Denna radiometriska enhetsomvandlare samlar de viktigaste beräkningarna inom UV- och ljusmätning: omvandla irradians från W/m² till mW/cm², strålningsexponering (dos) från J/m² till mJ/cm², fotonenergi och fotonflöde från våglängd, PPFD från spektraldata, UV-dos och exponeringstid, optisk densitet och transmission, samt det fotometriska gränsavståndet med kvadratlagen. Varje kort beräknar direkt och förklarar sin formel med ett exempel.
Alla kalkylatorer körs helt i din webbläsare – ingen registrering, ingen dataöverföring. Typiska tillämpningar omfattar att utforma UV-härdnings- och desinfektionsprocesser, bedöma skyddsfilter via optisk densitet, omvandla mellan energibaserade och fotonbaserade storheter för växtbelysning samt uppskatta irradians vid ett ändrat arbetsavstånd.
Bindande resultat kommer alltid från en mätning med en kalibrerad radiometer eller spektroradiometer – båda tillverkade och kalibrerade av Opsytec Dr. Gröbel i sitt eget laboratorium. Kalkylatorn ersätter därmed de typiska manuella omvandlingarna i UV-laboratoriet: från irradiansomvandling och dosberäkning för UVC-desinfektion till fotonflödestäthet för växtbelysning; alla konstanter följer CODATA 2018.
Enskilda kalkylatorer förklarade i detalj
Dessa beräkningar har en egen sida med formeln, ett räkneexempel, modellens begränsningar och vanliga frågor:
- Beräkna UV-dos – dos från irradians och tid
- Beräkna UV-exponeringstid – tid från måldos och irradians
- Bandhastighet och UV-dos – uppehållstid och dos i kontinuerliga processer
- Beräkna transmission och optisk densitet – OD, transmission och flera filter
- Fotonenergi och fotonflöde – våglängd till joule och elektronvolt
Separat men relaterat: UV-spektrumutforskaren placerar en våglängd i de spektrala intervallen och ställer de vanliga UV-våglängderna sida vid sida.
Formler och exempel för de tolv kalkylatorerna
Båda enheterna beskriver samma storhet — irradians E (effekt per area). Eftersom 1 m² = 10 000 cm² och 1 W = 1000 mW:
Formel: 1 W/m² = 0,1 mW/cm² · 1 mW/cm² = 10 W/m²
Exempel: En UV-radiometer visar 50 mW/cm² — det motsvarar 500 W/m².
Strålningsexponering H (dos) är energi per yta. Omvandlingsfaktorn är densamma som för irradians:
Formel: 1 J/m² = 0,1 mJ/cm² · 1 mJ/cm² = 10 J/m²
Exempel: En nödvändig desinfektionsdos på 400 J/m² motsvarar 40 mJ/cm².
Vid konstant irradians ökar dosen linjärt med tiden — grunden för all UV-processdesign (härdning, desinfektion, åldringstester):
Formel: H = E · t · [mJ/cm²] = [mW/cm²] · [s]
Exempel: 50 mW/cm² under 20 s ger 1000 mJ/cm² = 1 J/cm².
Inversen av dosformeln: hur länge måste du bestråla för att uppnå en nödvändig dos?
Formel: t = H / E
Exempel: 1000 mJ/cm² vid 50 mW/cm² tar 20 s; vid endast 10 mW/cm² tar det redan 100 s (1:40 min).
Energin hos en enskild foton följer av Plancks konstant h och ljusets hastighet c. Ju kortare våglängden är, desto mer energirik är fotonen — det är därför UV-strålning är kemiskt mer aggressiv än synligt ljus.
Formel: E = h·c / λ · E[eV] ≈ 1239,842 / λ[nm]
Exempel: En foton på 365 nm (UV-A) bär 5,44·10⁻¹⁹ J = 3,40 eV.
Strålningseffekt dividerad med energin för en foton ger antalet fotoner som källan avger per sekund:
Formel: N = P / E_Photon = P·λ / (h·c)
Exempel: 1000 mW vid 365 nm motsvarar 1,84·10¹⁸ fotoner/s ≈ 3,05 µmol/s.
Den fotosyntetiska fotonflödesdensiteten (PPFD) räknar fotonerna mellan 400 och 700 nm som träffar en kvadratmeter per sekund. Den beräknas från den spektrala irradiansen E(λ) genom integration (trapetsregel över dina samplingar; värden utanför 400–700 nm ignoreras):
Formel: PPFD = ∫ E(λ)·λ dλ / (h·c·N_A)
Exempel: Ett platt spektrum på 1 W/(m²·nm) över 400–700 nm (300 W/m² PAR) ger ≈ 1379 µmol/(m²·s).
Optisk densitet (absorbans) är den negativa dekadiska logaritmen av transmissionen. Varje OD-steg innebär en faktor 10 mindre ljus:
Formel: OD = −log₁₀(T) · T som andel (10 % = 0,1)
Exempel: 10 % transmission → OD 1; 1 % → OD 2; 0,1 % → OD 3.
Det omvända förhållandet: från den optiska densiteten följer andelen ljus som passerar ett filter eller prov:
Formel: T = 10^(−OD) · 100 %
Exempel: UV-skyddsglasögon med OD 4 vid 365 nm släpper igenom endast 0,01 % av strålningen.
När ljus passerar flera filter, fönster eller linser multipliceras transmissionerna — de optiska densiteterna adderas:
Formel: T_ges = T₁ · T₂ · … · T_n · OD_ges = OD₁ + OD₂ + …
Exempel: Två fönster på 90 % vardera och ett filter på 50 % ger 0,9·0,9·0,5 = 40,5 % total transmission.
Det fotometriska gränsavståndet är det minsta avstånd bortom vilket en utsträckt lampa kan behandlas som en punktkälla — först då gäller kvadratlagen (kort nedan). Som tumregel inom ljus- och UV-metrologi (jfr DIN 5032-1) används tio gånger den största lysande dimensionen; felet i punktkälleapproximationen förblir då under cirka 1 %. För grova mätningar räcker ofta fem gånger (ett fel på några procent).
Formel: d ≥ 10 · D
Exempel: En LED-panel med en diagonal på 200 mm är fotometriskt punktlik först bortom d = 2000 mm = 2 m.
För en (ungefär) punktformig källa avtar irradiansen med kvadraten på avståndet. Approximationen gäller i fjärrfältet — bortom det fotometriska gränsavståndet (se kortet ovan); nära ytemittrar avtar E långsammare.
Formel: E₂ = E₁ · (d₁ / d₂)²
Exempel: 100 mW/cm² vid 100 mm blir 25 mW/cm² vid 200 mm (dubbla avståndet → en fjärdedel).
Vanliga frågor om radiometri
1 W/m² motsvarar 0,1 mW/cm², eftersom 1 m² = 10 000 cm² och 1 W = 1000 mW. En avläsning på 500 W/m² motsvarar därför 50 mW/cm². Omvandlaren ovan fungerar i båda riktningarna – samma faktor gäller för dosen (J/m² ↔ mJ/cm²).
Dosen (strålningsexponeringen) är produkten av irradians och exponeringstid: H = E · t. 50 mW/cm² under 20 s ger 1000 mJ/cm² = 1 J/cm². Omvänt följer den exponeringstid som krävs för en måldos av t = H / E.
Irradians är en energetisk storhet i W/m²; PPFD räknar fotoner mellan 400 och 700 nm i µmol/(m²·s). För att omvandla mellan dem krävs spektrumet, eftersom en fotons energi beror på dess våglängd — PPFD-kalkylatorn integrerar dina spektraldata för detta.
Bortom det fotometriska gränsavståndet – som tumregel tio gånger lampans största lysande dimension. Först där kan källan betraktas som punktformig; felet i punktkälleapproximationen ligger då under cirka 1 %.
Författare: Dr. Mark Paravia
Dr.-Ing. Mark Paravia är verkställande direktör för Opsytec Dr. Gröbel GmbH i Ettlingen och leder det ackrediterade kalibreringslaboratoriet. Efter sin forskning om pulsade xenon-excimerurladdningar vid Institute of Lighting Technology vid KIT ligger hans nuvarande fokus på optisk strålningsmätteknik. Han är vice ordförande för DIN-standardiseringskommittén FNL 7 "Optical Radiation" och medlem i DVGW:s projektgrupp för UV-desinfektion.