ISFH CalTeC - Sensoren

Prüfung von Spektralradiometern

Das ISFH CalTeC (Calibration and Test Center) ist von der Deutschen Akkreditierungsstelle (DAkkS) unter der Registriernummer D-PL-18657-01-00 für die Prüfung von Spektralradiometern bezüglich der korrekten Bestimmung der spektralen Bestrahlungsstärke und der Wellenlänge im Spektralbereich von 250 nm bis 1700 nm akkreditiert. Die DAkkS Akkreditierung bestätigt, dass das ISFH CalTeC alle Anforderung der DIN EN ISO/IEC 17025 an den Betrieb von Kalibrier-und Testlaboratorien erfüllt. Unsere Prüfprozedur basiert auf den Empfehlungen der Internationalen Beleuchtungskommission (CIE – Comission Internationale de l’Eclairage) veröffentlicht in The spectroradiometric measurement of light sources (CIE No 63 (1984)). Für die Prüfungen werden Strahlernormale verwendet, deren spektrale Bestrahlungsstärke auf Transferstandards rückgeführt ist, die bei dem nationalen Metrologieinstitut Deutschlands, der Physikalisch Technischen Bundesanstalt (PTB), kalibriert werden.

Die Messung der spektralen Bestrahlungsstärke erfordert ein Spektralradiometer. Dies ist ein Spektrometer, welches bezüglich Wellenlänge und spektraler Bestrahlungsstärke kalibriert ist. In der Regel werden Spektrometer ab Werk nur mit einer Wellenlängenkalibrierung ausgeliefert. Für diese Kalibrierung werden schmalbandige Emissionslinien bekannter Wellenlängen gemessen und die Werte dazwischen interpoliert. Das mit einem so kalibrierten Spektrometer gemessene Spektrum eines Strahlers bildet nicht die spektrale Bestrahlungsstärke des Strahlers ab, da alle optischen Komponenten entlang des Strahlengangs (wie z.B. Spiegel, Filter und Beugungsgitter) sowie der Detektor unterschiedlich auf verschiedene Teile des Spektrums reagieren und dadurch das Messergebnis beeinflussen. Um diesem Problem zu begegnen, benötigt man eine Übertragungsfunktion, welche die beliebige Intensitäts-Skala des Detektors in eine spektrale Bestrahlungsstärke-Skala überführt. Die Bestimmung der Übertragungsfunktion und die anschließende Prüfung des Spektralradiometers erfolgt in drei Schritten.

Im ersten Schritt messen wir die bekannte spektrale Bestrahlungsstärke eines 250 W Strahlernormals in einem Abstand von 300 mm in digitalen Einheiten (counts) des Detektors. Die Bestrahlungsstärke der verwendeten Wolfram-Halogenlampen ist für Wellenlängen zwischen 300 nm und 2500 nm bekannt.

Im zweiten Schritt berechnen wir die Übertragungsfunktion aus dem Vergleich des Soll-Spektrums des Strahlernormals und dem im ersten Schritt gemessenen Ist-Spektrum. Die Transferfunktion ermöglicht die Umrechnung des Detektorsignals (in Einheiten von „counts“) in spektrale Bestrahlungsstärke (in Einheiten von W/(m2 nm)).

Im dritten Schritt wiederholen wir Schritt 1 und prüfen die korrekte Bestimmung der spektralen Bestrahlungsstärke eines Strahlernormals. Das Ergebnis dieser Prüfung wird in einem DAkkS-Prüfzertifikat dokumentiert.

Publikationen

Calibrating spectrometers for measurements of the spectral irradiance caused by solar radiation
Paper: Metrologia 57 (6), 065027, (2020) – open access
Source code:
Monte carlo uncertainty analysis for spectral irradiance measurements (Version 2020-08; License CC BY 4.0)

Implementation and uncertainty evaluation of spectral stray light correction by Zong’s method
Applied Optics 58 (36), 9998, (2019) – open access

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