वर्णक्रमीय मिसमैच की गणना कैसे की जाती है?

मिसमैच फैक्टर F के माध्यम से। यह यह दर्शाता है कि आदर्श प्रतिक्रिया फलन मापे गए स्रोत पर क्या मान देगा, इसकी तुलना वास्तविक सेंसर द्वारा वहाँ दर्शाए गए मान से करता है – प्रत्येक को अंशांकन स्रोत के सापेक्ष प्रसामान्यीकृत किया जाता है:F = [∫E_meas(λ)·s_ideal(λ)dλ / ∫E_meas(λ)·s_real(λ)dλ] · [∫E_cal(λ)·s_real(λ)dλ / ∫E_cal(λ)·s_ideal(λ)dλ]इसके लिए चार राशियों की आवश्यकता होती है: अंशांकन स्रोत और मापे गए स्रोत की वर्णक्रमीय विकिरण तीव्रता, तथा सेंसर की वास्तविक और आदर्श वर्णक्रमीय प्रतिक्रिया। रीडिंग को F से गुणा किया जाता है। क्योंकि यह विचलन व्यवस्थित और पुनरुत्पादनीय होता है, इसे अंशांकन प्रमाणपत्र में एक निश्चित संशोधन गुणांक के रूप में दर्शाया जा सकता है या रेडियोमीटर में अंशांकन रेंज के रूप में संग्रहीत किया जा सकता है।

वर्णक्रमीय मिसमैच को कैसे संशोधित किया जा सकता है?

तीन तरीकों से। पहला, स्रोत-विशिष्ट अंशांकन के माध्यम से: सेंसर को उस लैंप या LED के सापेक्ष अंशांकित किया जाता है जिसका वास्तव में उपयोग किया जाना है। दूसरा, गणनात्मक रूप से – आधुनिक रेडियोमीटर सेंसर में अंशांकन गुणांक संग्रहीत करते हैं और उपकरण पर उपयुक्त रेंज चुनी जाती है; पुराने या तृतीय-पक्ष सिस्टम के लिए एक संशोधन गुणांक निर्धारित किया जा सकता है और उसे अंशांकन प्रमाणपत्र में दर्शाया जा सकता है। तीसरा, स्पेक्ट्रोरेडियोमीटर के साथ, जो पूरे स्पेक्ट्रम को दर्ज करता है और इसलिए सैद्धांतिक रूप से वर्णक्रमीय मिसमैच से मुक्त होता है। जब मापा जाने वाला स्रोत एक ही हो, तो संशोधन बहुत अच्छी तरह कार्य करता है; जब कई भिन्न स्रोत हों, तो स्पेक्ट्रोरेडियोमीटर ही सुरक्षित मार्ग है।

253.7 nm पर अंशांकन वर्णक्रमीय प्रतिक्रिया के बारे में कुछ क्यों नहीं बताता?

क्योंकि यह केवल एक ही प्रचालन बिंदु स्थापित करता है। विसंक्रमण में, अंशांकन स्रोत के रूप में अक्सर एक मरकरी लो-प्रेशर लैंप का उपयोग किया जाता है, और अंशांकन को लगभग 200 से 280 nm तक या 240 से 290 nm तक की वर्णक्रमीय रेंज के सापेक्ष संदर्भित किया जाता है। व्यवहार में इसमें से लगभग केवल 253.7 nm रेखा का ही उपयोग किया जाता है। परिणाम केवल उस विशेष स्थिति के लिए एक अंशांकन मान होता है – यह डिटेक्टर की वर्णक्रमीय प्रतिक्रिया के आकार के बारे में कुछ नहीं बताता, और यह उसी वर्णक्रमीय रेंज के अन्य स्रोतों पर भी लागू नहीं होता। इसलिए CIE 220:2016 यह सिफारिश करता है कि अंशांकन स्रोत को अनुप्रयोग स्रोत के साथ जितना संभव हो सके उतना निकटता से मेल कराया जाए।

यूवी सेंसर के लिए वर्णक्रमीय बेमेल

Q: व्यवहार में त्रुटि कितनी बड़ी होती है?

यह इस पर निर्भर करता है कि अंशांकन स्रोत और मापा गया स्रोत वर्णक्रमीय रूप से एक-दूसरे से कितने भिन्न हैं। एक ही सेंसर की प्रतिक्रिया वक्र के भीतर यह अक्सर कुछ प्रतिशत ही होता है: जिस सेंसर की सापेक्ष प्रतिक्रिया 400 nm पर 1.0 और 425 nm पर 0.9 है, उसके लिए 425 nm वाली LED की रीडिंग लगभग 10 % कम आती है। हालाँकि, यदि किसी ब्रॉडबैंड लैंप से अंशांकित सेंसर का उपयोग नैरोबैंड यूवी LED पर किया जाता है, तो रीडिंग वास्तविक भारित मान से कई दहाई प्रतिशत तक भिन्न हो सकती है। यह विचलन पुनरुत्पादनीय होता है और इसलिए व्यवस्थित है – इसे संशोधित किया जा सकता है, परंतु दोहराए गए मापनों से इसे औसत करके समाप्त नहीं किया जा सकता।

वर्णक्रमीय बेमेल यूवी सेंसर की वास्तविक वर्णक्रमीय अनुक्रियाशीलता और आदर्श, आयताकार भारण फलन के बीच का अंतर है। यह हर फ़िल्टर युक्त सेंसर में होता है, क्योंकि प्रकाशीय फिल्टरों में आदर्श स्टॉप और पास बैंड नहीं होते। परिणामस्वरूप, किसी एक विशेष लैंप के लिए अंशांकित सेंसर, भिन्न स्पेक्ट्रम वाले स्रोत पर व्यवस्थित रूप से भिन्न रीडिंग दिखाएगा।

इल्युमिनेंस मीटरों के विपरीत, यूवी सेंसर विभिन्न स्पेक्ट्रा और विभिन्न वर्णक्रमीय परास के लिए डिज़ाइन किए जाते हैं। यह सुनिश्चित करने के लिए कि किसी यूवी सेंसर में वांछित वर्णक्रमीय संवेदनशीलता हो, वर्णक्रमीय संवेदनशीलता को समायोजित करने हेतु निर्माता-विशिष्ट प्रकाशीय फिल्टरों का उपयोग किया जाता है।

निम्नलिखित छवि यूवी सेंसर या रेडियोमीटर की संरचना को दर्शाती है, जिसका उपयोग सामान्यतः पराबैंगनी विकिरण मापने के लिए किया जाता है। सेंसर में कई प्रकाशीय फिल्टर और एक फोटोडायोड होते हैं। अन्य विद्युत घटक, प्रवर्धन और एनालॉग-से-डिजिटल रूपांतरण यहाँ नहीं दिखाए गए हैं।

यूवी सेंसर और ब्रॉडबैंड विकिरणमापी की योजनाबद्ध संरचना

आदर्श रूप से, संवेदनशीलता वक्र एक स्थिर, आयताकार भारण फलन के अनुरूप होता है। व्यवहार में, हालांकि, विचलन उत्पन्न होते हैं - तथाकथित वर्णक्रमीय बेमेल। यह सेंसर की वास्तविक संवेदनशीलता और आदर्श भारण फलन के बीच के अंतर का वर्णन करता है।

इसके कारण सभी फ़िल्टर्ड यूवी सेंसर के लिए विशिष्ट हैं, क्योंकि उपयोग किए जाने वाले प्रकाशिक फ़िल्टरों में आदर्श कट-ऑफ और पास रेंज या "अनंत रूप से" तीव्र फ़िल्टर किनारे नहीं होते हैं। फोटोडायोड भी एक विशिष्ट वर्णक्रमीय संवेदनशीलता प्रदर्शित करते हैं।

यूवी सेंसरों की वर्णक्रमीय असंगति (स्पेक्ट्रल मिसमैच) की तुलना

वर्णक्रमीय संवेदनशीलता का प्रभाव

वर्णक्रमीय संवेदनशीलता प्रत्येक यूवी सेंसर की एक विशिष्ट युक्ति गुणधर्म है। जहाँ एक ही प्रकार के सेंसर समान विशेषताएँ दर्शाते हैं, वहीं निर्माता, प्रकार और वर्णक्रमीय परिसर के आधार पर विभिन्न सेंसर काफी भिन्न होते हैं।
यूवी सेंसर का मापित मान प्रकाश स्रोत के उत्सर्जन स्पेक्ट्रम पर काफी हद तक निर्भर करता है। किसी विशिष्ट स्रोत (जैसे मरकरी वेपर लैंप या यूवी LED) के लिए अंशांकित सेंसर किसी भिन्न स्रोत के साथ महत्वपूर्ण विचलन दिखा सकता है।

वर्णक्रमीय बेमेल का परिणाम एक स्रोत-निर्भर मापन अनिश्चितता है। उदाहरण के लिए, यदि किसी सेंसर को व्यापक-बैंड लैंप से अंशांकित किया जाता है परंतु संकीर्ण-बैंड यूवी LED के साथ उपयोग किया जाता है, तो प्रदर्शित मान वास्तविक प्रभावी मान से कई दहाई प्रतिशत तक भिन्न हो सकता है। ये विचलन पुनरुत्पादनीय होते हैं और इसलिए प्रकृति में व्यवस्थित होते हैं।

वर्णक्रमीय बेमेल का उदाहरण

एक यूवी सेंसर का वास्तविक भारण फलन (धूसर) होता है, जबकि आदर्श वक्र (काला) एक समरूप अनुक्रिया को दर्शाता है।

400 nm LED के लिए, सापेक्ष संवेदनशीलता 1.0 है।
425 nm LED के लिए, सापेक्ष संवेदनशीलता घटकर 0.9 रह जाती है।

इसलिए प्रदर्शित मान लगभग 10 % छोटा होता है। RMD विकिरणमापी जैसे आधुनिक मापन उपकरण इस प्रभाव की आंतरिक रूप से भरपाई करते हैं, बशर्ते संबंधित लैंप प्रकार (जैसे 400 nm या 425 nm) सही ढंग से चुना गया हो।

एलईडी मापन में यूवी सेंसर के वर्णक्रमीय बेमेल (स्पेक्ट्रल मिसमैच) के प्रभाव

वर्णक्रमीय मिसमैच को कम करने की विधियाँ

1. स्रोत-निर्भर अंशांकन
Opsytec में, यूवी सेंसर को विशिष्ट अनुप्रयोग में उपयोग किए जाने वाले वास्तविक लैंप या LED के अनुसार अंशांकित किया जाता है। इस उद्देश्य के लिए प्रयोगशाला में अनेक औद्योगिक यूवी स्रोत उपलब्ध हैं, ताकि अंशांकन को वांछित वर्णक्रमीय परास के अनुरूप सटीक रूप से समायोजित किया जा सके।

2. गणितीय सुधार
आधुनिक विकिरणमापियों (रेडियोमीटर) के साथ, अंशांकन गुणांक को सीधे सेंसर में सहेजा जा सकता है। उपयुक्त अंशांकन परास - उदाहरण के लिए UVA LED के लिए 365 nm या नीली LED के लिए 450 nm - को मापन उपकरण पर बस चुन लिया जाता है। पुराने या बाहरी सिस्टम के लिए, Opsytec एक सुधार गुणांक निर्धारित कर सकता है, जिसे अंशांकन प्रमाणपत्र में निर्दिष्ट किया जाता है।

3. स्पेक्ट्रोरेडियोमीटर का उपयोग
स्पेक्ट्रोरेडियोमीटर पूर्ण स्पेक्ट्रम को कैप्चर करते हैं; फिल्टर वक्रों के कारण होने वाला मिसमैच समाप्त हो जाता है, जबकि स्ट्रे लाइट और तरंगदैर्घ्य अंशांकन अनिश्चितता के स्रोत बने रहते हैं। तरंगदैर्घ्य-विशिष्ट अंशांकन का अर्थ है कि किसी भी विचलन को गणना द्वारा सुधारा जाता है। UVpad और UVpad E मॉडल विशेष रूप से मोबाइल उपयोग के लिए उपयुक्त हैं।

सटीक यूवी मापन के लिए महत्व

इसलिए मिसमैच का ज्ञान और सुधार विश्वसनीय यूवी मापन के लिए एक पूर्वापेक्षा है, विशेष रूप से यूवी LED सिस्टम जैसे संकीर्ण-बैंड या वर्णक्रमीय रूप से परिवर्तनशील स्रोतों वाले अनुप्रयोगों में। अनुरोध पर, Opsytec वास्तव में उपयोग किए गए स्रोत के विरुद्ध अंशांकन करता है।

यदि केवल एक यूवी लैंप को मापना है, तो वर्णक्रमीय मिसमैच को बहुत अच्छी तरह से सुधारा जा सकता है; लैंप या अनुप्रयोग को निर्दिष्ट करना पर्याप्त है।

उदाहरण के लिए, विसंक्रमण में उपयोग किए जाने वाले डिटेक्टरों के लिए अक्सर एक निम्न-दाब पारा लैंप को अंशांकन स्रोत के रूप में उपयोग किया जाता है। अंशांकन, उदाहरण के लिए, 200–280 nm या 240–290 nm के वर्णक्रमीय परास में किया जाता है।

हालाँकि यह प्रभावी स्पेक्ट्रम तरंगदैर्घ्यों की एक विस्तृत परास को कवर करता है, व्यवहार में सामान्यतः इस एकल वर्णक्रमीय रेखा के लिए यूवी विकिरणमापी की संवेदनशीलता निर्धारित करने हेतु केवल पारा लैंप की 253.7 nm रेखा का ही उपयोग किया जाता है।

इस अंशांकन का परिणाम इस प्रकार एक विशिष्ट प्रचालन स्थिति के लिए एक अंशांकन मान प्रदान करता है, लेकिन डिटेक्टर की वर्णक्रमीय संवेदनशीलता के बारे में जानकारी प्रदान किए बिना।

यदि आप कई अलग-अलग यूवी लैंप और यूवी LED को मापना चाहते हैं, तो हम एक स्पेक्ट्रोरेडियोमीटर की सलाह देते हैं।

रुचि रखने वाले पाठकों के लिए:

अंशांकन मानक और मानदंड

वर्णक्रमीय मिसमैच का वर्णन अंतरराष्ट्रीय मानकों में किया गया है, विशेष रूप से CIE 220:2016 - यूवी विकिरणमापियों की विशेषता निर्धारण एवं अंशांकन विधियाँ में।
अनुशंसा यह है कि अंशांकन स्रोत को अनुप्रयोग के वास्तविक प्रकाश स्रोत के जितना संभव हो उतना निकट मिलाया जाए।

कई यूवी लैंप या यूवी LED वाले अनुप्रयोगों के लिए, Opsytec उत्सर्जन स्पेक्ट्रम को पूर्ण रूप से कैप्चर और मूल्यांकित करने हेतु एक स्पेक्ट्रोरेडियोमीटर के उपयोग की सलाह देता है।

उत्पादन लाइन में निरंतर निगरानी के लिए इसका क्या अर्थ है – प्रतिचयन दर, सेंसर बैंड और इंटरफेस – इसे अनुप्रयोग पृष्ठ स्वचालन और प्रक्रिया एकीकरण के लिए यूवी प्रौद्योगिकी पर शामिल किया गया है।

यूवी सेंसरों के वर्णक्रमीय अनुक्रिया फलनों की तुलना

वर्णक्रमीय बेमेल पर अक्सर पूछे जाने वाले प्रश्न

वर्णक्रमीय बेमेल की गणना कैसे की जाती है?
बेमेल गुणांक F के माध्यम से। यह यह दर्शाता है कि आदर्श अनुक्रिया फलन मापी गई स्रोत पर क्या मान देगा, इसकी तुलना वहाँ वास्तविक सेंसर द्वारा दर्शाए गए मान से करता है – प्रत्येक को अंशांकन स्रोत के अनुसार सामान्यीकृत करते हुए:
F = [∫E_meas(λ)·s_ideal(λ)dλ / ∫E_meas(λ)·s_real(λ)dλ] · [∫E_cal(λ)·s_real(λ)dλ / ∫E_cal(λ)·s_ideal(λ)dλ]
इसके लिए चार राशियों की आवश्यकता होती है: अंशांकन स्रोत और मापी गई स्रोत की वर्णक्रमीय विकिरण तीव्रता, तथा सेंसर की वास्तविक और आदर्श वर्णक्रमीय अनुक्रिया। पाठ्यांक को F से गुणा किया जाता है। क्योंकि यह विचलन प्रणालीगत और पुनरुत्पादनीय है, इसे अंशांकन प्रमाणपत्र में एक निश्चित सुधार गुणांक के रूप में बताया जा सकता है या विकिरणमापी में एक अंशांकन परिसर के रूप में संग्रहीत किया जा सकता है।

व्यवहार में त्रुटि कितनी बड़ी होती है?
यह इस पर निर्भर करता है कि अंशांकन स्रोत और मापी गई स्रोत वर्णक्रमीय रूप से एक-दूसरे से कितनी दूर हैं। एक ही सेंसर अनुक्रिया वक्र के भीतर यह अक्सर कुछ प्रतिशत ही होता है: जिस सेंसर की सापेक्ष अनुक्रिया 400 nm पर 1.0 और 425 nm पर 0.9 है, उसके लिए 425 nm LED का पाठ्यांक लगभग 10 % कम आता है। हालांकि, यदि किसी ब्रॉडबैंड लैंप से अंशांकित सेंसर का उपयोग किसी नैरोबैंड यूवी LED पर किया जाता है, तो पाठ्यांक वास्तविक भारित मान से कई दस प्रतिशत तक विचलित हो सकता है। यह विचलन पुनरुत्पादनीय है और इसलिए प्रणालीगत है – इसे सुधारा जा सकता है, लेकिन बार-बार माप द्वारा औसत निकालकर समाप्त नहीं किया जा सकता।

वर्णक्रमीय बेमेल को कैसे सुधारा जा सकता है?
तीन तरीकों से। पहला, स्रोत-विशिष्ट अंशांकन के माध्यम से: सेंसर को वास्तव में उपयोग किए जाने वाले लैंप या LED के विरुद्ध अंशांकित किया जाता है। दूसरा, गणनात्मक रूप से – आधुनिक विकिरणमापी अंशांकन गुणांक को सेंसर में संग्रहीत करते हैं और उपकरण पर उपयुक्त परिसर चुना जाता है; पुराने या तृतीय-पक्ष सिस्टम के लिए एक सुधार गुणांक निर्धारित किया जा सकता है और अंशांकन प्रमाणपत्र में बताया जा सकता है। तीसरा, स्पेक्ट्रोरेडियोमीटर के साथ, जो संपूर्ण स्पेक्ट्रम को कैप्चर करता है और इसलिए सिद्धांत रूप में वर्णक्रमीय बेमेल से मुक्त होता है। एक ही मापी जाने वाली स्रोत के साथ, सुधार बहुत अच्छी तरह से काम करता है; कई विभिन्न स्रोतों के साथ स्पेक्ट्रोरेडियोमीटर सुरक्षित मार्ग है।

253.7 nm पर अंशांकन वर्णक्रमीय अनुक्रिया के बारे में कुछ क्यों नहीं बताता?
क्योंकि यह केवल एक ही प्रचालन बिंदु स्थापित करता है। विसंक्रमण में, एक मरकरी लो-प्रेशर लैंप अक्सर अंशांकन स्रोत के रूप में कार्य करता है, और अंशांकन को लगभग 200 से 280 nm या 240 से 290 nm के वर्णक्रमीय परिसर के संदर्भ में निर्धारित किया जाता है। व्यवहार में इससे लगभग केवल 253.7 nm लाइन का ही उपयोग किया जाता है। परिणाम ठीक उस स्थिति के लिए एक अंशांकन मान होता है – यह डिटेक्टर की वर्णक्रमीय अनुक्रिया के आकार के बारे में कुछ नहीं बताता, और यह उसी वर्णक्रमीय परिसर की अन्य स्रोतों पर लागू नहीं होता। CIE 220:2016 इसलिए यह सिफारिश करता है कि अंशांकन स्रोत को अनुप्रयोग स्रोत के जितना संभव हो उतना निकट मिलाया जाए।