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光譜輻射計或寬頻輻射計 — 如何選擇

量測紫外線輻射有兩大類儀器可供選擇,而抉擇的關鍵歸結為一個問題:積分讀值是否已足夠,或是必須取得光譜本身?

寬頻輻射計依內建的光譜響應度對輻射進行積分,並輸出單一讀值。光譜輻射計則將輻射分光,逐一量測各個波長;所有積分值或作用函數加權值皆由此計算而得。本頁逐項對照兩種設計,並從量測任務出發,導出合適的儀器類別。

兩類儀器各測量什麼

寬頻輻射計可提供固定光譜波段內的輻照度,並在時間上積分後得出紫外線劑量。決定讀值的是其感測器的光譜響應度:它決定了輻射中哪一部分能被納入量測。

光譜輻射計將輻射分光,並逐一量測各波長。所有積分值或作用函數加權值皆由此計算而得——而且因為已取得光譜,之後可套用任何加權函數。

擴散片、濾光片、光二極體與校正之間如何交互作用,以及量測不確定度從何而來,請參閱紫外線感測器的設計與誤差來源。

技術比較:寬頻輻射計與光譜輻射計

寬頻輻射計與光譜輻射計之比較

評比項目 寬頻輻射計 光譜輻射計
量測量 在加權函數 s(λ) 下、針對固定光譜範圍的讀值 光譜輻照度 E(λ)
適用彈性 侷限於一種或少數幾種燈管類型 任何光源、任何作用光譜
光譜失配 主要誤差來源,因製造商而異 原理上不存在
雜散光 影響不大 主要誤差來源,尤其在 UV-C 波段
動態範圍 非常大 有限
計量溯源性 透過傳遞標準已完善建立 要求較高,須具光譜解析
響應時間 快速,適合製程監控 取決於積分時間
堅固性 高,可用於製程現場 較為精密;受光纖與對準影響
操作 簡易 需受過訓練的人員
成本 低至中等 高

兩種相互排除的誤差來源

此表並非排名,而是對稱的:一種設計的主要誤差來源所在之處,另一種設計在原理上便不受影響。寬頻輻射計的難題在於光譜失配——它是依據某一光譜進行校正,因此會誤判其他任何光譜。光譜輻射計的難題在於散射光——強波長的部分能量出現在不該出現的位置,這在 UV-C 波段尤其關鍵。

正因如此,僅憑規格書往往難以做出選擇:選擇取決於量測任務,尤其取決於光源的光譜是否已知且保持穩定。這兩種效應如何在儀器內部產生、其影響可達多大,請參閱光譜失配與散射光詳解。

寬頻輻射計即足夠的情況

在以下情況下,寬頻輻射計是正確的選擇:

何時需要光譜輻射計

每當光源本身成為未知因素時,光譜量測所投入的較大心力便會獲得回報。

在下列情況下,光譜輻射計是正確的選擇:

  • 燈管類型改變或不明
  • 必須評估作用光譜 – 例如依據 DIN EN 62471 或用於紫外線消毒
  • 必須以光譜方式追蹤燈管的老化情形
  • 必須對輻射計進行校正或驗證
  • 必須記錄光譜佐證資料

依量測任務選擇

量測任務 儀器類別 產品類別
已知且穩定的光源;UVA、UVB 或 UVC 製程讀值 寬頻輻射計 紫外線量測儀與輻射計
隨時間或沿輸送帶累積的劑量 劑量計 紫外線量測儀與輻射計
設備長期監測、多個量測點 線上感測器 紫外線量測儀與輻射計
光源變動或未知、需要峰值位置 光譜輻射計 光譜儀與光譜輻射計
評估作用光譜、驗證輻射計 光譜輻射計 光譜儀與光譜輻射計

兩者並用:生產設備中的常態

在許多裝置中,組合使用才是最佳解決方案:光譜輻射計負責週期性驗證與燈管光譜的特性分析,而寬頻輻射計則負責連續的製程監控。如此便能將光譜佐證與濾光片式輻射量測的堅固耐用與經濟性結合在一起。

前往產品選擇

確定儀器類別後,即可透過對應的產品分類找到合適的儀器:紫外線量測儀與輻射計可於固定光譜範圍內量測輻照度與紫外線劑量,紫外線光譜輻射計與光學光譜儀則用於波長解析量測。

儀器選擇常見問題

寬頻輻射計與光譜輻射計有何差異?
寬頻輻射計針對固定光譜範圍回傳單一讀值,並依其感測器的光譜響應度加權。光譜輻射計則量測依波長解析的輻射,並由此推導出任何所需的積分值或作用加權值。

哪一種儀器量測更精確?
原則上兩者並無優劣。兩者各有一個主要誤差來源,且彼此互補:寬頻輻射計為光譜不匹配,光譜輻射計為散射光。若光源已知且穩定,經適當校正的寬頻輻射計可提供較小的量測不確定度。

光譜輻射計能否完全取代寬頻輻射計?
技術上可以,但在經濟性與操作性上通常不可行。就動態範圍、響應時間、堅固性與成本而言,連續製程監控皆以寬頻輻射計較為有利。常見的做法是將定期的光譜驗證與連續的寬頻量測結合使用。

我如何判斷寬頻輻射計對光源的判讀有誤?
將其與同一位置、同一光源的光譜量測結果進行比對。若積分讀值出現系統性偏差,原因即為光譜不匹配——該儀器是依據與其所量測光譜不同的光譜進行校正的。