Sonnenphotometer SP1A

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Allgemein

Zwei Photometer SP1A im Vergleich

Das Spektralphotometer SP1A wurde über einen Zeitraum von 2 Jahren entwickelt. Es basiert auf den Erkenntnissen aus der Entwicklung unseres manuell bedienbaren Spektralphotometers SP2H. Dabei wurde darauf geachtet, daß sich das SP1A sowohl für den mobilen Feldeinsatz (Gewicht, Datenerfassung usw.) als auch für den Betrieb an Routinemessstationen eignet. Das nach dem Abbildungsprinzip arbeitende Spektralphotometer SP1A ermöglicht in seiner Grundausstattung die Messung der Bestrahlungsstärke der direkten Sonnenstrahlung und der Strahldichte von Flächen bei den festgelegten Messwellenlängen.
Zur modellgestützten Ableitung von klimarelevanten Aerosolparametern wie optische Dicke des Aerosols, Größenverteilung, Realteil des Brechungsindex, Asymmetriefaktor und Phasenfunktion ist das SP1A auch für Almukantarmessungen zur Berechnung der normierten Streufunktion einsetzbar. Die leistungsfähige Software SPMHWin32 unterstützt alle Steuer- und Berechnungsfunktionen. Dabei wird dem Bediener eine einfache und weitgehend intuitiv erfassbare Bedienoberfläche zur Verfügung gestellt. Unmittelbar nach einer Messung kann der Bediener die gemessenen Daten numerisch und graphisch darstellen und speichern.


Funktionsprinzip

Das SP1A arbeitet vollständig programmgesteuert. Die Auswahl der gewünschten Messwellenlänge erfolgt durch das Messprogramm, welches vorher entsprechend dem gewünschten Messablauf konfiguriert werden kann. Durch das mittels einer Visiereinrichtung auf die Sonne gerichtete Objektiv, wird die Sonnenstrahlung über das jeweils eingestellte Filter auf einen Sensor gelenkt. Dieser wandelt die Daten zu einem für Computer verständlichen Code um und übergibt ihn an den Rechner.

Die Zeit einer vollständigen Messung in 18 Kanälen beträgt nur 4 sec. Das Programm ermöglicht die vollautomatische Abfrage, Speicherung und Bearbeitung in allen 18 Kanälen nach einem voreinstellbaren Zeitregime.Voraussetzung dafür ist eine kontinuierliche Nachführung des Photometers. Die nach jeder Messung im Computer vorliegenden Messwerte können zur sofortigen Beurteilung grafisch oder analog angezeigt und weiterbearbeitet werden.
Sie sind sowohl im ASCII-Format als auch in verschiedenen Datenbankformaten in andere Bearbeitungssoftware exportierbar.

 

Leistungsmerkmale des SP1A

Messbereich 360nm ... 1100nm (filterabhängig)
Anzahl der möglichen Messstellen: 18
Anzahl der möglichen Empfängersysteme: 2
Optik des Empfängersystems  
Eintrittsfenster: Quarz
Eintrittsblende: 10mm
Tubenlänge: 165mm
ebener Öffnungswinkel des Sonnenobjektives:
optischer Sensor: Hamamatsu
Temperatursensor: B 511
Arbeitstemperaturbereich: -20°C ... 50°C
Filteranordnung: Filterrad mit 18 Positionen
eff. Filterdurchmesser: 6mm

Filterbestückung

Messstelle ZWL (±2nm) HWB (nm)
01 353 3
02 368 3¹)
03 389 3
04 412 4¹)
05 450 4
06 500 5¹)
07 532 5
08 600 6¹)
09 675 5¹)
10 760 6
11 778 6¹)
12 862 6¹)
13 911 8
14 946 8
15 967 8
16 1024 8¹)
17 1045 10
18 1064 10

¹) entsprechend den Empfehlungen der WMO v. 1983 und der VDI-Richtlinie VDI 3786/10

Messelektronik

Dynamikumfang der Elektronik 10^9
Auflösung 10^-4
Messbereichswahl automatisch
Interface SPI RS 232
Datenanzeige

über PC-Bildschirm
Gehäuse  
Abmessung 100x100x380 mm
staub- und spritzwassergeschützt
Gewicht

2 kg
Stromverbrauch
  • 12 V/5 Ah- Akku Betriebszeit ca. 15h
  • 220/12 V Netzgerät

Bearbeitung der gemessenen Daten

Durch die Software SPMHWin32, die auch den Messablauf steuert, ist die sofortige und komfortable Weiterbearbeitung der Messdaten gewährleistet. Es ermöglicht u.a. die Ausführung der folgenden Operationen:

  • Berechnung der Transmission der Atmosphäre
  • Berechnung der Optischen Dicke mit drei auswählbaren Rayleigh-Korrekturen und Regressionen nach dem Angström-Ansatz
  • Statistische Auswertung durch Mittelwertbildung, Berechnung der Streuung, Regressionsanalyse und weitere mathematische Operationen
  • Ermittlung der extraterrestrischen Signale Ue (Eichwerte) aus den dafür geeigneten Messungen mit Hilfe von Regressionsanalysen (Langley-Kalibrierung)
  • Grafische Darstellung mehrerer Messungen (Display, Drucker)
  • Berechnungen der normierten Streufunktion
  • Drucken, Speichern und Export von Messdaten

 

Kalibrierung

Für jedes einzelne Spektralphotometer werden in einem komplexen Kalibrierverfahren die, die Messergebnisse beeinflussenden Geräteparameter untersucht und entsprechende Korrektur- bzw. Eichfaktoren ermittelt.
Die radiometrische Kalibrierung des Spektralphotometers kann mit Hilfe der direkten Sonnenstrahlung bei wolkenfreier Sonne durch den direkten Anschluß an ein bereits kalibriertes Gerät oder an einem dafür geeigneten Ort durch die Methode der Langley-Extrapolation erfolgen.
In einem entsprechend ausgerüsteten Optiklabor ist auch die Kalibrierung mit einem künstlichen Strahlungsnormal oder nach einem speziellen Eichverfahren möglich.
Die zur Auslieferung kommenden Spektralphotometer sind standardmäßig laborkalibriert und an ein naturkalibriertes Gerät angeschlossen.

Unser Service

Die Erfassung und Interpretation von Langzeitvariationen optischer Parameter der Atmosphäre erfordert eine Überwachung und Kontrolle der verwendeten Messgeräte hinsichtlich der Langzeitstabilität der die Messwerte beeinflussenden Geräteparameter.
Die von unserer Firma ausgelieferten Geräte besitzen eine Stammdatei, in der sämtliche Geräte- und Kontrollparameter gespeichert sind. Sie dienen bei Rekalibrierungen oder Reparaturen als Grundlage für die Beurteilung der Langzeitstabilität der einzelnen Parameter.
Den Gerätenutzern wird empfohlen, alle erkennbaren Veränderungen oder Unregelmäßigkeiten, die beim Einsatz der Geräte auftreten, zu dokumentieren und für die Übernahme in die Gerätestammdatei bereitzustellen, um eine kontinuierliche Aktualisierung dieser Datei zu gewährleisten.
Unsere Firma bietet den Nutzern an, in einem individuell festzulegenden Turnus die Kontrolle und Wartung der Messgeräte, sowie in einem jährlichen Zyklus eine Rekalibrierung durchzuführen.
Spezialkalibrierung von Geräten, die für den Einsatz in besonderen Reinluftgebieten (z.B. Polargebiete,Wüsten, Hochgebirge) vorgesehen sind, können ebenfalls durch unserer Firma erfolgen.

Optional lieferbare Geräte und Leistungen

  • vollautomatischer Sonnentracker mit Sonnenvisier
  • Auswerte- und Steuerrechner (Prozessor, Speicher, HDD usw. je nach Vereinbarung)
  • Gerätestative
  • parallaktische Montierung (manueller Antrieb, Motorantrieb, Ausgleichsgewichte)
  • Transport- und Aufbewahrungskoffer
  • Stromversorgungsmodul für Netz- und Akkubetrieb/Akkuladegerät
  • Akku 12V/5,5 Ah
  • Akkutasche

 

Bisherige Nutzer

Einsatz weltweit

Von folgenden Einrichtungen werden Spektralphotometer aus der Entwicklungsreihe SP1A (Vorgängertypen: BAS, ABAS, SP2H) im Rahmen von Forschungsprojekten zur Atmosphärenphysik und -chemie und in Messnetzen von Polarstationen genutzt:

Literatur

Neckel, H., D. Labs, 1984: The Solar radiation between 3300 and 12500 Å, Solar Physics 90 (1984) 205-258

Leiterer, U., M. Weller, J. Janiak, 1985: Verfahren zur Bestrahlungsstärke- und Strahldichtekalibrierung von Spektrometern. - Patentschrift DD 228 631 A1, WP GO1 D/265 1067 v. 16.10. 1985

VDI 3786 Bl. 10 Umweltmeteorologie, Messung der Lufttrübung durch Aerosolpartikel mit Sonnenphotometern, (Ausgabe 04/94)


Continuos day and night aerosol optical depth observations in the Arctic between 1991 an 1999", A. Herber at all, Journal of Geophysical Research, vol. 107, 2002,http://www.agu.org/

Report of the SIXTH BSRN SCIENCE AND REVIEW WORKSHOP ,WCRP Informal Report No. 17/2001, http://ezksun3.ethz.ch/bsrn/