قياس الأشعة فوق البنفسجية لأنظمة النقل والعمليات المستمرة

في أنظمة النقل، تتغيّر شدة الإشعاع الساقط على قطعة الشغل باستمرار أثناء مرورها. لذا فإن القراءة الساكنة تحت المصباح غالبًا ما تكون غير كافية لتقييم العملية. المهم هو شدة الإشعاع الساقط الذروية، والمنحنى الزمني، والجرعة الإشعاعية المتكاملة منه عند مستوى قطعة الشغل الفعلي.

تصف هذه الصفحة كيفية تسجيل هذه القيم أثناء سير العملية وما ينبغي مراعاته عند اختيار معدّات القياس. أما تعريف هذه القيم نفسها فيرد في صفحة القياس الصحيح للجرعة الإشعاعية وشدة الإشعاع الساقط للأشعة فوق البنفسجية.

يمرّ قطعة الشغل عبر منطقة التشعيع في زمن محدود. فهي تدخل حقل الإشعاع، وتصل إلى قيمتها القصوى تحت المصدر، ثم تخرج من الحقل مرة أخرى. والجرعة الإشعاعية المؤثرة على القطعة هي تكامل هذا المسار الزمني، لا حاصل ضرب القيمة القصوى في زمن المكوث. فقد يعطي خطّان لهما نفس شدة الإشعاع الساقط القصوى جرعتين مختلفتين بوضوح، تبعاً لهندسة العاكس وعدد المصابيح وسرعة السير.

علاوة على ذلك، يجب أن يمثّل موضع القياس مستوى القطعة. فالقياس المأخوذ بالقرب من أسفل المصباح مباشرة، أو على ارتفاع مختلف عن ارتفاع قطعة الشغل، يعطي قيماً لا يمكن تطبيقها على العملية.

يقوم جهاز المرور عبر النظام بتسجيل شدة الإشعاع الساقط بمرور الزمن ويستخلص منها ثلاث قيم:

• شدة الإشعاع الساقط الذروية – وهي القيمة القصوى للتشغيل. تحدّ من معدّل التفاعل القابل للتحقيق وتُعدّ مقياساً للحمل بالنسبة للركائز الحساسة للحرارة.
• المخطط الزمني – يكشف شكل المخطط وعرضه عن تأثير العواكس والمسافة بين المصابيح والتظليل. تُنتج المصابيح المتعددة عدّة قيم قصوى.
• الجرعة المتكاملة – وهي التكامل الزمني على مدى التشغيل بأكمله. تُوثَّق هذه القيمة عادةً لأغراض اعتماد العملية.

يجب أن يتوافق معدّل أخذ العيّنات للجهاز مع سرعة السير: ففي الخطوط السريعة ذات مناطق التشعيع القصيرة، قد يؤدي معدّل أخذ عيّنات بطيء جداً إلى تفويت القيمة القصوى والتقليل من تقدير الجرعة.

• الارتفاع الإجمالي. يجب أن يمرّ الجهاز عبر الفجوة المتاحة دون أن يؤدي ذلك إلى تغيير المسافة إلى المصدر.
• مقاومة درجة الحرارة. في الخطوط التي تستخدم مصابيح الزئبق يكون الحمل الحراري كبيراً؛ وتحدّ درجات الحرارة المسموح بها للهيكل والمستشعر من عدد مرات التمرير.
• المدى الطيفي. يجب أن يغطي المستشعر المدى ذا الصلة الفعلية بالعملية. في خطوط LED فوق البنفسجية يكون الطول الموجي الذروي هو الحاسم، أما في مصابيح الزئبق فالطيف الخطي هو الحاسم.
• معدّل أخذ العيّنات والذاكرة. يحدّد كلاهما مدى دقة تحليل المنحنى وعدد مرات التمرير التي يمكن تخزينها.
• التقييم والتوثيق. ما يهم لاعتماد العملية هو سجل بيانات قابل للإرجاع المترولوجي وقابل للتصدير، مع طابع زمني ومرجع معايرة.

• curelog وcurelog Base – مقاييس إشعاع وجرعات مسطحة للاستخدام العابر، بشكل مستقل أو متصلة بخط الإنتاج.
• tinyTracker – مسجّل جرعات مدمج لمناطق التشعيع الضيّقة.
• UVpad – جهاز محمول مسطح يقيس طيفياً، مخصص للخطوط ذات المصادر المتغيّرة.
• مستشعرات XT – مستشعرات لدرجات الحرارة المرتفعة في خطوط التصليد.
• المستشعرات المضمّنة – مراقبة دائمة التركيب عند موضع القياس المحدد.

يُحدَّد سلسلة المرجعية الخاصة بالإفراج عن العملية بشكل منفصل عن المراقبة المستمرة وتُعايَر بشكل قابل للإرجاع المترولوجي في مختبر المعايرة المعتمَد.

تتناول هذه الصفحة مسألة القياس نفسها. أما شكلها الخاص بكل قطاع فهو موصوف في صفحات التطبيقات: قياس الأشعة فوق البنفسجية في الطباعة الصناعية لعمليات الطباعة، والتصليد بالأشعة فوق البنفسجية والبلمرة الضوئية لتصميم العملية، والأتمتة وتكامل العمليات للربط مع أنظمة التحكّم والتوثيق.

كيف يتم التحكّم في الجرعة الإشعاعية للأشعة فوق البنفسجية في عملية مؤتمتة؟
في خطوتين. للاعتماد، يمر مُسجِّل الجرعة عبر النظام مع قطعة العمل وينتج شدة الإشعاع الساقط القصوى والمخطط الزمني والجرعة الإشعاعية المتكاملة؛ ويتم توثيق هذا التشغيل. بعد ذلك، يحافظ مستشعر مثبَّت بشكل دائم في موضع محدد على إمكانية تتبّع الحالة بين اعتمادين متتاليين. يجب أن يتوافق معدّل أخذ العيّنات مع سرعة الحزام: عند 120 m/min مع منطقة تشعيع مقاسها 25 mm، يلزم معدّل يبلغ نحو 1,600 Hz. أخذ العيّنات بمعدّل بطيء جداً يفوّت القيمة العظمى ويؤدي إلى تقدير الجرعة الإشعاعية بأقل من قيمتها الفعلية.

لماذا لا تكفي قراءة واحدة عند التوقّف؟
لأنها تصف فقط شدة الإشعاع الساقط في موضع واحد مع بقاء النظام ثابتاً. أما الكمية الفعلية للعملية فهي الجرعة الإشعاعية التي يتلقّاها عنصر سطحي أثناء عبوره؛ وهي تنشأ كتكامل زمني على مدى العبور بأكمله. تشكّل العواكس والمسافات بين المصابيح والتظليل شكل المخطط، وتُنتج عدة مصابيح عدة قيم عظمى. عند سرعة حزام تبلغ 20 m/min ومنطقة تشعيع مقاسها 100 mm، يستمر العبور نحو 0.3 s – وهو زمن أقصر من أن يمكن قراءته يدوياً.

د. مهندس مارك بارافيا هو المدير الإداري لشركة Opsytec Dr. Gröbel GmbH في إتلينغن ويرأس مختبر المعايرة المعتمد. وبعد أبحاثه حول تفريغات إكسيمر الزينون النبضية في معهد هندسة الإضاءة بجامعة KIT، يتركّز اهتمامه اليوم على قياس الإشعاع الضوئي. وهو نائب رئيس لجنة المعايير الألمانية DIN FNL 7 "الإشعاع الضوئي" وعضو في مجموعة مشروع DVGW المعنية بالتطهير بالأشعة فوق البنفسجية.