Sonnen-Photometer-SP1A

Allgemein
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 für Almukantaratmessungen zur Berechnung der normierten Streufunktion einsetzbar.

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

Filterbestückung

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

Bearbeitung der gemessenen Daten
Durch die Software SPMH, 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.

Bisherige Nutzer (Weltkarte)
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:

• Alfred-Wegener-Institut für Polar- und Meeresforschung Bremerhaven, Forschungsstelle Potsdam
• Arktisches- und Antarktisches Forschungsinstitut St. Petersburg
• Deutscher Wetterdienst
• Deutsche Forschungsanstalt für Luft- und Raumfahrt e. V., Institut für Weltraumsensorik, Berlin
• Institut für Ostseeforschung Rostock-Warnemünde
• Umwelt-Bundesamt
• Weltrauminstitut Berlin
• Deutsche Forschungsgemeinschaft Bonn
• Institut für Troposphärenforschung Leipzig
• Universität Leipzig
• Universität Mainz
• Universität Oujda, Marokko
• Universität Potsdam
• National Institute of Polar Research, Tokyo
• Alice Springs
• NASA Langley Research Center, Hampton

• Chesapeak Lighthouse

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

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)