نحوه انتخاب سنسور UV: طول موج، تابش و کالیبراسیون

سنسور UV را انتخاب کنید طیف منبع، کمیتی که باید گزارش دهید، شدت مورد انتظار و هندسه اندازه گیری. A sensor designed to estimate solar UV index does not necessarily measure a UV curing lamp correctly, and an instrument labeled “UVC” does not by itself establish whether a disinfection process is effective. Ask for the detector's full spectral response, calibration conditions and usable range before comparing displayed readings.

سؤال مفید صرفاً این نیست که آیا یک ابزار تابش فرابنفش را تشخیص می دهد یا خیر. این است که آیا سنسور کامل، پنجره نوری، فیلتر و کالیبراسیون به تابش در محل اندازه گیری پاسخ مناسب می دهند یا خیر. این راهنما این انتخاب ها را از منبع تا مقدار گزارش شده دنبال می کند.

تعریف کنید که خواندن باید چه چیزی را نشان دهد

UV radiation covers a range of wavelengths. Common categories are UVA, UVB and UVC, but a category label alone is too broad to define an instrument's response. Two lamps in the same named band may have different spectral distributions, and two instruments labeled for that band can weight those distributions differently. Record the actual source type and available spectral information, including whether it is a narrow-band LED or a broadband lamp.

قبل از انتخاب سخت افزار، منبع، طول موج ها، سیگنال مورد انتظار، موقعیت اندازه گیری، جهت گیری حسگر، مدت زمان نوردهی و تصمیمی که به دنبال نتیجه حاصل می شود را یادداشت کنید. مشخص کنید که آیا خروجی یک لامپ را با لامپ دیگر مقایسه می کند، روند فرآیند را تأیید می کند یا از یک روش اندازه گیری رسمی پشتیبانی می کند. هر کدام به درجه متفاوتی از کنترل طیفی و کالیبراسیون نیاز دارند.

تابش، قرار گرفتن در معرض تابش و شاخص UV متفاوت است

تابش تابش توان تابشی در واحد سطح است که اغلب بر حسب W/m² یا mW/cm² برای باند طیفی و صفحه اندازه‌گیری اعلام شده گزارش می‌شود. نوردهی تابشی تابش در طول زمان یکپارچه است، که معمولاً در J/m² یا J/cm² بیان می‌شود. برای تابش ثابت در یک زمان مشخص شده، نوردهی برابر است با تابش ضرب در زمان. قرار گرفتن در معرض فرآیند واقعی ممکن است با حرکت منبع، حسگر یا قطعه کار متفاوت باشد.

برای مثال، یک تابش ثابت ایده‌آل 10 میلی‌وات بر سانتی‌متر مربع که به مدت 5 ثانیه حفظ شود، 50 میلی‌ژول بر سانتی‌متر مربع نور تابشی می‌دهد. این حساب فرض می کند که تابش در صفحه مربوطه ثابت می ماند و ابزار به طول موج های مربوطه پاسخ می دهد. این یک دوز فرآیند توصیه شده یا شواهدی نیست که نشان دهد هیچ نتیجه بیولوژیکی یا درمانی به دست آمده است.

را شاخص UV با تابش اشعه ماوراء بنفش دارای وزن اریتمی مرتبط است و برای انتقال قدرت UV خورشیدی تولید کننده آفتاب سوختگی استفاده می شود. این یک اندازه گیری مستقیم برای تمام انرژی فرابنفش نیست و نباید به عنوان یک قرائت فرآیند UVC در نظر گرفته شود. را World Health Organization's UV index explanation نقش آن در سلامت عمومی را شرح می دهد. را راهنمای طراحی Silicon Labs Si1133 نشان می دهد که چگونه وزن طیفی وارد طراحی یک سنسور شاخص UV خاص می شود. اجرای آن برای مدل خاص است.

چرا طیف منبع باید با سنسور مطابقت داشته باشد

A broadband UV detector produces a signal from radiation across the wavelengths to which its detector and filter respond. Its output therefore depends on both the incoming spectrum and the instrument's spectral responsivity. If a sensor is calibrated with one lamp and used with an LED whose emission is concentrated at a different wavelength, the calibration factor may no longer give the same accuracy. A nominal band name does not reveal the shape of the response within that band.

را NIST روی استاندارد کردن اندازه‌گیری‌های LED UV کار می‌کند خطاهای قابل توجهی را توصیف می کند که می تواند از عدم تطابق طیفی در آشکارسازهای فیلتر شده ناشی شود. اندازه و جهت خطا به منبع و ابزار واقعی بستگی دارد. منحنی پاسخ طیفی، شرح منبع کالیبراسیون و بیانیه عدم قطعیت را برای حسگر درخواست کنید، سپس آنها را با منبع اندازه گیری شده مقایسه کنید.

For a narrow-band UV LED, ask whether the sensor response is known at the LED's actual emission wavelengths and operating conditions. For a broadband source, determine whether the response is sufficiently uniform or correctly weighted across the relevant spectrum. If two instruments disagree, compare their spectral response, measurement plane, angle and integration interval before assuming one is faulty.

روش اندازه گیری را انتخاب کنید

رادیومتر فتودیود فیلتر شده تابش فرودی را به سیگنال الکتریکی تبدیل می کند و مقداری را بر روی یک پاسخ طیفی تعریف شده گزارش می دهد. می‌تواند برای اندازه‌گیری‌های مکرر فشرده و راحت باشد، اما فیلتر، آشکارساز و کالیبراسیون معنای خواندن را مشخص می‌کنند. یک جزء فوتودیود روی برد مدار به طور خودکار یک پرتو سنج کالیبره شده نیست: تقویت کننده، محفظه، پنجره، رفتار دما و الگوریتم همگی بر روی نتیجه تأثیر می گذارند.

یک طیف رادیومتر تابش را بر اساس طول موج جدا می کند و به جای یک مقدار یکپارچه باند، یک طیف را گزارش می دهد. می تواند به شناسایی قله های منبع یا ارزیابی عدم تطابق طیفی کمک کند. وضوح طیفی، کالیبراسیون طول موج، عملکرد نور سرگردان، محدوده دینامیکی و هندسه اندازه‌گیری آن باید متناسب با وظیفه باشد. یک طیف از یک خواندن پهن باند منفرد جزئیات بیشتری دارد، اما به طور خودکار از عدم قطعیت اندازه گیری خالی نیست.

یک مانیتور نسبی ممکن است برای دنبال کردن خروجی یک منبع ثابت در طول زمان مفید باشد. اگر پاسخ مطلق آن به منبع مربوطه ثابت نشده باشد، باید نسبی توصیف شود. موقعیت سنسور و شرایط عملکرد را طوری ثبت کنید که تغییر در تنظیمات به عنوان پیر شدن لامپ متمایز نشود. یک روند نسبی پایدار و یک اندازه گیری مطلق قابل ردیابی به سوالات مختلف پاسخ می دهد.

را توضیحات CIE از کالیبراسیون رادیومتر UV اشاره می کند که ابزارها می توانند محدوده طیفی و توابع وزنی متفاوتی داشته باشند. روش کالیبراسیون و شرایطی را انتخاب کنید که مطابق با کمیتی است که ابزار قرار است گزارش دهد.

صفحه اندازه گیری و زاویه اهمیت دارد

The irradiance at a sensor depends on its position and orientation relative to the source. A process measurement should be made at a defined plane that represents the workpiece or monitoring point, subject to equipment design and the instrument's instructions. Moving a probe closer to a source, tilting its receiving surface or placing it behind a window can change the result. A large-area source, reflected light and nonuniform illumination make a simple point-source distance calculation an unreliable substitute for measurement.

برای یک گیرنده تابش مسطح ایده آل، پاسخ به یک پرتو موازی با کسینوس زاویه تابش متفاوت است. مجموعه‌های دیفیوزر و حسگر واقعی، به‌ویژه در زوایای بزرگ، از ایده‌آل منحرف می‌شوند. هنگام اندازه گیری نور خورشید، منابع گسترده یا نوری که از چندین جهت می رسد، پاسخ زاویه ای یا کسینوس اعلام شده را بررسی کنید. مقایسه انجام شده با دو دستگاه در زوایای مختلف ممکن است تفاوت هندسی را به جای آشکارساز معیوب نشان دهد.

موقعیت اندازه گیری، جهت گیری، هر محفظه یا پنجره، وضعیت گرم شدن منبع، فاصله در موارد مربوطه و تنظیمات عملیاتی را ثبت کنید. اگر پنجره نوری جایگزین شود، انتقال آن ممکن است پاسخ سیستم را تغییر دهد. ماده ای که برای چشم شفاف به نظر می رسد لزوماً در طول موج های UV مورد نظر شفاف نیست. مسیر نوری نصب شده کامل را ارزیابی کنید، نه آشکارساز را به تنهایی.

از اشباع، تاریکی و نور سرگردان اجتناب کنید

The expected maximum irradiance must fit within the instrument's calibrated measuring range. A saturated photodiode, amplifier or ADC can produce a clipped, flat or misleadingly plausible result. Conversely, at very low signal levels, dark current, electronic offset, noise and stray light may be a meaningful fraction of the reading. Check the datasheet's range, detection limits and conditions instead of equating display resolution with accuracy.

برخی از دستگاه ها زمان افزایش یا یکپارچه سازی را به طور خودکار تغییر می دهند. تأیید کنید که آیا این انتقال بر تداوم خروجی تأثیر می‌گذارد یا خیر و اینکه آیا دستگاه پرچم‌دار شرایط اضافه بار یا زیر برد است. اگر یک منبع UV نسبت به سنسور پالس می شود یا حرکت می کند، پهنای باند اندازه گیری و فاصله ثبت باید نمایه زمانی مربوطه را ثبت کند. خواندن متوسط ​​می تواند اوج کوتاهی را پنهان کند. خواندن اوج به تنهایی ممکن است انتگرال زمان مورد نیاز برای قرار گرفتن در معرض را فراهم نکند.

در صورتی که رد برای منبع کافی نباشد، تابش مرئی یا مادون قرمز نیز می‌تواند به خواندن کمک کند. درجه تداخل به فیلتر، طیف منبع و طراحی ابزار بستگی دارد. از این فرض که هر فتودیود دارای برچسب UV دارای رد کامل تمام طول موج های دیگر است خودداری کنید. را بررسی NIST خطاهای اندازه گیری UV عوامل طیفی و هندسی که بر قابلیت مقایسه تأثیر می گذارند را مورد بحث قرار می دهد.

پاسخ دما و زمان

دمای آشکارساز و لوازم الکترونیکی آن می تواند حساسیت، سیگنال تاریک یا افزایش را تغییر دهد. اندازه گیری در نزدیکی یک منبع داغ ممکن است تحت تأثیر قرار گیرد حتی زمانی که خود منبع UV پایدار است. بپرسید که آیا مشخصات دقت شامل دمای بیش از محدوده عملیاتی مورد انتظار می شود یا خیر و آیا دستگاه دمای داخلی خود را گزارش می دهد یا خیر. دستگاه را در برابر دماهای خارج از درجه بندی آن محافظت کنید و اجازه دهید هر زمان تثبیت مشخص شده باشد.

برای یک نوار نقاله یا منبع پالسی، سرعت واکنش دستگاه و تعداد دفعات نمونه برداری را در نظر بگیرید. یک حسگر می تواند محدوده طول موج مناسبی داشته باشد اما اگر زمان ادغام آن طولانی باشد، اوج کوتاهی را از دست بدهد. برعکس، یک نمونه پر سر و صدا کوتاه ممکن است نمایش ضعیفی از میانگین ثابت باشد. آمار مورد نظر - اوج تابش، متوسط ​​تابش یا قرار گرفتن در معرض یکپارچه - پاسخ و زمان مورد نیاز را تعیین می کند.

حسگر و هر ثبت کننده داده باید در مورد فاصله زمانی که یک نوردهی انباشته می شود به توافق برسند. اگر منبعی روی قطعه کار حرکت کند، موقعیت و سرعت نمایه روشنایی را تغییر می دهد. اندازه‌گیری یا تأیید تنظیم در شرایط عملکردی معرف به جای فرض کردن شدت در یک نقطه ثابت، کل فرآیند را توصیف می‌کند.

کالیبراسیون و تایید

کالیبراسیون خروجی ابزار را به یک مرجع تحت شرایط مستند مرتبط می کند. تأیید بررسی می کند که آیا برای استفاده مناسب است یا خیر. گواهی کالیبراسیون زمانی بیشترین کاربرد را دارد که کمیت اندازه گیری شده، باند طیفی یا پاسخگویی، منبع، هندسه، برد، عدم قطعیت و قابلیت ردیابی را شناسایی کند. گواهی صادر شده برای طیف منبع یا پیکربندی اندازه گیری متفاوت به طور خودکار همه برنامه ها را مشخص نمی کند.

قبل از مقایسه یک ابزار با یک مرجع، صفحه اندازه گیری، جهت گیری، وضعیت منبع و زمان بندی را تراز کنید. مرجع باید عدم قطعیت و پوشش طیفی مناسب برای استفاده مورد نظر داشته باشد. قرائت یافت شده را قبل از تنظیم و قرائت سمت چپ بعد از آن را همراه با پیکربندی سنسور و شرایط محیطی ضبط کنید. پاسخ پایدار به یک منبع بررسی مفید است، اما به طور مستقل پاسخ طیفی کامل را در هر طول موج نشان نمی دهد.

Set the verification interval using the manufacturer's instructions, the measurement program, conditions of use and observed drift. UV exposure can affect some optical materials over time; contamination or damage to the window can also alter response. Inspect and clean only as permitted by the manufacturer. Replacing a window, diffuser or detector can change calibration and should be documented.

خواندن ها را بدون پنهان کردن شرایط مقایسه کنید

اگر دو رادیومتر متفاوت می‌خوانند، ابتدا بررسی کنید که مقدار، واحد و وزن طیفی یکسانی را گزارش کنند. سپس منبع، صفحه نوردهی، زاویه، پنجره نوری، برد، زمان بندی و منبع کالیبراسیون را مقایسه کنید. سنسوری که اوج تابش را گزارش می‌کند و سنسوری که میانگین را در یک بازه زمانی گزارش می‌کند، حتی زمانی که هر دو از یک واحد استفاده می‌کنند، مستقیماً قابل مقایسه نیستند. به همین ترتیب، دو حسگر پهن باند ممکن است برای یک لامپ موافق باشند و برای یک LED با پیک طیفی متفاوت متفاوت باشند.

یک ضریب تصحیح جهانی را بر اساس یک مقایسه اعمال نکنید، مگر اینکه یک روش واجد شرایط آن را برای منبع و شرایط پشتیبانی کند. قرائت های اصلی و روش تصحیح را در پرونده نگه دارید. زمانی که نوع منبع، فیلترها، هندسه اندازه‌گیری یا ابزار تغییر می‌کند، رابطه را دوباره ارزیابی کنید.

چه چیزی در یک رکورد کالیبراسیون درخواست شود

بپرسید کدام کمیت و پاسخ طیفی، پوشش طول موج، منبع استفاده شده و هندسه اندازه گیری کالیبره شده است. بررسی کنید که آیا گواهینامه کل ابزار، از جمله پخش کننده و هر پنجره، یا فقط یک جزء آشکارساز را پوشش می دهد. عبارت عدم قطعیت و محدوده مقادیری که بر روی آن اعمال می شود را تأیید کنید. شماره گواهی به خودی خود نشان نمی دهد که آیا کالیبراسیون با یک برنامه خاص مطابقت دارد یا خیر.

For a UV LED, compare the LED's emission spectrum with the calibrated responsivity and the instrument's spectral response. Some applications need a source-matched calibration or a spectral-mismatch assessment. The method depends on the available data and the uncertainty target; a user should not invent an adjustment from a nominal peak wavelength alone. Temperature, aging and drive conditions can affect the source spectrum, so preserve the operating conditions used for the comparison.

یک رکورد ساده از شناسه ابزار، تنظیمات سفت‌افزار یا بهره، تاریخ کالیبراسیون، وضعیت پنجره و نتایج بررسی‌های معمول را حفظ کنید. اگر بعد از تعمیر حسگر یا تعویض فیلتر، مقداری تغییر کرد، سری زمانی را حاشیه نویسی کنید. یک مرجع قابل ردیابی، یک موقعیت اندازه گیری قابل تکرار و یک تاریخچه خدمات با هم آموزنده تر از یک گواهی واحد است که بدون زمینه عملیاتی ثبت شده است.

یک کاربرگ انتخاب برای سه برنامه

مانیتورینگ UV خورشیدی Define whether the desired output is UV index, spectral irradiance or another weighted quantity. The instrument's spectral response, diffuser, orientation and algorithm all matter. A sensor placed behind a cover must be evaluated with that cover in place. A weather display should label estimated and measured quantities clearly.

درمان UV. Define the source spectrum, irradiance band, workpiece plane, exposure time and the purpose of the reading. A process may depend on both peak irradiance and accumulated exposure, as well as the material and process conditions. A radiometer can help monitor the optical process but a single reading does not by itself prove the final coating's performance. Use process-specific validation and testing.

نظارت بر منبع UVC طیف منبع واقعی و هندسه اندازه گیری را شناسایی کنید و ابزاری را که برای آن کار در نظر گرفته شده و کالیبره شده است انتخاب کنید. خواندن سنسور یک ورودی برای ارزیابی سیستم گسترده تر است. به خودی خود دوز تحویلی را در یک فضا ایجاد نمی کند یا غیرفعال شدن پاتوژن را نشان نمی دهد. تجهیزات قابل اجرا و روش های اندازه گیری را برای نصب خاص دنبال کنید.

سوالات برای تامین کننده سنسور

Provide the source type, measured or expected spectrum, measurement distance and orientation, intensity range and the reporting quantity. Ask the supplier which portion of the instrument's response contributes to the displayed result and whether visible light or infrared from that source can affect it. Request the spectral-response curve for the complete instrument, not just a detector-material description.

بیان کنید که آیا دستگاه باید به طور مداوم یا فقط در طول یک بررسی دوره ای اندازه گیری کند. برای عملکرد مداوم، در مورد رانش، آلودگی پنجره، دمای محیط، وضعیت خروجی و آنچه که کنترل کننده در هنگام خطا دریافت می کند، سوال کنید. برای یک رادیومتر قابل حمل، در مورد موقعیت یابی قابل تکرار، فاصله اندازه گیری و نحوه ثبت مقادیر پیک یا یکپارچه دستگاه بپرسید.

If the instrument will be compared with another meter, share both instruments' calibration conditions and intended source. A supplier may be able to explain which differences are expected and which tests are needed. Request a documented uncertainty for the actual configuration where available; an isolated best-case specification at a different wavelength or geometry does not describe the entire process measurement.

تنظیم نوری را ثابت نگه دارید

یک رکورد اندازه گیری عملی شامل یک نمودار یا عکس است که سنسور، منبع، صفحه اندازه گیری و جهت را نشان می دهد. به تنظیمات عملکرد منبع، شرایط گرم کردن، فیلترها، پنجره ها و وسایل و موقعیت نمونه یا قطعه کار توجه کنید. اگر ابزار جابه جا شد یا منبعی جایگزین شد، قبل از مقایسه مقادیر تاریخ های مختلف، تغییر را ثبت کنید.

در جایی که یک منبع یک منطقه را به طور ناهموار روشن می کند، یک موقعیت اندازه گیری ممکن است کل منطقه مفید را نشان ندهد. بررسی در چندین نقطه از پیش تعریف شده می تواند تغییرات فضایی را آشکار کند، اما فاصله نقطه و تفسیر آن باید برای فرآیند طراحی شود. به جای کاهش دادن نظرسنجی به یک میانگین غیرقابل توضیح، خوانش های فردی و موقعیت آنها را حفظ کنید. اگر سنسور دارای دیافراگم محدود است، مساحت و زاویه ای را که در واقع دریافت می کند در نظر بگیرید.

بررسی‌های روتین زمانی که در شرایط تکرار شونده انجام می‌شوند آموزنده‌تر هستند. خوانش کمتر ممکن است به دلیل پیری لامپ، تغییر موقعیت اندازه گیری، آلودگی پنجره، دما، رانش الکترونیک یا ترکیبی از آنها باشد. یک شرایط بررسی شناخته شده را مقایسه کنید و مسیر نوری را قبل از تنظیم ابزار بررسی کنید. نتیجه به دست آمده را حفظ کنید تا تاریخچه پس از نگهداری مفید باقی بماند.

ارزش خط پایه فرآیند را درک کنید

برای نصب موجود، زمانی که منبع، اپتیک و چیدمان قطعه کار در شرایط مشخصی هستند، یک خط پایه ایجاد کنید. اندازه گیری های متعدد را در موقعیت های تعریف شده ثبت کنید و تغییرات طبیعی ناشی از گرم کردن، تنظیم قدرت، حرکت منبع و تکرار موقعیت را شناسایی کنید. سپس اندازه گیری بعدی را می توان در برابر همان شرایط تفسیر کرد. خط مبنا مرجعی برای فرآیند محلی است. به طور خودکار به منبع یا خط تولید دیگری قابل انتقال نیست.

When the process uses several lamps or LEDs, a combined reading may hide the failure or degradation of one part of the source. The measurement plan may need several positions or independently monitored zones. The appropriate coverage depends on the optics and the decision. If a change is detected, compare it with source diagnostics and the condition of reflectors, windows and fixtures rather than immediately changing the radiometer's calibration.

در جایی که قرائت ها به طور خودکار ثبت می شوند، مهر زمانی، شناسه حسگر، محدوده انتخاب شده و هر وضعیت نامعتبر یا اضافه بار را حفظ کنید. داده های از دست رفته را با تابش صفر جایگزین نکنید، بدون اینکه به وضوح نشان دهید که سنسور در دسترس نیست. ثبت شرایط اندازه گیری راهی را به اپراتورها می دهد تا تغییر منبع واقعی را از یک ابزار یا مشکل مسیر داده تشخیص دهند.

عیب یابی اندازه گیری UV

سوالات متداول

آیا یک سنسور UVA عمومی می تواند شاخص UV را اندازه گیری کند؟

به سادگی با تبدیل خواندن UVA آن قابل اطمینان نیست. شاخص UV از وزن اریتمی در طول موج های خورشیدی مربوطه استفاده می کند. یک ابزار به یک پاسخ طیفی مناسب یا الگوریتم معتبر برای شرایط مورد نظر نیاز دارد.

آیا دوز UV همان تابش است؟

نه. تابش توان در واحد سطح است. قرار گرفتن در معرض تابش جدایی ناپذیر زمان آن است. اصطلاح دوز می تواند معانی خاص کاربرد داشته باشد، بنابراین کمیت، وزن طیفی و واحدها را تعریف کنید.

چرا دو سنسور در یک باند UV می توانند با هم مخالف باشند؟

پاسخ‌های طیفی، کالیبراسیون منبع، پاسخ‌های زاویه‌ای، مکان‌های اندازه‌گیری و تنظیمات ادغام می‌توانند متفاوت باشند. یک برچسب مشترک UVA یا UVC برای ایجاد معادل کافی نیست.

آیا خواندن UVC ثابت می کند که یک سیستم ضد عفونی کار می کند؟

خیر. یک ابزار یک کمیت نوری تعریف شده را در محل خود اندازه گیری می کند. اثربخشی به نوردهی ارائه شده در سیستم واقعی و شرایط فرآیند تأیید شده بستگی دارد.

آیا وضوح نمایشگر بالاتر به معنای دقت بالاتر است؟

نه. وضوح کوچکترین افزایش نمایش داده شده است. عدم تطابق طیفی، عدم قطعیت کالیبراسیون، هندسه، رانش، نویز و اشباع می تواند بر خطای کل غالب باشد.

چه زمانی اسپکترورادیومتر مفید است؟

زمانی مفید است که طیف منبع یا پاسخ وابسته به طول موج باید بررسی شود. محدوده طیفی، وضوح، کالیبراسیون و محدودیت های نور سرگردان باید با اندازه گیری مطابقت داشته باشد.

مراجع فنی

• NIST، استاندارد سازی اندازه گیری های LED UV.
• NIST، منابع خطا در اندازه گیری تابش UV.
• CIE، مشخصه‌ها و روش‌های کالیبراسیون پرتو سنج‌های UV.
• WHO، شاخص فرابنفش.
• راهنمای طراحی الکتریکی و نوری سنسور UV Index Silicon Labs, Si1133.