Grundlagen der Kalibrierung
optischer und photometrischer Messgrößen
Werner Jordan | 19.10.2016 | esz - Munich Calibration Day 2016
Light is OSRAM
www.osram.com
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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
Herstellererklärungen
EU, BRD
CIE, IEC, IEEE, ISO,
ICNIRP,CASCO,
CEN, CENELEC, ANSI
DIN, ZVEI …..
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Typenvielfalt entsprechend den vielfältigen Anwendungen…
0,1 A bis 60 A
3V bis 400 V
0,3 W bis 30 000 W
0,1 lm bis 80 000 lm
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Notwendige Größen
Radiometrisch (physikalisch):
Strahlstärke IeStrahlungsfluss e
Bestrahlungsstärke E e
Strahldichte L e
Aktinische Wirkungen
Wirkungen auf Material
Farbwiedergabe
Photometrisch (physiologisch):
Lichtstärke IvLichtstrom 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
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nm
Einheiten - Bausteine (rückgeführt)
W cd, lm
lx, cd/m²
(sr) mV A (W) K s
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Typische Ausstattung:
Goniophotometer – räumlich aufgelöste Information
Spiegelgoniophotometer
Hemisphärengoniophotometer
• Lichtverteilung (Fernfeld)
• Lichtstrom
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Typische Ausstattung:
Nahfeldgoniophotometer – Räumlich aufgelöste Information
• Lichtverteilung
• Strahlendaten
• Projizierte Leuchtdichteverteilung
• Lichtstrom
Nahfeldgoniophotometer
EULUMDAT - Datenfiles
Strahlendaten (Raydata – Files)
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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
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Typische Ausstattung:
Ulbrichtkugel – räumlich integrierte Information
• Lichtstrom
• Strahlungsfluss (UV VIS IR)
• Normfarbwertanteile
• Farbtemperatur
• Farbwiedergabe
• Photobiologische Bewertung
• Materialbeeinflussung
3m – Ulbrichtkugel
mit Spektroradiometersystem
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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)
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Kalibrierverfahren:
Lichtstrom mit der Ulbrichtkugel
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Kugelscanner – Ermittelung der räumlich aufgelösten Kugelantwort
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„SRDF“ – Spatial Response Distribution Function:
Zur Korrektur der realen Kugelantwort auf die ideale (theoretische) Kugel
( , )
2 2
0 0 0 02 2
0 0 0 0
( , ) ( , ) sin ( , ) ( , )sin
( , ) ( , )sin ( , ) sin
I
isotropideal real
ks
isotropreal ideal
I K d d I K d d
c
I K d d I K d d
relative Lichtstärkeverteilung d
( , ) ( , ) 1)
( , )
( , ) ( , )
isotrop isotrop
real
ideal ideal
I I const
K
K K const
er Lampe
isotrop strahlende Punktlichtquelle (
relative räumliche Antwort der Kugel
relative räumliche Antwort der idealen Kugel (
,
,
1)
, ,
2
0 0
4( , ) ( , )sin
Lampe rel
Kugelantwort rel
Lampe rel Kugelantwort relks
real
mit
c
I K d d
relativer Lichtstrom der Lampe in der idealen Kugel
relativer geometrischer "Lichtstrom" der U-
"4 "
Kugel mit idealem Kugelstrahler
relativer Lichtstrom des idealen Kugelstrahlers
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Modellgleichung: Lichtstrom mit der Ulbrichtkugel
(übersichtlich…)
,
,
1
Lichtstrom (für die bei der Messung geltenden allgemeinen
und elektrischen Parameter)
Lichtstrom des Normals
Korrekturfaktor
Normal
HLL
Fluor
mit
C
X photomHLL CCF SRF NANormal
K photom
iC C C
i
für die Selbstabsorption (Hilfslichtlampen-Verfahren)
Korrekturfaktor zur Berücksichtigung der spektralen Fehlanpassung
Korrekturfaktor für die räumliche Kugelantwort =
Berücksichtig
CCF
KSRF
X
NA
C
CksC
Cks
,
ung der Nahfeldabsorption
Berücksichtigung der Fluoreszenz des Kugelinnenanstrichs
Fluor
Fluor Fluor UV Lampe
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( , )
2 2
0 0 0 02 2
0 0 0 0
( , ) ( , ) sin ( , ) ( , )sin
( , ) ( , )sin ( , ) sin
I
isotropideal real
ks
isotropreal ideal
I K d d I K d d
c
I K d d I K d d
relative Lichtstärkeverteilung d
( , ) ( , ) 1)
( , )
( , ) ( , )
isotrop isotrop
real
ideal ideal
I I const
K
K K const
er Lampe
isotrop strahlende Punktlichtquelle (
relative räumliche Antwort der Kugel
relative räumliche Antwort der idealen Kugel (
,
,
1)
, ,
2
0 0
4( , ) ( , )sin
Lampe rel
Kugelantwort rel
Lampe rel Kugelantwort relks
real
mit
c
I K d d
relativer Lichtstrom der Lampe in der idealen Kugel
relativer geometrischer "Lichtstrom" der U-
"4 "
Kugel mit idealem Kugelstrahler
relativer Lichtstrom des idealen Kugelstrahlers
Modellgleichung: Lichtstrom mit der Ulbrichtkugel
(zwei Teilbereiche ausführlich….)
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MU Budget LED Modul
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Kalibrierschein LED-Modul
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Danke.