 nm, eine zweite
bis etwa 320 nm und eine dritte bis etwa
380 nm Wellenlänge, derart, daß drei
typische UV-Anteile folgenden Differenzen
entsprechen:
UV-C (200 bis 280 nm) = Vergleichsmessung abzügl. erste Messung;
UV-B (280 bis 320 nm) = erste Messung abzügl. zweite Messung;
UV-A (320 bis 380 nm) = zweite Messung abzügl. dritte Messung.
UV-C (200 bis 280 nm) = Vergleichsmessung abzügl. erste Messung;
UV-B (280 bis 320 nm) = erste Messung abzügl. zweite Messung;
UV-A (320 bis 380 nm) = zweite Messung abzügl. dritte Messung.
4. Verwendung von Silizimcarbid-Photodioden
mit einer Eigendämpfung im Bereich des
sichtbaren Lichts von wenigstens 90% in
Kombination mit vorgeschalteten im UV-
Wellenbereich selektiven Filtern zum
Erzeugen eines dem Strahlungsfluß bzw. der
Strahlungsintensität entsprechenden
elektrischen Signals für eine
Auswerteelektronik (5) in einem UV-
Meßgerät.
5. Verwendung von Langpaßfiltern mit steiler
Absorptionskante im UV-Bereich in Kombina
tion mit nachgeschalteten UV-tauglichen
Photodioden zum Erzeugen eines dem Strah
lungsfluß bzw. der Strahlungsintensität
entsprechenden elektrischen Signals für
eine Auswerteelektronik (5) in einem UV-
Meßgerät.
6. Gerät zum Messen, Auswerten und Anzeigen
von Strahlung in einem bestimmten Spek
tralbereich des natürlichen oder künstli
chen Lichts, vorzugsweise im UV-Wellenlän
genbereich, wobei in einem Strahlengang
hintereinander ein selektiver Filter (3)
und eine Photodiode (4) angeordnet sind,
dadurch gekennzeichnet,
- - daß für eine Vergleichsmessung ein Strahlengang ohne Filter wählbar ist und/oder
- - daß für weitere Messungen Filter (3) mit unterschiedlichen Kantenlagen wählbar sind.
7. Gerät nach Anspruch 6,
dadurch gekennzeichnet,
daß ein oder mehrere UV-Langpaßfilter und
UV-taugliche Silizium-Photodioden vorgese
hen sind.
8. Gerät nach Anspruch 6,
dadurch gekennzeichnet,
daß für jede Messung ein gesonderter
Strahlengang vorgesehen ist.
9. Gerät nach Anspruch 6,
dadurch gekennzeichnet,
daß nur ein Strahlengang vorgesehen ist,
in welchen die unterschiedlichen Filter
(3) einschaltbar sind.
10. Gerät nach Anspruch 9,
dadurch gekennzeichnet,
daß zum wechselnden Einschalten der Filter
(3) ein rotierender Filterträger vorgese
hen ist.
11. Gerät nach Anspruch 10,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Rotationsachse des Filterträgers
parallel oder senkrecht zum Strahlengang
verläuft.
12. Gerät nach Anspruch 6,
dadurch gekennzeichnet,
daß eine Auswerteelektronik jeweils aus
der Differenz zweier Messungen jeweils ein
Differenzsignal für typische UV-Anteile
ermittelt.
13. Gerät nach Anspruch 12,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Auswerteelektronik (5) das Diffe
renzsignal entsprechend der Diodenkennli
nie verstärkt.
14. Gerät nach Anspruch 12,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Auswerteelektronik (5) mit einer
die Meßfolge bestimmenden Synchronisier
einrichtung (7; 8) verbunden ist.
15. Gerät nach Anspruch 12,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Auswerteelektronik (5) mit einer
optischen oder akustischen Anzeigeeinheit
(6) verbunden ist.
16. Gerät nach Anspruch 10,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Filterträger mittels eines durch
Solarzellen, Akku oder Batterie gespeisten
Elektromotors (9) angetrieben ist.
Priority Applications (3)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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DE19934327300 DE4327300C3 (de) | 1993-08-13 | 1993-08-13 | Verfahren und Gerät zum Messen der Strahlung eines Spektralbereichs |
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1994
- 1994-08-11 WO PCT/IB1994/000247 patent/WO1995005586A1/de active Application Filing
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DE4327300C2 (de) | 1995-06-01 |
WO1995005586A1 (de) | 1995-02-23 |
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