Strumenti di misura della radiazione

Presentazione sul tema: "Strumenti di misura della radiazione"— Transcript della presentazione:

1 Strumenti di misura della radiazione
L. Mercatelli Istituto Nazionale di Ottica Applicata

2 Scegliere un rivelatore
Sensibilità spettrale Può essere cambiato picco di sensibilità o larghezza di banda ma vi deve essere sufficiente segnale iniziale Insensibilità alla radiazione fuori della banda d’interesse

3 Rivelatori al silicio Giunzione P-N: Diodo polarizzato inversamente
Corrente proporzionale luce incidente Radiazione assorbita esponenzialmente con la distanza. Proporzionale al coeff. Assorbimento Coeff. Assorbimento alto per  corte (UV) e basso per  lunghe (IR) - trasparente per >1200 nm

4 Rivelatori al silicio Linearità mantenuta entro range dinamico di 10 decadi  Utilizzati come standard al NIST Limite teorico di sensibilità  corrente di buio, rumore shot, rumore termico Limite pratico di sensibilità  irradianza che produce una corrente confrontabile con la corrente di buio

5 Scelta dei filtri Risposta fotorivelatore
I filtri funzionano per assorbimento o per interferenza Assorbimento: Legge Lambert-Beer. Banda larga, passa-alto Interferenza: deposizioni dielettriche causano interferenza dei fronti d’onda. Banda stretta

6 Filtraggio -1 ES. Il fotodiodo viene filtrato in modo da modificarne la sensibilità e renderla più simile a quella dell’occhio umano

7 Filtraggio -2

8 Luxmetro Misura W/m2 “pesati” sulla risposta dell’occhio (LUX)
FOTODIODO FILTRO TESTA - COSENO

9 Tipologie di illuminanti

10 Color Correction Factor

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12 Vacuum Photodiodes Fototubo: sensore basato su effetto fotoelettrico
Coating del catodo con materiali che emettono elettroni se colpiti da radiazione (es. Cesio) Anodo a 50-90V per raccogliere gli elettroni uscenti dal catodo. (Tecnologia odierna  pochi Volts ddp)

13 Vacuum Photodiodes La sensibilità spettrale è determinata dal materiale del catodo Es: fototubi per UV catodo Cs-Te

14 Fotomoltiplicatori Emissione secondaria dai dinodi Alto guadagno
Utilizzati in conteggio di singolo fotone

15 Termopile Effetto Seebeck (Thomas Johann Seebeck, ). Una corrente elettrica scorre in un circuito costituito da due conduttori metallici in serie quando le due giunzioni sono a temperature diverse. La fem è proporzionale alla differenza di temperatura delle giunzioni

16 Termopile Giunzione “calda” immersa in assorbitore
Giunzione “fredda” schermata da vernice od altro Sensibilità spettrale dipende da assorbitore

17 Filtri per Irradianza Effettiva
Combinazione filtro-sensibilità spettrale per misure di irradianza effettiva Irradianza effettiva: irradianza pesata in proporzione all’effetto chimico o biologico che ha la luce su una determinata sostanza Es: Funzione peso per irraggiamento della pelle umana usata per determinare il rischio UV

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19 Campo di vista del rivelatore
Importanza del campo di vista, in accordo al tipo di misura da compiere: Es. Misura di irraggiamento della pelle umana: la pelle è piana e diffondente ed assorbe radiazione in proporzione all’angolo di incidenza Es. Misure di radianza necessitano angoli di accettazione stretti I fotodiodi al silicio hanno risposta coseno, ma l’introduzione di filtri davanti ne limita il campo Un campo di vista stretto porta a misurare segnali bassi. Per compensare il problema si aumenta la sezione del fascio misurato tramite lenti

20 Misure di radianza spettrale
Spettroradiometro Misure di radianza spettrale

21 Misure con spettroradiometro
Spectralon: Superficie che riflette tutte le lungh. d’onda con la stessa efficienza. La diffusione nello spazio rispetta la legge di Lambert SORGENTE SPECTRALON

22 Il colore -1 CAMPIONE COLORATO SORGENTE
In termini di spettro, il colore è: L’EMISSIONE DELLA SORGENTE CHE NON VIENE ASSORBITA DAL CAMPIONE MA RIDISTRIBUITA NELLO SPAZIO

23 Il colore -2

24 CONCLUSIONI I rivelatori di LUX o rivelatori filtrati danno informazione integrale: POSSIBILE PROBLEMA: posso avere molti lux ma emissione monocromatica POSSIBILE ESPERIMENTO: led blu  tanti lux, poche frequenze Gli spettroradiometri danno duplice informazione: “QUANTA” luce, e “COME E’ FATTA”