05.02.2014
Im Rahmen des Projektes EMRP ENV 03 Traceability for surface spectral solar ultraviolet radiation wurden eine portable Monitorstrahlungsquelle entwickelt mit deren Hilfe die Kalibrierung von Spektroradiometern im solaren UV-Wellenlängenbereich (280 nm bis 400 nm) überprüft werden kann.
Als Strahlungsquellen dienen UV-Leuchtdioden (LEDs) verschiedener Emissionswellenlängen im TO-18-Gerhäuse mit flachem Emissionsfenster. Nach Untersuchung der Stabilität und des Alterungsverhaltens wurden die besten LEDs ausgewählt um in der Monitorstrahlungsquelle eingesetzt zu werden.
Bild 1: Foto der entwickelten Monitorstrahlungsquelle basierend auf UV-LEDs.
Die Monitorstrahlungsquelle hat folgenden Aufbau, von unten nach oben:
Adapter für verschiedene Spektrometer-Eingangsoptiken, Abstandshalter (definiert den Abstand der Strahlungsquelle zur Messebene), PTFE-Ring zur Wärmeisolation, Platte mit Aufnahme von zehn UV-LEDs und zwei PT100 Temperaturfühlern, Platte zur Wärmeverteilung, Peltierelement zur Temperaturstabilisierung und Kühlkörper mit Lüfter.
Bild 2: Schematischer Aufbau der Monitorstrahlungsquelle.
Da die zehn LEDs in Reihe betrieben werden (I = 20mA) wird zum Betrieb der Monitorstrahlungsquelle nur eine präzise Stromquelle benötigt. Testmessungen zeigten eine Stromstabilität des Gesamtsystems von ca. ±0.07µA. Um die Bestrahlungsstärke der LEDs reproduzierbar erhalten zu können, ist eine Temperierung nötig; hier erreicht durch ein 60W-Peltierelement mit Temperaturcontroller. Die eingestellte Temperatur von ca. 25°C konnte in einem Bereich von ca. ±0.003°C gehalten werden. Zur Überwachung der LEDs wird der Spannungsabfall über jede einzelne LED, der LED-Strom und die Temperatur in der Nähe der LEDs über ein mehrkanaliges Digitalmultimeter-System (DMM-System) erfasst. Die zum Betrieb notwendigen Geräte wurden in einen Rahmen gebaut, welcher in einer Alu-Kiste gut transportierbar ist.
Bild 3: Gesamtsystem portable UV-LED Monitorstrahlungsquelle. Links: Stromquelle, DMM, Temperaturcontroller (von oben nach unten). Rechts: Monitorstrahlungsquelle.
Die spektrale Bestrahlungsstärke des Gesamtsystems wurde mit dem Referenz-Spektroradiometer QASUME des Physikalisch-Metrologischen Observatoriums Davos, Word Radiation Center (PMOD/WRC) gemessen. Die erforderlichen Bestrahlungsstäreniveaus von 1 bzw. 5 (mW/m²)/nm wurden erreicht und teilweise sogar übertroffen. Weitere Tests der portablen Monitorstrahlungsquelle durch die Kollegen des PMOD/WRC wurden im Feldeinsatz unter anderem auf La Réunion und in Spanien sehr erfolgreich durchgeführt. Die Monitorstrahlungsquelle wird mit kleinen Verbesserungen in Zukunft auch im Produktiveinsatz eingesetzt werden.
Bild 4: Spektrale Bestrahlungsstärke.
Acknowledgement:
The work leading to this study was partly funded by the EMRP ENV03 Project "Traceability for surface spectral solar ultraviolet radiation". The EMRP is jointly funded by the EMRP participating countries within EURAMET and the European Union.