Grundlagen der Kalibrierung optischer und photometrischer Messgrößen Werner Jordan | 19.10.2016 | esz - Munich Calibration Day 2016 Light is OSRAM Grundlagen der Kalibrierung

Grundlagen der Kalibrierung

optischer und photometrischer Messgrößen

Werner Jordan | 19.10.2016 | esz - Munich Calibration Day 2016

Light is OSRAM

www.osram.com

Grundlagen der Kalibrierung optischer und photometrischer Messgrößen | CI ANM CLM | WJ

esz - Munich Calibration Day 2016 | 16/10/2016

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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 …..



3

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



4

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



5

nm

Einheiten - Bausteine (rückgeführt)

W cd, lm

lx, cd/m²

(sr) mV A (W) K s



6

Typische Ausstattung:

Goniophotometer – räumlich aufgelöste Information

Spiegelgoniophotometer

Hemisphärengoniophotometer

• Lichtverteilung (Fernfeld)

• Lichtstrom



7


Nahfeldgoniophotometer – Räumlich aufgelöste Information

• Lichtverteilung

• Strahlendaten

• Projizierte Leuchtdichteverteilung

• Lichtstrom

Nahfeldgoniophotometer

EULUMDAT - Datenfiles

Strahlendaten (Raydata – Files)



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Optische Messbahn – gerichtete Größen

• Beleuchtungsstärke

• Bestrahlungsstärke (UV VIS IR)

• Lichtstärke

• Strahlstärke (UV VIS IR)

• Leuchtdichte

• Strahldichte (UV VIS IR)

• Optische Strahlungssicherheit

• Photobiologische Wirkungen

• Materialbeeinflussung



9


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



12

Kugelscanner – Ermittelung der räumlich aufgelösten Kugelantwort



13

„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



15

( , )

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.

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