Grundlagen der Kalibrierung optischer und photometrischer Messgrößen

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1 Grundlagen der Kalibrierung optischer und photometrischer Messgrößen Werner Jordan esz - Munich Calibration Day 2016 Light is OSRAM

2 Licht und optische Strahlung - der offensichtliche menschliche Gebrauch Privater Bereich Haushalt, Freizeit Produktion, Gewerbe, Dienstleistung und Handel Verkehr zu Wasser, Land und Luft Kunst und Unterhaltung Theater, Museen, Film, Fernsehen Medizin, Kosmetik Gesetzliche Anforderungen Normen (international / national): Sicherheitsstandards Produktspezifikationen Technische Empfehlungen EU, BRD CIE, IEC, IEEE, ISO, ICNIRP,CASCO, CEN, CENELEC, ANSI DIN, ZVEI.. Herstellererklärungen 2

3 Typenvielfalt entsprechend den vielfältigen Anwendungen 0,1 A bis 60 A 3V bis 400 V 0,3 W bis W 0,1 lm bis lm 3

4 Notwendige Größen Radiometrisch (physikalisch): Strahlstärke I e Strahlungsfluss e Bestrahlungsstärke E e Strahldichte L e Aktinische Wirkungen Wirkungen auf Material Farbwiedergabe Photometrisch (physiologisch): Lichtstärke I v Lichtstrom v Beleuchtungsstärke E v Leuchtdichte L v Farbmetrik Farbtemperatur Basis: Betriebsbedingungen Lampe, System und Umgebung Spannung Betriebslage Umgebungstemperatur Stromstärke Brenndauer Luftfeuchte Leistung Betriebsart (DC, AC, Puls) Länge (Fläche, Winkel) Temperaturkontrollpunkte 4

5 Einheiten - Bausteine (rückgeführt) W nm cd, lm lx, cd/m² V A (W) (sr) K s m 5

6 Typische Ausstattung: Goniophotometer räumlich aufgelöste Information Spiegelgoniophotometer Lichtverteilung (Fernfeld) Lichtstrom Hemisphärengoniophotometer 6

7 Typische Ausstattung: Nahfeldgoniophotometer Räumlich aufgelöste Information Nahfeldgoniophotometer EULUMDAT - Datenfiles Strahlendaten (Raydata Files) Lichtverteilung Strahlendaten Projizierte Leuchtdichteverteilung Lichtstrom 7

8 Typische Ausstattung: Optische Messbahn gerichtete Größen Beleuchtungsstärke Bestrahlungsstärke (UV VIS IR) Lichtstärke Strahlstärke (UV VIS IR) Leuchtdichte Strahldichte (UV VIS IR) Optische Strahlungssicherheit Photobiologische Wirkungen Materialbeeinflussung 8

9 Typische Ausstattung: Ulbrichtkugel räumlich integrierte Information 3m Ulbrichtkugel mit Spektroradiometersystem Lichtstrom Strahlungsfluss (UV VIS IR) Normfarbwertanteile Farbtemperatur Farbwiedergabe Photobiologische Bewertung Materialbeeinflussung 9

10 Beispiele für Referenznormale ( strahlerbasierte Kalibrierung) Lichtstärke Beleuchtungsstärke (VIS) Lichtstrom Spektraler Strahlungsfluss (UV VIS IR) Beleuchtungsstärke Spektrale Bestrahlungsstärke (UV VIS IR) Leuchtdichte Spektrale Strahldichte (UV VIS IR) 10

11 Kalibrierverfahren: Lichtstrom mit der Ulbrichtkugel 11

12 Kugelscanner Ermittelung der räumlich aufgelösten Kugelantwort 12

13 SRDF Spatial Response Distribution Function: Zur Korrektur der realen Kugelantwort auf die ideale (theoretische) Kugel c ks 2 2 I(, ) K (, ) sin dd I (, ) K (, )sind d ideal isotrop I(, ) K (, )sin dd I K (, ) sind d real I(, ) relative Lichtstärkeverteilung der Lampe I (, ) isotrop strahlende Punktlichtquelle ( I (, ) const 1) K isotrop real (, ) isotrop K (, ) relative räumliche Antwort der idealen Kugel ( K (, ) const 1) ideal relative räumliche Antwort der Kugel isotrop ideal ideal real c ks mit Lampe, rel 2 00 Kugelantwort, rel "4 " I(, ) K (, )sindd Lampe, rel Kugelantwort, rel real 4 relativer Lichtstrom der Lampe in der idealen Kugel relativer geometrischer "Lichtstrom" der U-Kugel mit idealem Kugelstrahler relativer Lichtstrom des idealen Kugelstrahlers 13

14 Modellgleichung: Lichtstrom mit der Ulbrichtkugel (übersichtlich ) ix, photom C C C 1 i Normal HLL CCF SRF NA K, photom Fluor mit C C C Normal HLL CCF SRF NA Fluor Lichtstrom (für die bei der Messung geltenden allgemeinen und elektrischen Parameter) Lichtstrom des Normals Korrekturfaktor für die Selbstabsorption (Hilfslichtlampen-Verfahren) Korrekturfaktor zur Berücksichtigung der spektralen Fehlanpassung Korrekturfaktor für die räumliche Kugelantwort = Berücksichtigung der Nahfeldabsorption Fluor Fluor UV, Lampe Cks Cks Berücksichtigung der Fluoreszenz des Kugelinnenanstrichs K X 14

15 Modellgleichung: Lichtstrom mit der Ulbrichtkugel (zwei Teilbereiche ausführlich.) c ks 2 2 I(, ) K (, ) sin dd I (, ) K (, )sind d ideal isotrop I(, ) K (, )sin dd I K (, ) sind d real isotrop I(, ) relative Lichtstärkeverteilung der Lampe I (, ) isotrop strahlende Punktlichtquelle ( I (, ) const 1) K isotrop real (, ) K (, ) relative räumliche Antwort der idealen Kugel ( K (, ) const 1) ideal relative räumliche Antwort der Kugel isotrop ideal ideal real c ks mit Lampe, rel 2 00 Kugelantwort, rel "4 " I(, ) K (, )sindd Lampe, rel Kugelantwort, rel real 4 relativer Lichtstrom der Lampe in der idealen Kugel relativer geometrischer "Lichtstrom" der U-Kugel mit idealem Kugelstrahler relativer Lichtstrom des idealen Kugelstrahlers 15

16 MU Budget LED Modul 16

17 Kalibrierschein LED-Modul 17

18 Danke.