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Technologietransfer aus der PTB

Kategorien:
  • Metrologie für die Wirtschaft
31.12.2005

Das Ergebnis und die Erfahrungen jahrelanger Entwicklungen auf dem Gebiet der Strahlernormale im Fachbereich „Photometrie und angewandte Radiometrie“ konnte erfolgreich an mittelständische Unternehmen weitergegeben werden. Firmen aus Deutschland und Österreich produzieren unterschiedliche in der PTB entwickelte Strahlernormale, die sich sowohl im Messlabor als auch bei Feldeinsätzen und internationalen Vergleichen vielfach bewährt haben.

Dazu gehört ein Kalibrierstrahler für Feldeinsätze bei der Kalibrierung von Bestrahlungsstärkemessgeräten für die solare UV-Strahlung vor Ort [1]. Eine kompakte 200 W Quarzhalogenglühlampe ist in ein luftgekühltes Gehäuse eingebaut. Dieses wird von einem temperaturgeregelten Lüfter auf eine konstante Temperatur von ca. 65°C temperiert. Dadurch wird gewährleistet, dass die Lampe auch bei extremen Außenverhältnissen (direkte Sonneneinstrahlung) unter definierten Umgebungsbedingungen betrieben werden kann. Der Kalibrierstrahler ist so entwickelt, dass er senkrecht direkt auf die Eingangsoptik von Messgeräten montiert werden kann. Dies erfordert eine Kalibrierung des Kalibrierstrahlers in ebenfalls senkrechter Brennstellung, da die Bestrahlungsstärke der Lampe leicht lageabhängig ist. Mit einer wesentlich aufwändigeren photostromgeregelten Version des Kalibrierstrahlers lässt sich diese Abhängigkeit jedoch kompensieren.

Eine weiteres Produkt aus eigenem Hause ist ein LED-Transfernormal für photometrische und colorimetrische Größen wie Lichtstrom, Lichtstärke und dominanter Wellenlänge [2]. Die Lumineszenzdioden (oder Light Emitting Diodes, LED) sind mittlerweile in vielen Farben und mit großem Lichtstrom erhältlich. Um die LED Transfernormale unter konstanten Betriebsbedingungen betreiben zu können, werden spezielle Lumineszenzdioden verwendet, bei denen der LED-Chip und ein Heizelement thermisch optimal gekoppelt in ein Metallgehäuse eingebaut sind. Mit einem ebenfalls in der PTB entwickelten Versorgungsgerät kann das LED-Transfernormal somit bei definiertem Betriebsstrom und bei konstanter Temperatur betrieben werden.

Ein spezieller Adapter ermöglicht ein schnelles und sicheres Auswechseln der kompakten LED-Transfernormale.

Das dritte in der PTB entwickelte Strahlernormal ist ein Deuteriumlampensystem (DLS), das als Transfernormal für die spektrale Bestrahlungsstärke im Spektralbereich von 200 nm bis 350 nm verwendet wird [3]. Das System besteht im Wesentlichen aus einer selektierten 30 W Deuteriumlampe, die in ein Gehäuse eingebaut ist. Die optische Achse der Lampe (gegeben durch die Hauptabstrahlungsrichtung) wird in einem aufwändigen Verfahren auf die mechanische Achse des Gehäuses justiert, die wiederum durch ein abnehmbares Justierfenster mit Fadenkreuz definiert ist. Dadurch ermöglicht das Gehäuse einen sehr stabilen und reproduzierbaren Betrieb der Deuteriumlampe. Ein spezielles Netzgerät stellt den Betrieb der Lampe bei einem konstanten Strom von 300 mA sicher. Ein Monitorempfänger, der reproduzierbar an der Öffnung des Lampengehäuses angebracht werden kann, dient der zusätzlichen Überwachung der Stabilität des Strahlernormales über längere Zeiträume.

Die unterschiedlichen Strahlernormale werden in Kleinserien produziert, da der Markt für diese speziellen Systeme erfahrungsgemäß nicht sehr groß ist. Zu den potentiellen Kunden zählen unter anderem metrologische Staatsinstitute, internationale Forschungsinstitute, sowie Hersteller von radiometrischen und photometrischen Messgeräten und akkreditierte Messlaboratorien.

Die PTB kann die Kalibrierung der Strahlernormale durchführen und wird Messlaboratorien beim Einsatz dieser Systeme unterstützen.


Drei in der PTB entwickelte Strahlersysteme werden von Firmen vertrieben: Ein Kalibrierstrahler für Feldeinsätze (rechts), ein Deuteriumlampensystem für UV-Messungen (links unten) und ein LED-Transfernormal für photometrische Größen (links oben).


Literatur:

[1] Metzdorf J., Stock K. D., Sperfeld P., Sperling A., Wittchen T., Aspects of quality assurance in monitoring solar UV irradiance, Metrologia 40, S66-S69, 2003

[2] Sauter G., Lindemann M., Sperling A., Ohno Y., PTB-Mitteilungen 113, 23-23, 2003

[3] Sperfeld P., Stock K. D., Raatz K.-H., Nawo B., Metzdorf J., Characterization and use of deuterium lamps as transfer standards of spectral irradiance, Metrologia 40, S111-S114, 2003

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