Wie mache ich kalibrierte lichtquelle?

Wissenschaft Physik
#1

Guten Abend.

Ausgangsaufgabe:
Kalibrieren eines Lichtsensors bzw. Photometers.
(Halbleiter, Photodiode)
Freilich gibt es im Handel super-teure kalibrierte Lichtquellen,
auch Xenon, Halogen, etc.
Aber Könnte ich so was selber umsetzen?
Denn eine Halogen-Glühbirne an sich ist billig.

Wie könnte ich also eine Lichtquelle (Halogen, LED??,Deuterium…)
so betreiben, daß ich weiß, wieviel cd oder mcd
(oder vergleichbare Meßgröße) sie letztendlich produziert?
(Denn es ist ja ein Kreislauf: Man hat ein Photometer,
will es kalibrieren -und womit kalibriere ich zuvor die Lichtquelle? Mit einem Photometer…
>hm…
Hat jemand eine Idee?

Vielen Dank für Eure Aufmerksamkeit.-
Gerhard.-

#2

Guten Abend!

Denn es ist ja ein Kreislauf: Man hat ein Photometer,
will es kalibrieren -und womit kalibriere ich zuvor die
Lichtquelle? Mit einem Photometer…
>hm…
Hat jemand eine Idee?

Du lässt von einem Kalibrierlabor ein Photometer kalibrieren oder lässt für eine Lampe für bestimmte elektrische Betriebsparameter ein Kalibrierzeugnis erstellen. Das Zeugnis gilt natürlich nur für begrenzte Zeit (bei einer Lampe für wenige Betriebsstunden) und ist nicht ganz billig.

Gruß
Wolfgang

#3

Kalibrieren eines Lichtsensors bzw. Photometers.

Du zündest eine Kerze an und nimmst das als 1 Candela. Genauer wird es ohne externe Hilfsmittel (also kalibrierte Geräte) nicht.

Als nächstes käme ein Belichtungsmesser aus der Fototechnik in Frage, ich habe irgendwo noch einen Gossen Lunasix o.ä., die waren garnicht schlecht.

Gruss Reinhard

#4

Moin,

Hat jemand eine Idee?

die Hefnerkerze? http://de.wikipedia.org/wiki/Hefnerkerze

Die läßt sich relativ einfach realisieren.
Ich erinnere mich an mein Physikpraktikum während meines Studiums, wo wir so ein Photometer kalibriert haben.

Gandalf

#5

Guten Abend.

Zunächt vielen Dank für Eure Aufmerksamkeit und Vorschläge.
Zunächst zum Stichwort „Kalibrierlabor“:
Nun, das ist freilich zu teuer, und außerdem möchte ich auch verstehen,-denn:
Firma 1 baut Photometer, und läßt sie kalibrieren mit Lichtquellen der Firma 2.
Firma 2 baut Lichtquellen, und läßt sie kalibrieren mit Photometern der Firma 1.
>Hm…
Was also wird heutzutage als „Ur-Teil“ verwendet?
Wer oder was definiert(irgendeine)entsprechende Meßgröße?
Früher die „Hefnerkerze“, z.B.
Aber heute?
Ad Gandalf: Das würde mich interessieren.
Kannst Du Dich da noch erinnern, wie ihr das gemacht hattet im Studium?
Und: wie verhält es sich dabei mit den Abständen zum Sensor
(heute: Photodiode), und deren Sensorfläche?
Denn „nur candela“ reicht ja nicht, denke ich…(?)
grüße,gerhard.-

#6

Tach,

Früher die „Hefnerkerze“, z.B.
Aber heute?
Ad Gandalf: Das würde mich interessieren.
Kannst Du Dich da noch erinnern, wie ihr das gemacht hattet im
Studium?

Die Geometrie der Hefnerkerze ist genormt.
http://de.wikipedia.org/wiki/Hefnerkerze#Definition

Denn „nur candela“ reicht ja nicht, denke ich…(?)

Wie das genau gerechnet wurde kann ich Dir aus dem Kopf nicht mehr sagen, das ist gerne mal 30 Jahre her. Da sollte es aber diverse Vorschriften geben, die im Netz zu finden sind, denn der Versuch wird immer noch durchgeführt. Beispielsweise hier http://www.uni-protokolle.de/foren/viewt/284272,0.html

Gandalf

#7

Firma 1 baut Photometer, und läßt sie kalibrieren mit
Lichtquellen der Firma 2.
Firma 2 baut Lichtquellen, und läßt sie kalibrieren mit
Photometern der Firma 1.
>Hm…

Nein, so geht das nicht. Kalibrieren ist hierarchisch organisiert, die Firmen lassen ihre Referenzgeräte bei der technisch-physikalischen Bundesanstalt (oder wie die heute heisst) kalibrieren.

Ausserdem ist Candela inzwischen im SI-System durch die Strahlungsleistung definiert, rein prinzipiell könnte man sich selbst einen Primärstandard bauen - eine „Ur-Candela“ gibt es nirgends. Siehe Wikipedia Candela.

Gruss Reinhard

#8

Vielen Dank.
Ich bin nun leider kein Mathematiker,insofern sieht es wohl schlecht aus,
selber einen „Primärstandart“ zu bauen- zumal in den Wiki-Artkeln keine Bezüge dargestellt werden zu einer konkreten technischen Umsetzung, z.b.welche Sensoren wie verwendet werden.
ich scheine hier wohl nicht weiterzukommen…
grüße,
gerhard.

#9

Vielen Dank für die Hinweise.
…bin ein wenig ratlos…die Zusammenhänge zwischen den verschiedenen Meßgrößen werden nachvollziehbar beschrieben, allein die Umsetzung
versehe ich noch keineswegs, bzw. kann ich nirgends erkennen. (das liegt natürlich an mir!)-
Also, da habe ich z.B.irgendein Photoelement,
das liefert eine Spannung X bei…von mir aus einer Kerze, oder einer
25-watt-Glühbirne, oder einer LED.
Ein anderes Photoelement liefert eine andere Spannung…-
…Worauf ich hinaus will: Wie geschieht die Realisierung in eine meßtechnische Apparatur? denn ich habe ja nur Strom und Spannung als Ergebnis, und diese muß ich irgendwie in Zusammmenhang bringen mit „1 Candela“ als Meßgröße.
…scheint ziemlich kompliziert zu sein… Danke für Eure Geduld…
grüße, Gerhard.-

#10

Hallo!

Bevor du eine Lichtquelle kalibrieren kannst, musst du sie erst mal super stabil kriegen. Das ist die Grundvoraussetzung, sonst macht alles Kalibrieren keinen Sinn.
So, nun kannst du dir mal überlegen welche Lichtquelle sich besonders gut dafür eignet, einen zeitlich und räumlich stabilen Lichtstrom abzugeben. Bei welcher Art Lichtquelle siehst du dich in der Lage selbst eine geeignete Vorrichtung hin zu kriegen?
Wenn du eine Antwort auf diese Frage hast, dann können wir uns über das Problem der Kalibrierung unterhalten.

Liebe Grüße,

Thomas.

P.S.: Was glaubst du, warum kalibrierte Lichtquellen so super teuer sind?

#11

Guten Abend.
Ja, die habe ich bereits, nämlich die Lichtquellen
in zwei verschiedenen Photometern.
Die eine ist eine Wolfram-Halogenlampe,
die andere wahlweise eine ebensolche, neben einer D2 für den UV-Bereich.
Letztere wäre für das Kalibrieren des (einfacheren) Radiometers (von UDT) nicht so wichtig,
aber die beiden ersten sind gewißlich geeignet.
Allesamt sind sie mit an Sicherheit grenzender Wahrscheinlichkeit relativ stabil.
(was auch überprüfbar ist,wenn ich die Geräte betreibe)

Siehst Du hierbei eine Möglichkeit, einen geeigneten Sensor/Detektor
an diesen zu kalibrieren?

Vielen Dank für Deine Gedanken hierzu.

Grüße, Gerhard.-

#12

Hallo gerhard,

Was also wird heutzutage als „Ur-Teil“ verwendet?
Wer oder was definiert(irgendeine)entsprechende Meßgröße?
Früher die „Hefnerkerze“, z.B.
Aber heute?

National für Deutschland ist die PTB (Physikalisch Technische Bundesanstalt) dafür zuständig.

Momentan geht das noch wie im folgenden Text beschrieben:
http://www.ptb.de/cms/publikationen/zeitschriften/ma…

http://www.ptb.de/cms/fileadmin/internet/publikation…

Als Firma lässt man also seine Referenzlichtquelle oder sein Referenzphotometer periodisch bei der PTB calibrieren.
Mit diesen calibrierten Geräten calibriert man wiederum andere Geräte und mit diesen dann wiederum weitere …

Je weiter hinten ein Gerät in dieser Kette liegt, umso ungenauer ist es im Prinzip, dafür wird die Calibrierung aber auch günstiger.

Allerdings muss man dazu auch sagen, dass die Werte, welche die PBT liefert, im Bereich des wissenschaftlich machbaren liegen und somit die normalen technischen Anforderungen um Zehnerpotenzen übersteigen.

Die PTB betreibt aber auch Forschung:
http://www.ptb.de/cms/index.php?id=1326&tx_ttnews%5B…

MfG Peter(TOO)

#13

Guten Tag.

Lieber Thomas, vielen vielen Dank für Deine Nachforschung!
DAS war genau der springende Punkt letztendlich meiner Unklarheit:
„Was macht denn nun die PTB darselbst -letztendlich?“

>Aha, es gibt sie also doch tatsächlich nach wie vor: Die Ur-Candela.
Nicht irgendein meßtechnisches Konstrukt via „mA eines Sensoren-Regelwerkes“
(frei formuliert jetzt), sondern einen klar zu messenden Standart:
Eine Glühbürne.

>Jetzt kann ich mir ja überlegen, was zu tun mir möglich wäre…
(weiß noch nicht…)

Vielen Dank, und viele Grüße.
Gerhard.-

#14

brigens, eine HaloHallo!

Nun, wenn du auf einen absoluten Standard klaibrieren willst, dann brauchst du natürlich so einen Standard als Vergleich. Also, dein Kalibrierstandard Detector gibt bei Bestrahlung mit deiner Quelle das Signal X. Dein zu kalibrierender Detector (für den gilt natürlich das Gleiche in Bezug auf Stabilität wie für die Lichtquelle), gibt das Signal Y. Du setzt Y in Verhältnis zu X und hast deinen Detector kalibriert.
Hast du keinen Kalibrierstandard zur Verfügung, dann kannst du nur eine relative Kalibrierung machen.
Noch eine Anmerkung zur Wolfram-Halogenlampe. Die ist prinzip-bedingt nicht besonders stabil. Vor allem nicht räumlich. Eine Halogenlampe wird mit Ueberspannung betrieben. Das würde die Lampe normalerweise durchbrennen lassen. Aber an der Stelle an der der Glühfaden duchzubrenen droht (das i.A. ist die dünnste Stelle), wird die Lampe heißer und das Wolfram-Halogenid zersetzt sich zu metallischem Wolfram und elementarem Halogen. Das metallische Wolfram lagert sich an die dünne Stelle an und „repariert“ somit den Glühfaden. Das elementare Halogen „frißt“ an einer anderen Stelle wieder etwas Metall weg. Das ist eine Gleichgewichtsreaktion, die sehr von den thermischen Bedingungen abhängt. Diese Gleichgewichtreaktion erzeugt ein relativ großes Rauschen beim Lichtoutput.
Eine Wolframlampe ohne Halogen ist da besser. Die hat zwar die Langzeit-Drift duch den allmälich verdampfenden Glühfaden und die Ablagerung des Metalldampfes auf dem Lampenkolben, das ist aber eine sehr langsame Aenderung im Vergleich zum Rauschen eine Halogen-Lampe.

Liebe Grüße,

Thomas.

#15

Guten Tag.

Bei dem einen meiner Photometer scheint es in der Tat „nur“ eine Wolfram („Tungsten“)
zu sein, bei dem andren hingegen eine „Halo“.
(Wenngleich…im Gedankenexperiment erscheint mir ein glühender Faden eine gewisse Trägheit zu besitzen: Wie kann so Rauschen entstehen?)-

Zum Thema Kalibrieren: Vielleicht könnte es möglich sein, einen halbwegs
brauchbaren Wert zu erhalten, wenn ich die (herstellerseitigen)
Kurven einer Photodiode zur Hand nehme, die den entstehenden Strom (in nA z.B.)
im Verhältnis zu „lux“ darstellt?

Grüße, Gerhard.-

#16

Hallo Gerhard!

In der Tat, Photodioden sind geeignet. Die Prinzipschaltung ist so: Die Fotodiode wird in Sperr-Richtung einem geladenen Kondesator parallel geschlatet. In Abhängigkeit vom Licht ändert sich der Sperrstrom der Fotodiode, die den Kondensator entlädt. In regelmäßigen Zeitabständen (Zeit lässt sich sehr genau einhalten) wird der Kondensator auf den unrspünglichen Wert aufgeladen und die dazu benötigte Ladungsmenge gemessen (Stichwort „Charge-Amplifier“).
Die für diese Anordning benötigten Schaltungen lassen sich recht zuverlässig mit hochohmigen Op-Amps realisieren. Die Hauptschwierigkeit ist die konstante Temperatur für die Fotodioden einzuhalten. Aber mit geregelten Peltier-Elementen kriegt man auch das in den Griff.

Viel Erfolg!

LG, Thomas.

#17

Guten Tag.
Vielen Dank für Deine Nachricht.
Das hört sich recht interessant an!
Darf ich dazu weitere Fragen stellen?
Denn so richtig habe ich noch nicht verstanden,
aus welchem Grunde Du diese Vorgehensweise vorschlägst.
Denn: Wenn das Diagramm einen Photodiode vorliegt, so wird dort auf der x-Achse der Wert in Lux für die Beleuchtungsstärke, auf der y-Achse jener für den Photostrom der Diode
(in nA z.B.) aufgetragen.
Weshalb schlägst Du den Weg über eine Ladungsmessung vor?
Eine Photodiode produziert doch keine Ladung im engeren Sinne (wie eher z.B.ein Photo- oder ein Piezo-Element), sondern es fließt ein Strom-
und genau diesen kann man messen. Freilich mag dieser Meßvorgang wiederum die Eigenschaften der Diode verändern (Heisenberg läßt grüßen), jedoch das Herstellerdiagramm scheint ja valide zu sein.
Oder doch nicht ganz?
…
Liebe Grüße,Gerhard.-