DIN 5031-11-2011 Optical radiation physics and illuminating engineering - Part 11 Radiometer for measuring actinic radiant quantities - Terms characteristics and their classificati.pdf

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1、April 2011DEUTSCHE NORM Normenausschuss Lichttechnik (FNL) im DINPreisgruppe 23DIN Deutsches Institut fr Normung e. V. Jede Art der Vervielfltigung, auch auszugsweise, nur mit Genehmigung des DIN Deutsches Institut fr Normung e. V., Berlin, gestattet.ICS 17.180.01!$m S; sTransmissionsgrad des Kurzpa

2、ssfilters; LTransmissionsgrad des Langpassfilters. DIN 5031-11:2011-04 11 4.8 Kenngre der spektralen Anpassung f1Es gibt Bezugsspektren (siehe Anhang B, Tabellen B.2 bis B.10 und Bilder B.1 bis B.9). Fr jedes dieser Bezugsspektren ist die Kenngre der spektralen Fehlanpassung f1,1 f1,10zu bestimmen n

3、ach Gleichung (9): () () ()() () dSAdSAsf,nnn=0act,0actnormrel,1(9) Dabei ist Aact() relative spektrale Empfindlichkeit fr aktinische Wirkungen (Wirkungsspektrum); S,n() Bezugsspektrum n; srel,norm() normierte spektrale Empfindlichkeit des Empfngers. srel,norm()ist so zu normieren,dass die Antwort a

4、uf eine ausgewhlte und anzugebende Kalibrierquelle S,cdieselbe ist, wie die Antwort eines ideal angepassten Empfngers (siehe Gleichung 10): () () () () dSAdSs,c,c=0act0normrel,(10)Dabei ist S,cStrahlungsfunktion der Kalibrierstrahlungsquelle. Die allgemeine Kenngre f1fr die spektrale Fehlanpassung e

5、rgibt sich aus dem arithmetischen Mittelwert nach Gleichung (11): 10101,11=nnnff (11) Fr Radiometer, die nur fr die Messung bestimmter Strahlungsquellen vorgesehen sind, werden zur Ermittlung von f1auch nur die entsprechenden Bezugsspektren aus Anhang B verwendet. Es sind die Bezugsspektren anzugebe

6、n, fr die das Messgert geeignet ist. Sollte das zu bewertende Radiometer fr eine spezielle Anwendung vorgesehen sein, fr die keines der Bezugsspektren angewendet werden kann, darf zustzlich entsprechend der obigen Formel ein spezieller Fehlanpassungsindex bestimmt werden. Es ist dann das zur Berechn

7、ung verwendete Bezugsspektrum tabellarisch anzugeben. Die Kenngre f1ist fr spektralmessende aktinische Radiometer nicht anwendbar. 4.9 Kenngren der richtungsabhngigen Bewertung 4.9.1 Allgemeines Die nachstehend aufgefhrten Kenngren sind eine Auswahl an Gren zur richtungsabhngigen Bewertung von Radio

8、meterkpfen, die entsprechend ihrer Verwendung mindestens anzugeben sind. Weitere richtungsabhngige Bewertungen knnen nach DIN EN 13032-1 vorgenommen werden. DIN 5031-11:2011-04 12 4.9.2 Kenngre fr die Bestrahlungsstrke f2Bei Radiometerkpfen fr Bestrahlungsstrkemessgerte wird die systematische Messab

9、weichung f2*(,) der rumlichen Bewertung der einfallenden Strahlung nach Gleichung (12) ermittelt: ()()()1cos,0,*2=YYf(12) Dabei ist Y(,) Ausgangsgre bei Strahlungseinfallswinkeln (gemessen gegen die Flchennormale bzw. optische Achse) und Azimutwinkel entsprechend Bild 1. Legende 1 Optische Achse 2 E

10、intrittspupille Einfallswinkel, gemessen von der optischen Achse Azimutwinkel Bild 1 Koordinaten fr die richtungsabhngige Bewertung Zur Kennzeichnung der rumlichen Bewertung durch einen einzelnen Zahlenwert dient die Kenngre f2nach Gleichung (13): () ()dff 2sin0,00180850*22=(13) 4.9.3 Kenngre fr die

11、 Raumbestrahlungsstrke 0,2fBei Radiometerkpfen fr Raumbestrahlungsstrkemessgerte wird die systematische Messabweichung (,) bei der richtungsabhngigen Bewertung nach Gleichung (14) ermittelt: *0,2f()()()10,0,*0,2=YYf(14) Zur Kennzeichnung der rumlichen Bewertung durch einen einzelnen Zahlenwert dient

12、 die Kenngre nach Gleichung (15): 0,2f() dff sin0,210*0,20,2=(15) DIN 5031-11:2011-04 13 4.9.4 Kenngre fr die Strahldichte *,2 Lf (,) Bei Radiometerkpfen zur Messung der Strahldichte wird die Messabweichung der rumlichen Bewertung (,) nach Gleichung (16) ermittelt: *,2 Lf()( )(),0,0,*,2YYfL= (16) Da

13、bei ist Y(,) Ausgangsgre beim Strahleinfallswinkel ,; Y(= 00, ) Ausgangsgre beim Strahleinfall in Richtung der optischen Achse des Radiometers. 4.10 Kenngre Nichtlinearitt f34.10.1 Allgemeines Linearitt eines Radiometers ist die Eigenschaft, dass der Anzeigewert Y der zu messenden Strahlungsgre X di

14、rekt proportional ist. Die Kenngre f3ist ein Ma fr die Abweichung von einem linearen Zusammenhang zwischen Eingangs- und Ausgangsgre. 4.10.2 Messung Die Kennlinie eines Radiometers beschreibt den Zusammenhang zwischen der Ausgangsgre Y (Anzeige) und der Eingangsgre X (z. B. Bestrahlungsstrke, Strahl

15、dichte). Zur Aufnahme der Kennlinie und zur Ermittlung der Abweichung von der Linearitt ist das Radiometer kontinuierlich oder stufenweise mit jeweils unterschiedlich hohen Bestrahlungsstrken (Strahldichten) zu bestrahlen. Bei jedem Wert dieser Eingangsgren ist jeweils die Ausgangsgre aufzunehmen. F

16、r die Bestimmung der Linearitt von Bestrahlungsstrkemessgerten sind verschiedene Verfahren zur stufenweisen Bestrahlung der Radiometer beschrieben (siehe Literaturverzeichnis). Auch kann das Ausgangssignal des zu prfenden Radiometers mit dem Ausgangssignals eines linearen Radiometers bei gleicher Be

17、strahlungsstrke bzw. Strahldichte verglichen werden. ANMERKUNG Nur fr Messwerte, die oberhalb der rauschquivalenten aktinischen Strahlungsgre actliegen, ist die Bestimmung der Linearitt sinnvoll. 4.10.3 Kennzeichnung Zur Kennzeichnung des Linearittsfehlers von Radiometern dient die Funktion der syst

18、ematischen Messabweichung f3*(Y) nach Gleichung (17): 1)(maxmax*3=XXYYYf(17) Dabei ist Ymax Hchstwert der Radiometeranzeige XmaxEingangsgre (Bestrahlungsstrke, Strahldichte), bei der der Hchstwert der Ausgangsgre (Endwert eines Messbereiches) Ymaxerreicht wird; ANMERKUNG Die Messung und Prfung der L

19、inearitt wird in 10, 11 und 12 beschrieben. DIN 5031-11:2011-04 14 Zur Kennzeichnung der Nichtlinearitt in den verschiedenen Messbereichen wird die Kenngre f3nach Gleichung (18) angegeben. Sie ist der Grtwert der Funktion der systematischen Messabweichungen f3*(Y) aus Gleichung (17). max*33)(Yff = (

20、18) 4.11 Kenngre Anzeigegert f4Bei aktinischen Radiometern mit Analog-Anzeige wird die Messabweichung durch die Klasse des analogen Anzeigegertes bestimmt (Klasseneinteilung nach DIN EN 60051-1). ANMERKUNG 1 Das Klassenzeichen gibt die maximale Messabweichung bei Bezug auf den Endwert an. Die Kenngr

21、e f4eines aktinischen Radiometers wird durch die Klasse des Anzeigegertes beschrieben nach Gleichung (19): K4= kf (19) Dabei ist K das Klassenzeichen k der Faktor bei Anzeigebereichsumschaltung (z. B. k = 10 bei einer Umschaltung der Messbereiche im Verhltnis 1:10) nach Gleichung (20). maxAmaxBYYk =

22、 (20) Dabei ist maxBY der Anzeigebereichsendwert im unempfindlicheren Anzeigebereich B; maxAY der Anzeigebereichsendwert im empfindlicheren Anzeigebereich A. Bei aktinischen Radiometern mit Ziffernanzeige wird die Messabweichung durch die auf die Anzeige bezogene Abweichung und die Quantisierungsabw

23、eichung (im Allgemeinen 1 Digit) mitbestimmt. Die Kenngre ergibt sich nach Gleichung (21): maxAnzeige4PDkff+= (21) Dabei ist Anzeigef die Abweichung, auf die Anzeige bezogen, in %; k der Faktor fr Anzeigebereichsumschaltung; D die Abweichung der kleinsten Anzeigeziffer (z. B. 1 Digit); maxPdie maxim

24、ale Anzeigemglichkeit der digitalen Anzeige. BEISPIEL Fr eine 3stellige Anzeige ist = 1999. maxPANMERKUNG 2 Die Kennzeichnung durch die Kenngre nach Gleichung (21) ist gewhlt, um die grtmgliche Messabweichung an der Grenze der Messbereichsumschaltung zu erfassen. 4fDIN 5031-11:2011-04 15 Die Ermdung

25、 ist eine reversible zeitliche nderung der Empfindlichkeit durch den Einfluss der Bestrahlung bei en. Im Gegensatz dazu beschreibt die Alterung die irreversible zeitliche von einer Vielzahl von Umgebungsparametern und nicht nur von der mgebungstemperatur nicht vollstndig zu eliminieren. 4.12 Kenngre

26、 Ermdung f5sonst konstanten Betriebsbedingungnderung der Empfindlichkeit, die Bestrahlung abhngt. Die Alterung wird in diesem Dokument nicht quantifiziert. Beim Betrieb von aktinischen Radiometern knnen reversible nderungen sowohl der Gesamtempfindlichkeit als auch der relativen spektralen Empfindli

27、chkeit auftreten. ANMERKUNG Die Ermdung ist im Allgemeinen umso grer, je hher die Bestrahlungsstrke auf dem aktinischen Radiometer ist. Sie wird beeinflusst durch die Temperaturnderung, die durch Bestrahlung des aktinischen Radiometers hervorgerufen wird. Diese ist auch durch Regelung auf konstante

28、UDie Ermdung wird durch die Funktion f5*(t) nach Gleichung (22) beschrieben: ()()()105tY*=tf (22) Dabei ist tYt die Zeit, die seit Beginn der Exposition des aktinischen Radiometers mit der vorgeschriebenen konstanten Strahlungsgre vergangen ist; ( )t das Radiometersignal zur Zeit t ; Y 0t Zeitpunkt

29、der Ablesung der Anzeige nach vorgegebener Vorlaufzeit, Zur Kennzeichnung der Ermdung mit nur einer Gre gilt nach Gleichung (23): ( )()1s1005=tYf min30=tY(23) Ist die Messzeit grer 30 in (z. B. fr scannende Systeme), wird die Kenngre f5 nach Gleichung bestimmt: m (24) )(2*55tff = (24) Dabei ist t2di

30、e 10fache Messzeit. 4.13 Kenngre Temperaturabhngigkeit f6Zur Beschreibung der Temperaturabhngigkeit dient die Funktion f6*(T) nach Gleichung (25): ( )()()106TY*T=Tf(25) Dabei ist die Radiometeranzeige bei der Umgebungstemperatur T; die Radiometeranzeige bei der Umgebungstemperatur T0= 25 C. Y()TY ()

31、0TY DIN 5031-11:2011-04 16 zeichnung der Temperaturabhngigkeit durch nur einen Wert gilt die Kenngre nach Gleichung (26): 6fZur Kenn() ()() CTTTY /)(120TYTYf=1126(26)T1untere Bezugstemperatur; T2 obere Bezugstemperache Radiometer, die fr Messungen in Innenrumen verwendet werden, gelten: =Fr nisch en

32、messungen genutzt werden, gelten: An b obere Temperatur T2und untere Temperatur T1andere Werte vereinbart we ol n d T2anzugeben. Di k d als von niederfrequenter Strahlungsmodulation wird beschrieben durch die Funktion f*() nach Gleichung (27): Dabei ist tur. Fr aktinis2T 40 C; 1T = 15 C; 0T = 25 C.

33、akti e Radiometer, die auch fr Au2T = 40 C; 1T = 5 C ; 0T = 25 C. wendungs edingt knnen fr die rden. In s chen Flle sind T1un4.14 Kenngre zum Einfluss der Strahlungsmodulation f7e Abhngig eit des Ra iometersign7()( )()1Hz007=Y*Y=f(27) Dabei ist die Modulationsfrequenz der Strahlungsgre und nicht die

34、 optische Frequenz der Strah g die Radiometeranzeige bei Bestrahlung mit unmodulierter Strahlung; lun()Hz00=Y Y( ) die Radiometeranzeige bei Bestrahlung mit modulierter Strahlung der Frequenz mit Zur Kennzeichnung des nzeinflusses mit einer einzelnen zahlenmigen Gre gilt nach Gleichung (28): gleiche

35、m arithmetischen Mittelwert wie bei der Bestrahlung mit unmodulierter Strahlung. Freque()1zz7Yf(28) H0H1000=Ymeterantwort anzugeben. Wenn die Strahlung mit einer anderen Frequenz als 100 Hz moduliert wird, ist die Frequenzabhngigkeit der RadioDIN 5031-11:2011-04 17 )4.15 Kenngre zum Einfluss von pol

36、arisierter Strahlung f8Zur Kennzeichnung der Polarisationsabhngigkeit fr eine vorgegebene Einstrahlrichtung , gilt die Funktion f8(,) nach Gleichung (29): ()() ()() (,minmaxminmax8YYYYf+=(29)Dabei ist maxY maximale Radiometeranzeige bei Variation des Polarisationswinkels; minYminimale Radiometeranze

37、ige bei Variation des Polarisationswinkels. Die verwendeten Einfallswinkel und sind anzugeben. 4.16 Kenngre ungleichmiger lokaler Empfindlichkeit f9Zur Kennzeichnung der Abhngigkeit der Empfindlichkeit vom Ort auf der Empfangsflche eines aktinischen Radiometers dient die Kenngre nach Gleichung (30):

38、 9f152i1i94 YYYf=(30) Dabei ist 1Y Radiometeranzeige bei Bestrahlung des aktinischen Radiometers durch eine auf dem Zentrum der Eintrittsflche aufliegende Aperturblende mit einem Durchmesser der ffnung, der ein Zehntel des quivalenten Durchmessers der Empfangsflche betrgt, iY Radiometeranzeige bei B

39、estrahlung durch dieselbe aufliegende Aperturblende an vier Punkten i = 2 bis 5, die in einem Abstand von zwei Drittel des quivalenten Radius der Empfangsflche sich befinden und jeweils um 90 zu einander versetzt sind. Die Blende muss die gesamte Empfangsflche berdecken, auf den Empfangsflchen liege

40、n und zugleich Streustrahlung verhindern. Bei Radiometer mit mehreren nicht zusammenhngenden Empfangsflchen muss das Zentrum auf eine der Teilflchen gelegt werden. 4.17 Kenngre Messbereichsumschaltung f11Zur Kennzeichnung des Einflusses einer Messbereichsumschaltung zwischen zwei Anzeigebereichen di

41、ent die Kenngre nach Gleichung (31): 11f1AB11=YkYf(31) Dabei ist AY der Anzeigewert im Anzeigebereich A fr eine Eingangsgre XA, der 90 % des Anzeigebereichsendwertes entspricht (bei Gerten mit Ziffernanzeige bei der grten Anzeige); BY der Anzeigewert im nchst unempfindlicheren Anzeigebereich B, bei

42、der Eingangsgre XB, welche um einen Faktor k grer als die Eingangsgre XA ist; k Faktor nach Gleichung (20). Die Kenngre ist fr jede mgliche Messbereichsumschaltung zu ermitteln. 11fDIN 5031-11:2011-04 18 5 Integralmessende Radiometer 5.1 Aufbau eines integralmessenden Radiometers Das integralmessend

43、e Radiometer ist ein Gert, mit dem aktinische Strahlungsgren unmittelbar bestimmt werden knnen (siehe Anhang D). Der prinzipielle Aufbau besteht aus dem Messkopf und einer signalverarbeitenden Einheit mit einer Anzeige. Der Messkopf enthlt eine Eingangsoptik, Filter oder eine Filterkombination und e

44、inen Detektor. Durch die Auswahl geeigneter Filter und einen Detektor mit selektiver spektraler Empfindlichkeit, wird eine Anpassung an ein Wirkungsspektrum erreicht. In der signalverarbeitenden Einheit wird der gemessene Wert mit der zugehrigen Korrektur berechnet und direkt angezeigt. Optional knn

45、en z. B. neben der aktinischen Bestrahlungsstrke oder der aktinischen Strahldichte die aktinische Bestrahlung sowie zeitlich aufgelste Verlufe dargestellt werden. 5.2 Anforderungen an Integralradiometer Zur przisen Messung aktinisch wirksamer Strahlung unterschiedlicher Strahlungsquellen sind insbes

46、ondere hohe Anforderungen an die spektrale Anpassung des Integralmessgertes zu stellen. Die spektrale Abweichung zwischen Wirkungsspektrum Aact() und relativer spektraler Empfindlichkeit des Empfngers s() ist grafisch oder tabellarisch anzugeben. Die Einzelkenngren und die Gesamtkenngre sind vom Her

47、steller anzugeben. Die Gesamtkenngre ftotalist nach Gleichung (32): ftotal= fu+ fo+f1 + f2+ f3+ f4+ f5+ f6+ f7+ f8+ f9+ f11+ fkal(32) Fr spezielle Messaufgaben kann zustzlich eine der Messaufgabe angepasste Gewichtung der Einzelkenngren vorgenommen werden. Die Gewichtung ist anzugeben. BEISPIEL 1 Di

48、e Kenngre f7 kann mit der Gewichtung 0 versehen werden, wenn die Frequenzabhngigkeit fr das Messproblem keine Bedeutung hat. BEISPIEL 2 Fr die Kenngre f2ergibt sich ein an das Messproblem angepasster Wert, wenn die richtungsabhngige Bewertung nur bis zum tatschlich vorgesehenen Messfeldwinkel vorgenommen wird. 5.3 Kalibrierung Integralradiometer sind vom Hersteller kalibriert auszuliefern. Mindestens ist die Angabe der Kalibrierquell