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Lexikon der Optik: Strahlungsmessungen

Strahlungsmessungen, Messungen zur quantitativen Bestimmung der Strahlungsgrö-ßen, durch die Strahlungsquellen oder Strahlungsfelder charakterisiert werden können.

Es kann sich um die Messung der Gesamtstrahlung einer Strahlungsquelle, ihrer Strahlstärke in einer bestimmten Richtung oder ihrer Verteilung im Raum, der spektralen Verteilung der ausgesandten Strahlung u.ä. handeln. Häufig lassen sich derartige Messungen zurückführen auf Messungen der Bestrahlungsstärke oder der Strahlungsleistung, aus denen unter Berücksichtigung der geometrischen Meßbedingungen wie Abstände, Öffnungswinkel u.ä. andere Strahlungsgrößen bestimmt werden können.

S. lassen sich grundsätzlich nach zwei Methoden ausführen, a) durch Vergleich mit einer Strahlungsquelle bekannter Strahlungsleistung und b) unter Verwendung eines Strahlungsempfängers bekannter Empfindlichkeit.

Sollen spektrale Messungen vorgenommen werden, müssen auch die spektralen Eigenschaften der Meßmittel bekannt sein.

Unter den verschiedenen Strahlungsquellen haben Glühlampen spezieller Bauart als Strahlungsnormallampen eine besondere Bedeutung.

Es werden Strahlungsempfänger verschiedener Typen eingesetzt, die je nach den Erfordernissen hinsichtlich des Spektralbereiches, des Meßbereichs, der Zeitkonstante, des Temperaturkoeffizienten u.a. ausgewählt werden. Bei entsprechender Schwärzung und/oder Gestaltung des strahlungsempfindlichen Elementes (z.B. als Konus) sind thermische Detektoren über einen weiten Spektralbereich aselektiv bzw. quasiaselektiv. Diese Eigenschaft macht sie für S. besonders geeignet.

S. werden als relative und absolute Messungen ausgeführt.

Bei relativen S. erfolgt die Messung z.B. einer spektralen oder räumlichen Verteilung einer Strahlungsgröße in bezug auf einen willkürlich wählbaren Normierungswert.

Absolute S. erfordern einen weit höheren Aufwand, insbesondere die Realisierung eines Systems radiometrischer Einheiten. Als Basiseinheit wird in der Regel die Einheit der Bestrahlungsstärke Wm-2 gewählt. Ihre Darstellung erfolgt mittels schwarzer Strahler. Hierbei werden die radiometrischen Größen und ihre Einheiten von der Temperatur und der Einheit Kelvin abgeleitet. Über die Strahlungsgesetze, insbesondere das Plancksche Strahlungsgesetz und das Stefan-Boltzmannsche Gesetz, lassen sich die spektrale Strahldichte bzw. die Gesamtstrahlungsleistung des schwarzen Strahlers bei einer Temperatur T und einer strahlenden Oberfläche F berechnen. Auf einen in das Strahlungsfeld in einem bestimmten Abstand gebrachten Strahlungsempfänger läßt sich dann die Einheit der Bestrahlungsstärke bzw. bei Kenntnis seiner Empfängerfläche F' auch die Einheit der Strahlungsleistung übertragen.

Bei Verwendung eines elektrisch kalibrierbaren Strahlungsempfängers werden die Strahlungsgrößen und ihre Einheiten von den elektrischen Größen und ihren Einheiten abgeleitet. Das Grundprinzip dieses Empfängertyps besteht darin, daß das eigentliche Empfängerelement einen z.B. als Bolometer wirkenden Sensor und in seiner unmittelbaren Nähe einen elektrischen Heizer enthält. Die Messung erfolgt in der Weise, daß nach Unterbrechen der Strahlung mittels der elektrischen Heizung ein Signal erzeugt wird, das genauso groß ist wie das Meßsignal, das durch Absorption der zu messenden Strahlung im Sensor und seinerdadurch verursachte Erwärmung hervorgerufen wird. Unter Berücksichtigung notwendiger Korrekturen, die Unterschiede im Wärmefluß bei den beiden Meßphasen berücksichtigen, läßt sich eine Äquivalenz von optischer Strahlungsleistung und elektrischer Leistung herstellen.

Die vielfältigen Probleme der optischen S., die aus der Anwendung von Strahlungsquellen und Strahlungsempfängern resultieren, erfordern in der Praxis eine breite Palette einfacher und leicht handhabbarer Normale und Arbeitsmittel.

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