选择紫外传感器:光谱范围与测量范围
紫外传感器的选择并非仅凭UVA、UVB或UVC标签即可确定。发射光谱、预期辐照度、距离、角度分布以及所需的加权函数共同决定了合适的光谱范围和测量范围。本选型指南从光源和测量任务出发,帮助您找到合适的传感器类型。
选型六步骤
- 确定光源及其发射光谱。
- 确定测量量及所需的光谱加权方式。
- 估算过程值的最小值和最大值。
- 记录测量几何结构、距离和角度分布。
- 检查环境条件和电气接口。
- 确定校准方式及允许的测量不确定度。
按光源划分的测量范围
光谱范围取决于应用或光引发剂,测量范围则取决于预期辐照度。以下为参考值:
| 光源或测量任务 | 推荐测量范围 | 需注意事项 |
|---|---|---|
| 如HP-120i等紫外点光源 | 0~2000 mW/cm² 及以上 | 辐照度在光斑之外以及随距离增加会急剧下降;测量范围必须覆盖焦点处的峰值。 |
| 紫外低压灯及UVC汞齐灯 | 0~200 mW/cm² | 在辐照平面内数值通常低于100 mW/cm²。 |
| 波长为275、365、385、395或405 nm的紫外LED | 0~2000 mW/cm² | UVA+传感器覆盖了扩展的光谱范围。应避免在滤光片边缘处测量:极小的温度和批次差异会在该处产生较大误差。 |
| 工作场所与暴露测量 | 0~2 mW/cm² | 需要使用经作用加权的传感器。限值、计算实例及设计说明请参见工作场所中的紫外红斑。 |
特殊选型情形
职业安全。对于风险评估和工作场所安全,DIN EN 14255-1规定了人工光学辐射个人暴露的测量与评估方法;限值本身则见于2006/25/EC指令。就传感器选型而言,这意味着需要较小的测量范围及经作用加权的响应度——详细设计说明请参见工作场所中的紫外红斑,法律框架请参见职业安全与光生物安全。
固定安装。如果测量是持续进行而非手持式,则可选用内联传感器;此时安装位置、接口以及对工艺条件的耐受性同样重要。
医疗应用。此处关键在于明确定义的测量任务、长期稳定性以及可溯源的校准。是否适用于特定医疗应用需逐案进行技术审核批准。
配套仪器
作为可更换测量头的显示单元,RMD Pro辐射计已被证明是可靠之选。若需同时采集多个光谱范围,则应采用光谱测量方式——例如使用UVpad。关于传感器内部结构及决定其准确度的误差来源,请参见紫外传感器的设计与误差来源。
紫外传感器选型常见问题
哪种 UVC 传感器适用于低压、中压或 LED 光源?
传感器必须与光谱相匹配,而不仅仅是与光谱范围相匹配。对于低压灯管,具有 254 nm 附近窄带响应度的传感器即可满足要求,因为几乎全部 UVC 功率都集中在该谱线上。中压灯管在整个 UVC 范围内发射宽带辐射;此时需要具有宽而平坦的 UVC 响应度的传感器,并且必须针对该灯型进行校准。UVC LED(通常为 265~280 nm)需要针对其峰值波长进行校准;针对 UV-C LED 的标准 DIN 19294-5 与 -6 仍在起草中。若没有针对特定光源的校准系数,同一支传感器在这三种光源上无法给出可比的测量值。
哪种紫外传感器适用于 254 nm?
对于低压汞灯的 254 nm 谱线,适合采用在 254 nm 附近具有窄带响应度的 UVC 传感器,该传感器对 UVA 和可见光具有日盲特性,并针对低压灯管进行校准。在饮用水消毒领域,DIN 19294-1(设备辐射计)和 DIN 19294-3(参考辐射计)规定了低压系统的要求;在奥地利则适用 ÖNORM M 5873-1。具体结构形式——管道式传感器、耐压传感器、紫外探头或带可更换传感器的辐射计——取决于安装位置和测量任务。
传感器需要多大的测量范围?
测量范围取决于预期的辐照度,而非取决于仪器。紫外点光源在光斑内可达数 W/cm²——此时 0~2000 mW/cm² 或更大的量程较为合适。紫外低压灯和 UVC 汞齐灯在辐照平面上通常低于 100 mW/cm²,因此 0~200 mW/cm² 较为适用。相比之下,按 DIN EN 14255-1 进行的工作场所测量则要求高灵敏度:该场合为 0~2 mW/cm²。针对紫外 LED,我司开发了具有扩展光谱范围的 UVA+ 传感器——由此可避免在滤光片边缘处测量,因为在该处即便最微小的温度和批次波动也会造成很大的测量误差。
辐照度超过多少时必须对设备进行评估?
经验法则是:凡是使操作人员持续受到 1~2 mW/cm² 以上辐照的设备,均应进行评估。限值、计算示例以及对传感器的要求,请参见 工作场所的紫外红斑。
作者:Dr. Mark Paravia
Mark Paravia博士是位于埃特林根的Opsytec Dr. Gröbel GmbH的董事总经理,并负责管理该公司通过认可的校准实验室。在KIT照明技术研究所从事脉冲氙准分子放电研究之后,他目前的研究重点是光学辐射测量技术。他担任DIN标准委员会FNL 7"光学辐射"分委会的副主席,同时也是DVGW紫外线消毒项目组的成员。