为什么Q-Lab老化试验箱需要特定的辐照度校准仪

韵鼎国际

2023/01/03 11:16

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介绍

QUV 和 Q-S UN 加速老化测试仪需要使用特殊的校准辐照度计。 CR 10 和 U C10 用于荧光灯 UV 灯， CR 20 和 U C20 用于氙灯。这些标准校准仪可以溯源到 NIST 确保传递给测试样品的辐照度等于用户测试方法中要求的辐照度。在本 Q-Tip 中，我们将介绍光谱失配的概念，以解释为什么我们的灯具必须用我们的辐射测量设备进行专门的校准。我们还将研究为什么在 340 nm 控制点的校准需要使用特定于滤波器的辐射计进行，而在 420 nm 的校准则不需要。

UV 光谱失配与校正

Q-Lab 的设备内置和校准辐照度传感器使用光电二极管工作，这是一种将吸收的光子转换为电流的半导体。这些光电二极管的灵敏度根据波长的不同而不同。

QUV 灯使用 UC10 校准的辐射计进行校准 (对于 Q-Tip 的其余部分，我们将只参考 UC 设备，除非 CR 设备的工作方式不同 )。它们有一个黑色的玻璃滤光片，允许 UV 通过，但不可见，除了光谱中红色区域约 700 纳米的波段。我们的荧光 UV 在这个特定的红色波段不产生能量，所以传感器不需要任何额外的过滤来确保到达光电二极管的唯一能量是在 UV 区域。虽然安装在 QUV 中的 UC10 传感器“ 看到 ”的能量都在大约 400 纳米以下，但它的电信号输出不能提供关于能量来自哪个波长的信息。换句话说，它无法区分，例如，来自 350 纳米光子的能量和来自 300 纳米光子的能量，尽管事实上， 350 纳米的辐照度比 300 纳米的等效辐照度产生了更高的光电二极管的电能输出。这就是为什么专门用 QUV 校准仪校准 UC10 至关重要的原因。光二极管所看到的辐照度的光谱曲线必须考虑到精确的测量。在 UC10 校准过程中，分光辐射计测量 UVA-34 0 灯的辐照度，具有精确测量单 nm 波长辐照度的能力。此时，我们“ 知道” 了 340 nm 的辐照度，所以我们“ 告诉” 了 UC10，同时测量了灯，以解读来自的电信号

传感器等同于分光辐射计测量。在数学上，UVA-340 灯的光谱曲线和 UC10 传感器的灵敏度曲线 (它本身是光电二极管灵敏度曲线和滤光玻璃透过率的函数)已经集成在一起。这就产生了一个从传感器电流输出到 340 nm 处实际辐照度的转换因子。

此转换因子仅适用于 UVA-340 灯。如果您测量任何其他 UV 光源，如阳光或 UVB-313 灯，您将应用一个不正确的转换因子。有人认为，在 UC1 屏幕上选择 UVA-340 或 UVB-313 灯(类似地，按 CR10 上的 A 或 B 按钮)，只是告诉辐射计分别测量 340nm 和 310 nm。这种说法只对了一部分。 UVB 的选择还考虑了 UVB-313 和 FS-40 光谱曲线，因此与 UVA-340 有完全不同的转换因子。如果你正在测量 UVA- 340 灯，但选择了 UVB-313 灯，你得到的 310 nm 值要比正确的测量值高得多，因为传感器信号和 310 nm 辐照度之间的转换因子假设 UVB 灯的光谱曲线非常不同。这就是所谓的光谱失配误差。例如，如果您错误地选择了 UC1 上的 UVB-313，但您的测试人员使用的是 UVA-340 灯，设备将读取 0.97 W/m2/nm，而正确的值实际上是 0.12 W/m2/nm 时的 310 nm 和 0.89 W/m2/nm 在 340 nm 处。

氙灯在 Q-SUN 老化箱中怎么样?

上述讨论也适用于 Q-SUN，但使用单一转换因子时的光谱失配误差比使用 QUV 时小。UC20/340 中的 340 nm 传感器使用了窄带滤波器，旨在最大限度地减少 340 nm 以外的辐照度。这种滤波器的阻挡特性已经切断了 320 nm 和 360 nm 附近的波长，因此包含这种滤波器大大降低了潜在的光谱错配误差，但并不能完全消除它。

如果氙弧灯的光谱功率分布(SPD)在你测量的区域是一条水平线，就不会有光谱失配误差，因为对于给定的传感器来说，转换因子总是相同的。此外，如果带通滤波器在被测量的波长周围足够精确，就不会有光谱错配误差，因为传感器的电输出只能来自感兴趣波长的光。如果只有 340 nm 的辐射能(± 0.5 nm)到达传感器，则信号与 340 nm 辐照度之间的转换因子将是恒定的，而与光源的 SPD 无关。

然而，在氙弧测试仪中，约 340 nm 的 SPD 有一个相对陡峭的斜率 (图 1，左 )。带通滤波器并不能精确地消除该波长以外的辐照度，这在用不同的光学滤光片测量辐照度时造成了光谱失配误差。大多数光学滤光片会在 340 nm 左右产生倾斜的光谱曲线，其差异足以导致给定转换因子的误差。

UC20/ 340 使用校准因子编程到智能传感器，以纠正这些光谱不匹配。 CR20/340 系统包括不同的型号，每种光学滤光片类型都有特定的转换因子。

图 1 所示。在 340 nm(左 )和 420 nm(右 )的控制点选择光学滤光片的 SPD。

Q-SUN 420 nm 传感器使用 420 nm 干涉滤波器。因为 420 nm 处的 SPD 对于每个滤光器都是相对水平的

(图 1，右)，我们有一个单一的转换因子 UC20/420 传感器，对所有这些传感器都是准确的。 Q-TIP REP

#38 将涵盖宽带总紫外线(TUV)辐射计。

结论

光谱不匹配是我们需要校准 QUV 和 Q-SUN 中的紫外控制点的原因，我们需要使用针对灯具和滤光片量身定制的特定辐射测量设备。在 UC10 中，我们校准了两种不同的设置(310 nm 和 340 nm)，以获得准确的测量值。UC20/340 有校准因子编程，以考虑不同光学滤光片光谱之间的差异。 UC20/420 适用于所有不使用校准因子的滤光片，因为在 420 nm 时滤光片之间的光谱差异最小。