TFUV10

Besonderheiten bei der Vermessung von UV-C LEDs

Ultraviolette optische Strahlung (UV-Strahlung) wird in vielfältigen Aufgaben eingesetzt. Mit ihr lassen sich die physikalischen Eigenschaften von Materialien verändern - Strahlenhärtung - oder Hautkrankheiten wie Schuppenflechte behandeln. Wasser, Luft und feste Oberflächen werden mit UV-Strahlung desinfiziert. Mit UV-Strahlung lassen sich verschiedenste Gase und Biomoleküle nachweisen. Bei den künstlichen Strahlungsquellen zur Erzeugung ultravioletter Strahlung entwickeln sich UV-Leuchtdioden zunehmend zu einer ernst zu nehmenden Alternative zu den bis dato dominierenden Quecksilberdampflampen. Zwar ist die Technologie der UV-LEDs noch relativ jung, sie entwickelt sich jedoch mit hoher Dynamik, insbesondere hin zu kurzwelligen LEDs im UV-B und UV-C Spektralbereich. Das klassische Messgerät für die Vermessung von UV-LEDs sind Spektralradiometer mit Ulbricht’scher Kugel zur Messung der gesamten, divergent emittierten Strahlungsleistung.

Bei der Konzipierung von Ulbrichtkugel Spektralradiometer für UV-LEDs muss die Besonderheit der quasi monochromatischen LED-Strahlung berücksichtigt werden. Diese bewirkt, dass durch die LEDs erzeugt Fluoreszenzstrahlung zu signifikanten Messfehler führen kann, die sich nicht mit üblichen Korrekturmethoden kompensieren lassen. Untersuchungen im Messlabor der Gigahertz-Optik haben bestätigt, dass Bariumsulfatbeschichtungen und synthetische Beschichtungen für Ulbrichtsche Kugeln bei Bestrahlung mit UV-C LEDs < 250 nm fluoreszieren. Diese Fluoreszenz wird durch organische Moleküle verursacht, die sich mit zunehmender Zeit auf der Beschichtung ablagern. Bei Stimulation dieser Moleküle mit UV-LED Strahlung <= 230 nm kann die Strahlungsleistung durch Fluoreszenz die gleiche Größenordnung erreichen, die durch UV-Strahlung der LED selbst verursacht wird. Die Fluoreszenzeffekte lassen sich durch eine Vorbehandlung der Ulbrichtkugelbeschichtung mit intensiver UV-Strahlung auf Werte unterhalb der messtechnischen Nachweisgrenze reduzieren. Allerdings hat diese Maßnahme keinen dauerhaften Bestand.

Siehe auch unser Fachartikel Fluorescence-free radiant flux measurement of UV LEDs.

ODM oder Bariumsulfat? Sie haben die Wahl, wir bieten beides an!

Weitere Untersuchungen haben zudem ergeben, dass Bariumsulfatbeschichtungen weniger fluoreszieren als synthetische Beschichtungen. Zudem hält die Fluoreszenzminderung bei den Bariumsulfatbeschichtungen länger an (siehe Fachartikel). Aus diesem Grund empfiehlt sich entgegen den bisherigen Richtlinien Bariumsulfat als Beschichtungsmaterial wenn es um möglichst geringe Fluoreszent geht. Wegen der besonders niedrigen Dosis an Bindemitteln unserer speziellen der ODP97 Bariumsulfatbeschichtung der Gigahertz-Optik ist auch die Thematik der Langzeitstabilität bei dauerhafter UV-Bestrahlung weniger kritisch als oftmals gedacht, da Bariumsulfat selbst UV-stabil ist. Jedoch zeigen synthetische Beschichtungen trotzdem stabilere spektrale Reflexionseigenschaften unter gerade tiefer UV Bestrahlung. Somit hängt die Wahl der Beschichtung auch von der Anwendung ab. Liegt der Fokus in der Stabilität wäre ODM zu bevorzugen, liegt der Fokus in keiner Fluoreszenz wäre es Bariumsulfat. Es ist jedoch zu erwähen, dass speziell das TFUV10 Messsystem durch die mitgelieferte Alterungslampe in der Lage ist auch bei ODM die Fluoreszenz vor Ort durch den Anwender zu reduzieren und somit ein sehr gutes universelles Messsystem zu erhalten.

Mit dem TFUV10-V01 bietet Gigahertz-Optik ein UV-Spektralradiometer zur Messung der absoluten Strahlungsleistung von UV-A, UV-B und UV-C LEDs im Spektralbereich von 200 nm bis 550 nm. Das Messgerät bietet sämtliche für diesen Einsatzzweck erforderlichen Eigenschaften und Funktionen.

Ulbricht‘sche Kugel zur Messung des Strahlungsflusses

Zur Erfassung der gesamten emittierten LED Strahlung ist die Messöffnung des Spektralradiometers als Ulbricht‘sche Kugel mit 100 mm Durchmesser ausgeführt. Die Messöffnung hat einen Durchmesser von 25,4 mm. Der stabile Portrahmen ermöglicht die Befestigung von LED Halterungen oder des optional verfügbaren 2Pi Kalibrierstandards. Dieser ermöglicht die Re-Kalibrierung durch den Anwender. Mit der Hilfslampe lassen sich Einflüsse durch Selbstabsorption der Prüflinge auf das Messergebnis kompensieren. Die Kugelbeschichtung ist mit UV-Strahlung vorgealtert. Diese Maßnahme erhöht die Langzeitstabilität der Bariumsulfatbeschichtung oder ODM Beschichtung (beide Versionen erhältlich) für UV-Strahlung und reduziert Fluoreszenz unter die Nachweisgrenze des Messgerätes. Zur dauerhaften Unterdrückung der Fluoreszenz ist zusätzlich eine UV-Lampe vorhanden, die wirkungsvoll und dauerhaft die Anregung der Fluoreszenz durch UV-C Strahlung < 250 nm unterdrückt. Des Weiteren sind Anschlüsse für einen möglichen Luftfluss vorhanden um mögliches in der Kugel entstehendes Ozone(durch sehr tiefe UV Strahlung) zu reduzieren. Ozon würde zu einer charaktersitischen spektralen Absorption führen.

Hochauflösendes Spektralradiometer

Das BTS2048-UV-2-F ist Teil der BTS2048 Serie, die sich in unterschiedlichsten Applikationen bewährt hat. Dazu gehören der Einsatz im Hochgeschwindigkeits-LED-Binning in der LED Massenproduktion genauso wie die Messung der Sonnenstrahlung im Außeneinsatz. Beides sind Beispiele, die höchste Präzision im Dauereinsatz erfordern. Das direkt ohne Lichtleiter an der Ulbricht‘schen Kugel befestigte Spektralradiometer bietet einen spektralen Messbereich von 200 nm bis 550 nm. Die spektrale Auflösung beträgt 1 nm. Ferngesteuert umschaltbare optische Filter vergrößern den Dynamikbereich. Die Pixel des temperaturstabilisierten Photodiodenarrays lassen sich synchronisiert zu Null setzen. Damit bietet sich die Möglichkeit Einzelpulse in einer Pulskette zu vermessen.

Streulicht und Dunkelsignal

Streulicht und Dunkelsignal haben bei UV-Spektralradiometern mit CCD bzw. CMOS Diodenarray-Sensoren einen signifikanten Einfluss auf das Messergebnis.

• Streulicht erzeugt Messsignale von Pixeln, die nicht durch Nutzlicht bestrahlt werden. Die monochromatische Freistellung der LED Strahlung wird dadurch eingeschränkt. Die BTS2048-UV-2-F Spektralradiometer bieten eine innovative Streulichtunterdrückung durch integrierte Lichtfallen und optische Filter.
• Der Einfluss des Dunkelsignals ergibt sich aus unterschiedlichen Betriebstemperaturen des Messgerätes und voneinander abweichende Integrationszeiten für unterschiedliche Bestrahlungsstärken. Mit der Dunkelblende der BTS2048-UV-2-F Spektralradiometer kann das Dunkelsignal gemessen und anschließend zur Korrektur der Messwerte genutzt werden.

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Datenlogger

Das BTS2048-UV-2-F unterstützt durch seine hohe Empfindlichkeit, seine leistungsfähige Elektronik und die schnellen Schnittstellen (USB 2.0 und Ethernet) eine hohe Taktrate der Messdaten und bietet sich dadurch auch als Datenlogger zur Aufzeichnung von zeitlichen Signalveränderungen an.

Komplettpaket

Das TFUV10-V01 ist für seinen vorgesehenen Einsatz komplett ausgestattet. Die Einstellung der Messparameter und Auswertung der Messdaten werden durch die im Lieferpaket enthaltene Software wirkungsvoll unterstützt. Diese erlaubt z. B. auch die Nutzung der Hilfslampe. Das gilt auch für Re-Kalibrierungen durch den Anwender, wenn dieser die optional bei Gigahertz-Optik erhältlichen Kalibrierlampen einsetzt.

Werk-Kalibrierung und ISO/IEC/EN 17025 Prüfungen

Das Messlabor der Gigahertz-Optik bietet für das TFUV10-V01 Werkkalibrierungen auf allerhöchstem Niveau in Bezug auf Rückführbarkeit und Durchführung der Kalibrierungen. Der Garant dafür ist, dass Werkkalibrierungen dem gleichen Qualitätsmanagement unterliegen, das im DAkkS akkreditierten Prüflabor der Gigahertz-Optik zur Anwendung kommt. Gegen Aufpreis können DAkkS akkreditierte ISO/IEC/EN 17025 Prüfscheine für die Messgeräte ausgestellt werden.