مقياس الإشعاع الطيفي أم مقياس الإشعاع واسع النطاق – كيف يتم الاختيار

تتوفّر عائلتان من الأجهزة لقياس الأشعة فوق البنفسجية، ويتوقّف الاختيار على سؤال واحد: هل تكفي قراءة تكاملية، أم أنّ الطيف نفسه مطلوب؟

مقاييس الإشعاع واسعة النطاق تُكامِل الإشعاع داخل استجابة طيفية مدمجة وتُخرج قراءة واحدة. أمّا مقاييس الإشعاع الطيفي فتُشتّت الإشعاع وتقيس كل طول موجي على حدة؛ ومن ذلك تُحسَب كل قيمة تكاملية أو موزونة بدالة تأثير. تضع هذه الصفحة التصميمين جنباً إلى جنب معياراً بمعيار، وتنتقل من مهمة القياس إلى فئة الجهاز المناسبة.

يُعطي مقياس الإشعاع (راديومتر) عريض النطاق شدة الإشعاع الساقط داخل نطاق طيفي ثابت، وبالتكامل الزمني يُعطي الجرعة الإشعاعية للأشعة فوق البنفسجية. والعامل الحاكم للقراءة هو الاستجابية الطيفية لمستشعره: فهي التي تحدّد أيّ جزء من الإشعاع يدخل في القياس من الأساس.

أمّا مقياس الإشعاع الطيفي (سبكتروراديومتر) فيُشتّت الإشعاع ويقيس كل طول موجي على حدة. ومن ذلك تُحسب كل قيمة تكاملية أو موزونة بدالة تأثير – ولأن الطيف متاح، يمكن تطبيق أي دالة ترجيح لاحقاً.

وكيفية تفاعل الناشر والمرشِّح والديود الضوئي والمعايرة، وموضع نشوء عدم يقين القياس، مشروحة ضمن التصميم ومصادر الخطأ في مستشعرات الأشعة فوق البنفسجية.

الجدول ليس ترتيباً تفاضلياً بل هو متماثل: فحيثما يكون لأحد التصميمين مصدر خطئه الرئيسي، يكون الآخر غير ملحوظ بحكم تصميمه. فمقياس الإشعاع (راديومتر) عريض النطاق يعاني من عدم التطابق الطيفي – إذ تتم معايرته على طيف واحد فيسيء تقدير أي طيف آخر. أما مقياس الإشعاع الطيفي (سبكتروراديومتر) فيعاني من الضوء الشارد – حيث تظهر أجزاء من أطوال موجية قوية في مواضع لا تنتمي إليها، وهو أمر بالغ الحرج في نطاق UV-C.

ولهذا السبب تحديداً نادراً ما يمكن اتخاذ القرار من ورقة البيانات وحدها: فهو ينبع من مهمة القياس، وقبل كل شيء مما إذا كان طيف المصدر معروفاً وثابتاً. وكيفية نشوء كلا التأثيرين داخل الجهاز ومدى اتساعهما المحتمل موضّحة ضمن عدم التطابق الطيفي والضوء الشارد بالتفصيل.

يكون مقياس الإشعاع (راديومتر) عريض النطاق هو الخيار الصحيح عندما:

• يكون نوع المصباح معروفاً وثابتاً
• يكون القياس مستمراً أو مصاحباً للعملية
• يُشترط نطاق ديناميكي واسع أو أزمنة استجابة قصيرة
• يكون المستشعر معرّضاً لظروف بيئية قاسية
• يتعيّن تجهيز عدّة نقاط قياس

إنّ الجهد الأكبر الذي يتطلّبه القياس الطيفي يكون مجدياً كلّما أصبح المصدر نفسه هو المجهول.

يكون مقياس الإشعاع الطيفي (سبكتروراديومتر) هو الخيار الصحيح في الحالات التالية:

• عندما يتغيّر نوع المصباح أو يكون غير معروف
• عندما يتعيّن تقييم أطياف الفعل – على سبيل المثال وفقاً للمواصفة DIN EN 62471 أو من أجل التطهير بالأشعة فوق البنفسجية
• عندما يتعيّن تتبّع تقادم المصباح طيفياً
• عندما يتعيّن معايرة مقاييس الإشعاع (الراديومترات) أو التحقّق منها
• عندما يتعيّن توثيق إثباتات طيفية

في كثير من التركيبات يمثّل الجمع بينهما الحل الأفضل: يتولّى مقياس الإشعاع الطيفي (سبكتروراديومتر) التحقق الدوري وتوصيف طيف المصباح، بينما تتكفّل مقاييس الإشعاع (راديومتر) عريضة النطاق بالمراقبة المستمرة للعملية. وبهذا يقترن الدليل الطيفي بمتانة قياس الإشعاع بالمرشّحات واقتصاديته.

بعد تحديد فئة الجهاز، تؤدي فئة المنتج المقابلة إلى الجهاز المطلوب: أجهزة قياس الأشعة فوق البنفسجية ومقاييس الإشعاع لقياس شدة الإشعاع الساقط والجرعة الإشعاعية فوق البنفسجية في نطاقات طيفية ثابتة، ومقاييس الإشعاع الطيفي للأشعة فوق البنفسجية والمطيافات الضوئية للقياسات محلولة الطول الموجي.

ما الفرق بين مقياس الإشعاع (راديومتر) عريض النطاق ومقياس الإشعاع الطيفي (سبكتروراديومتر)؟
يعطي مقياس الإشعاع عريض النطاق قراءة واحدة لنطاق طيفي ثابت، مرجّحة باستجابة مستشعره الطيفية. أمّا مقياس الإشعاع الطيفي فيقيس الإشعاع مُحلَّلاً بحسب الطول الموجي، ويستخرج من ذلك أي قيمة تكاملية أو قيمة مرجّحة بدالة تأثير مطلوبة.

أيّ الجهازين أدقّ في القياس؟
لا أحدهما من حيث المبدأ. فلكلٍّ منهما مصدر خطأ واحد مهيمن، وهما متكاملان: عدم التطابق الطيفي في حالة مقياس الإشعاع عريض النطاق، والضوء الشارد في حالة مقياس الإشعاع الطيفي. وإذا كان المصدر معروفاً وثابتاً، فإنّ مقياس إشعاع عريض النطاق مُعايَراً بصورة ملائمة يقدّم ارتياباً أصغر في القياس.

هل يمكن لمقياس الإشعاع الطيفي أن يحلّ محلّ مقياس الإشعاع عريض النطاق تماماً؟
تقنياً نعم، أمّا اقتصادياً وتشغيلياً فغالباً لا. فالمدى الديناميكي وزمن الاستجابة والمتانة والتكلفة كلّها ترجّح كفّة مقياس الإشعاع عريض النطاق في المراقبة المستمرة للعملية. والترتيب الشائع يجمع بين تحقّق طيفي دوري وقياس مستمر عريض النطاق.

كيف يمكننا معرفة أنّ مقياس الإشعاع عريض النطاق لدينا يُقدِّر المصدر تقديراً خاطئاً؟
بمقارنته مع قياس طيفي للمصدر نفسه في الموضع نفسه. فإذا انحرفت القراءة التكاملية انحرافاً منهجياً، فالسبب هو عدم التطابق الطيفي – أي أنّ الجهاز مُعايَر على طيف مختلف عن الطيف الذي يقيسه.