Az UV-mérőműszerek kalibrálása nem egyszerűen egy kijelzett érték összehasonlítása. A detektor spektrális responsivitása, a referenciaforrás spektruma és az alkalmazásban használt UV-forrás spektruma gyakran lényegesen különbözik. Emiatt az ugyanabban a fizikai egységben közölt eredmények között is jelentős, alkalmazásfüggő eltérés lehet.
1. Mérési feladat és mérendő mennyiség
A példában egy UV-C teljesítménymérőt kalibrálunk 254 nm környezetében, 10,00 mW·cm−2 referencia-besugárzás mellett. A mérendő mennyiség az érzékelő referencia-síkjában, meghatározott spektrális eloszlás és geometria mellett fennálló besugárzás.
Ee = dΦe / dA
A mérendő mennyiség definíciójának tartalmaznia kell a hullámhossztartományt, a forrás típusát, a detektor referencia-síkját, a távolságot, a beesési szöget, az aktív felületet, a mérési időt, valamint a műszer üzemmódját és tartományát.
2. UV-A, UV-B és UV-C: nem felcserélhető mérési feladatok
315–400 nm. Ipari térhálósítás, fotopolimerizáció és anyagöregítés. A spektrum gyakran széles, LED-alapú rendszereknél keskenyebb.
280–315 nm. Fotobiológiai és anyagvizsgálati alkalmazások. A biológiai súlyfüggvények miatt a spektrális pontosság kiemelten fontos.
100–280 nm. Fertőtlenítés, higanylámpák és excimerforrások. A 254 nm, 222 nm és UV-C LED rendszerek mérési válasza nem kezelhető azonos korrekcióval.
3. Mérési modellek
EDUT = Eref · (RDUT / Rref) · Csp · Cgeo · Clin · CT · Cdrift
A referenciaérték önmagában nem elegendő. A modellben külön kell kezelni a spektrális korrekciót, a geometriai eltérést, a linearitást, a detektor hőmérsékleti érzékenységét és a referenciaforrás driftjét.
S = ∫ Eλ(λ) · s(λ) dλ
Az azonos kijelzés eltérő valós besugárzást jelenthet, ha a kalibrálás és a használat spektruma nem azonos.
4. Referenciaforrás és metrológiai visszavezethetőség
A visszavezethetőség kialakítható spektrális besugárzási etalonból, kalibrált referenciadetektorból vagy transzfer-radiométerből. A referencia érvényességéhez rögzíteni kell a hullámhosszt, a geometriai feltételeket, az érzékeny felületet, a polarizációs és hőmérsékleti viszonyokat, valamint a forrás üzemeltetési paramétereit.
- A higanylámpa intenzitása bemelegedés és üzemóra szerint változik.
- Az UV-LED hullámhossza és teljesítménye a csomóponti hőmérséklettel eltolódik.
- Az excimerforrás spektruma és térbeli eloszlása érzékeny lehet a működtetésre.
- A referencia-detektor UV-expozíció hatására öregedhet.
5. Spektrális illesztetlenség
A spektrális mismatch általában a domináns alkalmazási komponens. Egy széles sávú UV-mérőnél nem elegendő egy névleges központi hullámhosszt megadni. A teljes responsivitásgörbe és a mérendő forrás spektruma szükséges.
Csp = [∫ Euse(λ)dλ / ∫ Euse(λ)srel(λ)dλ] · [∫ Ecal(λ)srel(λ)dλ / ∫ Ecal(λ)dλ]
6. Geometria, referencia-sík és koszinuszválasz
A sugárforrás és a detektor közötti távolság, a detektor aktív felületének helye, a beesési szög és a forrás térbeli egyenletessége közvetlenül hat a mérési eredményre. Közelmezőben az inverz négyzetes törvény nem alkalmazható automatikusan.
- A referencia-sík gyakran nem azonos a műszer burkolatának homloksíkjával.
- Nagy aktív felület esetén a lokális besugárzás térbeli átlaga kerül mérésre.
- Ferde beesésnél a koszinuszválasz hibája külön komponens.
- Keskeny UV-nyalábnál a detektor pozicionálása és az apertúra jelentős lehet.
7. Linearitás, sötétjel és dinamikatartomány
Az UV-detektorok linearitása a teljes mérési lánc tulajdonsága. A detektor, a transzimpedancia-erősítő, az analóg–digitális átalakító és a tartományváltás egyaránt hozzájárulhat. Alacsony szinten a sötétjel és offset, magas szinten a telítődés és a responsivitásváltozás dominálhat.
8. Hőmérséklet, páratartalom és expozíciós öregedés
A félvezető UV-detektor responsivitása és sötétjele hőmérsékletfüggő lehet. A diffúzor, szűrő és optikai ragasztó UV-terhelés hatására öregedhet. A laboratóriumi kalibrálás bizonytalansága ezért nem feltétlenül írja le a terepi használat hosszú távú kockázatát.
CT = 1 + αT(T − Tref)
9. Számszerű bizonytalansági költségvetés
A példa 10,00 mW·cm−2 UV-C besugárzásra, 254 nm referenciaforrásra és k = 2 lefedettségi tényezőre vonatkozik.
| Komponens | Standard relatív u | Értékelés |
|---|---|---|
| Referencia-besugárzás | 0,70% | Kalibrálási bizonyítvány |
| Ismételhetőség | 0,25% | A-típusú |
| Forrás rövid távú stabilitása | 0,35% | Monitor-detektor |
| Spektrális mismatch | 1,20% | Spektrum és responsivitás |
| Geometria és pozicionálás | 0,45% | Távolság, sík, szög |
| Linearitás | 0,30% | Tartományvizsgálat |
| Hőmérsékleti hatás | 0,25% | Detektor és elektronika |
| Sötétjel és felbontás | 0,10% | Alacsony szintű komponens |
uc,rel = 1,58% · Urel = 3,16% (k = 2)
E = 10,00 mW·cm−2 ± 0,32 mW·cm−2
A példában a spektrális mismatch adja a variancia több mint felét. Ez mutatja, hogy az UV-mérő kalibrálásának alkalmazhatóságát elsősorban a kalibráló- és felhasználási spektrum egyezése határozza meg.
10. UV-dózis és időintegrálás
UV-dózismérőnél a besugárzást idő szerint integráljuk:
He = ∫ Ee(t) dt
A bizonytalansági költségvetéshez hozzáadódik az időalap, a mintavétel, a triggerelés, a rövid impulzusok csúcslevágása, a kijelzési frissítés és az integráló algoritmus validálása. Impulzusos UV-forrásnál a folyamatos sugárzásra végzett kalibrálás nem feltétlenül elegendő.
11. Interaktív költségvetés-számító
Adja meg a standard relatív bizonytalansági komponenseket százalékban. A számító négyzetes összegzést és varianciarészesedést végez.
| Komponens | urel (%) | Varianciarész |
|---|---|---|
| Referencia-besugárzás | ||
| Ismételhetőség | ||
| Forrásstabilitás | ||
| Spektrális mismatch | ||
| Geometria | ||
| Linearitás | ||
| Hőmérsékleti hatás | ||
| Sötétjel és felbontás |
12. Eredményközlés és alkalmazási korlát
A bizonyítványban a mérési eredmény és a bizonytalanság mellett szerepeljen a referenciaforrás típusa és spektruma, a névleges hullámhossz vagy tartomány, a detektor referencia-síkja, a távolság, a beesési geometria, az aktív felület, a mérési tartomány, a környezeti feltételek és az alkalmazott spektrális korrekció.
13. ISO/IEC 17025 auditori ellenőrzőpontok
- A mérendő mennyiség hullámhossz-, geometria- és időfüggő definíciója egyértelmű.
- A referenciaforrás és detektor visszavezethetősége dokumentált.
- A forrás bemelegedése, rövid távú stabilitása és öregedése ellenőrzött.
- A spektrális mismatch számítása a tényleges responsivitás- és spektrumadatokon alapul.
- A referencia-sík, távolság, beesési szög és aktív felület reprodukálható.
- A linearitás és a tartományváltás validált.
- A hőmérsékleti hatás és UV-expozíciós drift szerepel a modellben.
- Dózismérésnél az időalap és integráló algoritmus validált.