Bu radyometrik birim dönüştürücü, UV ve ışık ölçümünün en önemli hesaplamalarını bir araya getirir: irradyansı (ışınım yoğunluğunu) W/m²'den mW/cm²'ye, ışınım maruziyetini (dozu) J/m²'den mJ/cm²'ye dönüştürme, dalga boyundan foton enerjisi ve foton akısı hesaplama, spektral verilerden PPFD hesaplama, UV dozu ve ışınlama süresi, optik yoğunluk ve geçirgenlik, ayrıca ters kare kanunuyla fotometrik sınır mesafesi hesaplamalarını kapsar. Her kart canlı olarak hesaplama yapar ve formülünü bir örnekle açıklar.
Tüm hesaplayıcılar tamamen tarayıcınızda çalışır – kayıt gerekmez, veri aktarımı yapılmaz. Tipik uygulamalar arasında UV kürleme ve dezenfeksiyon süreçlerinin tasarlanması, optik yoğunluk üzerinden koruyucu filtrelerin değerlendirilmesi, bahçecilik aydınlatması için enerji tabanlı ve foton tabanlı büyüklükler arasında dönüşüm yapılması ve değişen bir çalışma mesafesinde irradyansın tahmin edilmesi bulunur.
Bağlayıcı sonuçlar her zaman kalibre edilmiş bir radyometre veya spektroradyometre ile yapılan bir ölçümden gelir – bunların her ikisi de Opsytec Dr. Gröbel tarafından kendi laboratuvarında üretilir ve kalibre edilir. Bu hesaplayıcı, böylece UV laboratuvarının tipik manuel dönüşümlerinin yerini alır: UVC dezenfeksiyonu için irradyans dönüşümü ve doz hesaplamasından, büyütme lambaları için foton akı yoğunluğuna kadar; tüm sabitler CODATA 2018'e uygundur.
Bireysel hesaplayıcılar ayrıntılı olarak açıklanmıştır
Bu hesaplamaların formül, çözümlü bir örnek, modelin sınırları ve sıkça sorulan sorularla birlikte kendi sayfaları bulunmaktadır:
- UV dozunu hesapla – irradyans ve süreden doz
- UV ışınlama süresini hesapla – hedef doz ve irradyanstan süre
- Bant hızı ve UV dozu – sürekli süreçlerde bekleme süresi ve doz
- Transmisyon ve optik yoğunluğu hesapla – OD, transmisyon ve birden fazla filtre
- Foton enerjisi ve foton akısı – dalga boyundan jul ve elektronvolta
Ayrı ancak ilişkili: UV spektrumu gezgini, bir dalga boyunu spektral aralıklara yerleştirir ve yaygın UV dalga boylarını yan yana sunar.
On iki hesaplayıcı için formüller ve örnekler
Her iki birim de aynı büyüklüğü tanımlar — irradyans E (birim alana düşen güç). 1 m² = 10.000 cm² ve 1 W = 1000 mW olduğundan:
Formül: 1 W/m² = 0,1 mW/cm² · 1 mW/cm² = 10 W/m²
Örnek: Bir UV radyometresi 50 mW/cm² değerini gösteriyor — bu 500 W/m²'ye eşittir.
Işınım maruziyeti H (doz), birim alan başına enerjidir. Dönüşüm katsayısı irradyans için olanla aynıdır:
Formül: 1 J/m² = 0,1 mJ/cm² · 1 mJ/cm² = 10 J/m²
Örnek: Gerekli 400 J/m²'lik bir dezenfeksiyon dozu, 40 mJ/cm²'ye eşittir.
Sabit ışınım yoğunluğunda doz, süreyle doğru orantılı olarak artar — bu, her UV proses tasarımının (kürleme, dezenfeksiyon, yaşlandırma testleri) temelidir:
Formül: H = E · t · [mJ/cm²] = [mW/cm²] · [s]
Örnek: 50 mW/cm², 20 s için 1000 mJ/cm² = 1 J/cm² verir.
Doz formülünün tersi: gerekli doza ulaşmak için ne kadar süre ışınlama yapmanız gerekir?
Formül: t = H / E
Örnek: 50 mW/cm²'de 1000 mJ/cm² için 20 s yeterlidir; sadece 10 mW/cm²'de ise bu süre zaten 100 s'ye (1:40 dk) çıkar.
Tek bir fotonun enerjisi, Planck sabiti h ve ışık hızı c'den elde edilir. Dalga boyu ne kadar kısa olursa, foton o kadar enerjik olur — bu nedenle UV ışınımı görünür ışıktan kimyasal olarak daha agresiftir.
Formül: E = h·c / λ · E[eV] ≈ 1239,842 / λ[nm]
Örnek: 365 nm'lik bir foton (UV-A), 5,44·10⁻¹⁹ J = 3,40 eV enerji taşır.
Işınım gücü, bir fotonun enerjisine bölündüğünde kaynağın saniyede yaydığı foton sayısı elde edilir:
Formül: N = P / E_Photon = P·λ / (h·c)
Örnek: 365 nm'de 1000 mW, 1,84·10¹⁸ foton/s ≈ 3,05 µmol/s'ye karşılık gelir.
Fotosentetik foton akı yoğunluğu (PPFD), 400 ila 700 nm arasında bir metrekareye saniyede çarpan foton sayısını ifade eder. Bu değer, spektral irradyans E(λ)'dan integrasyon yoluyla hesaplanır (örnekleriniz üzerinde trapez kuralı; 400–700 nm dışındaki değerler göz ardı edilir):
Formül: PPFD = ∫ E(λ)·λ dλ / (h·c·N_A)
Örnek: 400–700 nm aralığında 1 W/(m²·nm) düz bir spektrum (300 W/m² PAR) yaklaşık 1379 µmol/(m²·s) değeri verir.
Optik yoğunluk (absorbans), geçirgenliğin negatif ondalık logaritmasıdır. Her OD adımı, ışığın 10 kat daha az olduğu anlamına gelir:
Formül: OD = −log₁₀(T) · T kesir olarak (%10 = 0,1)
Örnek: %10 geçirgenlik → OD 1; %1 → OD 2; %0,1 → OD 3.
Tersi: optik yoğunluktan, bir filtre veya numuneden geçen ışığın oranı hesaplanır:
Formül: T = 10^(−OD) · %100
Örnek: 365 nm'de OD 4 değerine sahip UV koruyucu gözlük, ışınımın sadece %0,01'ini geçirir.
Işık birden fazla filtre, cam veya lensten geçtiğinde geçirgenlikler çarpılır — optik yoğunluklar toplanır:
Formül: T_ges = T₁ · T₂ · … · T_n · OD_ges = OD₁ + OD₂ + …
Örnek: Her biri %90 geçirgenliğe sahip iki cam ve %50 geçirgenliğe sahip bir filtre, toplamda 0,9·0,9·0,5 = %40,5 geçirgenlik verir.
Fotometrik sınır mesafesi, genişletilmiş bir lambanın nokta kaynak olarak kabul edilebileceği minimum mesafedir — kare-ters yasası (aşağıdaki kart) yalnızca bu mesafenin ötesinde geçerlidir. Işık ve UV metrolojisinde bir kural olarak (bkz. DIN 5032-1'e göre), en büyük ışıklı boyutun on katı kullanılır; bu durumda nokta kaynak yaklaşımının hatası yaklaşık %1'in altında kalır. Kaba ölçümler için beş kat genellikle yeterlidir (birkaç yüzdelik bir hata ile).
Formül: d ≥ 10 · D
Örnek: 200 mm'lik diyagonala sahip bir LED panel, fotometrik olarak yalnızca d = 2000 mm = 2 m'nin ötesinde nokta kaynak gibi kabul edilebilir.
(Yaklaşık olarak) noktasal bir kaynak için irradyans, uzaklığın karesiyle azalır. Bu yaklaşım uzak alanda geçerlidir — fotometrik sınır mesafenin (yukarıdaki karta bakınız) ötesinde; alan yayıcılara yakın mesafede E daha yavaş azalır.
Formül: E₂ = E₁ · (d₁ / d₂)²
Örnek: 100 mm'de 100 mW/cm², 200 mm'de 25 mW/cm² olur (mesafe iki katına çıktığında → dörtte birine düşer).
Radyometri hakkında sık sorulan sorular
1 W/m², 0,1 mW/cm²'ye eşittir; çünkü 1 m² = 10.000 cm² ve 1 W = 1000 mW'dır. Bu nedenle 500 W/m²'lik bir okuma 50 mW/cm²'ye karşılık gelir. Yukarıdaki dönüştürücü her iki yönde de çalışır — aynı çarpan doz için de geçerlidir (J/m² ↔ mJ/cm²).
Doz (ışınım maruziyeti), irradyans ile ışınlama süresinin çarpımıdır: H = E · t. 20 s boyunca 50 mW/cm², 1000 mJ/cm² = 1 J/cm² değerini verir. Tersine, hedef bir doz için gereken ışınlama süresi t = H / E formülünden hesaplanır.
Irradyans, W/m² biriminde enerjisel bir büyüklüktür; PPFD ise 400 ila 700 nm arasındaki fotonları µmol/(m²·s) biriminde sayar. Bir fotonun enerjisi dalga boyuna bağlı olduğundan, ikisi arasında dönüşüm yapmak için spektruma ihtiyaç vardır — PPFD hesaplayıcısı bunun için spektral verilerinizi entegre eder.
Fotometrik sınır mesafesinin ötesinde — genel bir kural olarak lambanın en büyük ışıklı boyutunun on katı. Kaynak yalnızca bu mesafenin ötesinde nokta kaynak gibi ele alınabilir; nokta kaynak yaklaşımının hatası bu durumda yaklaşık %1'in altında kalır.
Yazar: Dr. Mark Paravia
Dr.-Ing. Mark Paravia, Ettlingen'deki Opsytec Dr. Gröbel GmbH'nin genel müdürüdür ve akredite kalibrasyon laboratuvarının başındadır. KIT'teki Aydınlatma Teknolojisi Enstitüsü'nde darbeli ksenon eksimer deşarjları üzerine yaptığı araştırmaların ardından, güncel çalışmalarının odağı optik radyasyon ölçüm teknolojisidir. DIN Standartlar Komitesi FNL 7 "Optik Radyasyon"un başkan yardımcısıdır ve DVGW UV Dezenfeksiyonu Proje Grubu'nun üyesidir.