JPH07280643A - 紫外線センサ - Google Patents

紫外線センサ

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JPH07280643A
JPH07280643A JP6276539A JP27653994A JPH07280643A JP H07280643 A JPH07280643 A JP H07280643A JP 6276539 A JP6276539 A JP 6276539A JP 27653994 A JP27653994 A JP 27653994A JP H07280643 A JPH07280643 A JP H07280643A
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 より長時間に亘って安定した、再現性がある
測定結果が得られ、製造が簡単で経済的な紫外線センサ
を提供する。 【構成】 紫外線用の入射口(9)を有し、内部に前記
入射口から入射する紫外線を測定するための光検出器
(2)が配設されたハウジング(7)と、光検出器の前
に、紫外線の入射方向を向いて配設されたSi02含有
拡散素子(4)とを有する紫外線センサ(1)におい
て、前記拡散素子が、空間内の配向が統計的に均一に分
布された内部境界面を有する石英ガラスを含有する紫外
線センサ。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、紫外線用の入射口を有
し、内部に前記入射口から入射する紫外線を測定するた
めの光検出器が配設されたハウジングと、光検出器の前
に、紫外線の入射方向を向いて配設されたSi02含有
拡散素子とを有する紫外線センサに関する。
【0002】
【従来の技術】紫外線放射体又は紫外線レーザーは、例
えば塗料の硬化、光分解による被覆材料の溶着、表面、
液体及び気体の消毒、並びに老化及び風化試験に使用さ
れている。
【0003】紫外線線量の測定及び紫外線放射源の機能
の監視のために、通常は紫外線センサが使用される。
【0004】紫外線の測定の際に、高エネルギー紫外線
によって、センサの材料が放射線障害を生ずる原因にな
ることがあるという問題点がある。測定精度に関して
も、多くの用途では、測定時に全方向から紫外線センサ
に入射する放射線をできるだけ考慮に入れる必要がある
という課題がある。
【0005】上記のような種類の紫外線センサはDE-A1
39 02 028から公知である。このセンサは塩化セシウム
の光陰極を有する真空光電管が内部に取り付けられた円
筒形のハウジングから成っている。このハウジングは入
射する紫外線用の入射口を有しており、この入射口は有
孔板によって部分的に閉鎖されている。有孔板によって
入射する紫外線の強度が減衰してしまう。有孔板と光電
管との間には、拡散ディスクの形式の拡散素子が備えら
れている。この拡散ディスクは多結晶性の石英、好まし
くは石英フリットから成っている。
【0006】拡散ディスクは光線を拡散せしめる。それ
によって光電管に照射する光線が更に弱まると共に、光
線の拡散により測定結果が入射する紫外線の方向に左右
されないことが保証される。拡散ディスクの拡散性は、
紫外線が石英結晶の粒界で、もしくは石英フリットの粒
界で拡散することに因るものである。従って拡散ディス
クの拡散特性は、使用される水晶材料の粒度分布によっ
て、また特にその製造条件によって左右される。従っ
て、例えば焼結温度が極めて高いと、粒界が消滅した
り、拡散ディスクの光透過性が高まったりする。これに
対して焼結温度が低いと、拡散ディスクによる光線強度
の減衰程度が高まり、光透過性が低下し、その際に、ガ
ラスフリットの個々の粒子の間に残る開放孔によって紫
外線センサの気密性が損なわれる恐れが生ずる。石英は
光透過性及び光屈折性に関して同形の材料ではないの
で、公知の拡散ディスクの拡散特性も石英粒子の偶然の
配向に左右される。従って、光学特性、強度および密度
に関する拡散ディスクの再現性もあまり保証されない。
公知の紫外線センサの拡散ディスクは強度が弱いので、
焼結後、注意して取り扱う必要があり、機械的な加工は
ほとんどできない。その上、拡散ディスクの表面の残さ
れた開放孔内に汚染物の粒子が集積し、これを再度取り
除くのは困難であるので、拡散ディスクの透過性は時間
の経過と共に無限に低下する。更に、高エネルギーの紫
外線により結晶質の石英フリットに誘発される材料の損
傷の問題が加わる。
【0007】
【本発明が解決しようとする課題】従って、本発明の課
題は、より長時間に亘って安定した、再現性がある測定
結果が得られ、製造が簡単で経済的な紫外線センサを提
供することにある。
【0008】
【課題を解決するための手段】上記の課題は、上記した
センサにおいて、拡散素子が空間内の配向が統計的に均
一に分布された内部境界面を有する石英ガラスを含有す
ることによって解決される。石英ガラスは紫外線を30
0nmから400nmの波長範囲で透過する。石英ガラ
スは均質で、非晶質の材料である。これには粒界がな
い。そのため、公知の紫外線センサの拡散ディスクの、
粒界に起因する欠点が回避される。従って、例えば石英
ガラス製のディスクの形式の拡散素子は、機械による再
加工も可能な高い機械的強度を有している。石英ガラス
によって、拡散素子の紫外線に対する高い耐性が保証さ
れる。石英ガラスの場合、材料の損傷は紫外線のエネル
ギ密度が極めて高くなった場合に始めて認められる。従
って、照射する紫外線のエネルギー密度を低減するため
の、拡散素子用の防護手段は必要ない。非晶質の石英ガ
ラスから成る拡散素子は気密に製造することができ(石
英ガラスを透過する水素やヘリウムガスを除く)、簡単
に石英ガラスと溶着し、清浄が簡単である。従って、こ
れは取扱いが簡単であり、紫外線センサを簡単且つ経済
的に製造することができる。拡散素子は通常は、光検出
器の前に配設された、独立した部品の形態をとる。更
に、光検出器と連結することも可能である。
【0009】この拡散素子には粒界がないので、その光
学特性は、製造用に使用される原材料の粒度には全く、
又は殆ど左右されない。拡散素子は均質な材料から成っ
ているので、その光学特性は容積全体に亘って一定であ
る。拡散素子の均一な拡散性は、石英ガラスが空間内の
配向が統計的に均一に分布された内部境界面を有するこ
とによって達成される。このような統計的に均一な分布
のためには、膨大な数の内部境界面が必要である。これ
は、例えば凝集し、微細に分布したガラス亀裂または多
数の細孔によって作製することができる。それによっ
て、石英ガラスは不透明に見え、拡散素子に照射する紫
外線の強度は、入射角のコサインで算出される。すなわ
ち、入射角が鈍角でも、拡散素子に照射する紫外線を測
定用に算入できる。それによって、所望の通り、測定の
際に照射方向に左右されないことが保証される。
【0010】拡散素子は完全に石英ガラス製でもよい
が、拡散素子の厚さ全体に亘って拡散性である必要はな
い。ここでいう厚さとは、紫外線の光路に対してほぼ垂
直方向の、拡散素子の寸法のことである。
【0011】入射口は紫外線の光学的な窓を形成しなけ
ればならない。この入射口は紫外線用の入射口としての
特性を損なうことなく、紫外線透過素子、例えば拡散素
子自体によって閉鎖されることができる。光検出器とし
ては、例えば照射光線を時間の経過を経て記録する受光
器、並びにどの時点でも光線強度の実際の測定値を記録
し、解析装置に送る受光器が考えられる。
【0012】紫外線センサに閉鎖孔を有する拡散素子を
具備することが有利であることが実証された。そのため
に、本来ならば稠密なガラス組織に意図的に超微細孔が
作製される。容積割合が0.5%から10%の間であ
り、好ましくは5%未満である孔を有する石英ガラス製
の拡散素子で、特に優れた結果が達成される。これらの
孔によって拡散中心が得られる。それによって、光線が
直接透過することが防止され、入射光線のより多くの部
分が無方向的に散乱し、それによって拡散素子の所望の
拡散性が保証される。孔は閉鎖された、代表的には球形
の、又は球形に近い表面を有している。これらの表面
は、気体が充満した、又は空の中空空間とこれを囲む石
英ガラスとの間に内部の境界面を形成する。従って空間
内の配向は統計的に均一に分布している。結晶質材料に
は見られるような優先方向はない。このような特性によ
って、拡散素子に照射する紫外線の強度は入射角のコサ
インによって算出される。すなわち、入射角が鈍角でも
拡散素子に照射する紫外線を測定用に算入できる。それ
によって、所望の通り、測定の際に照射方向に左右され
ないことが保証される。充分な拡散性を得るには、孔の
最小容積比は0.5%であることが必要である。孔の容
積比が大きくなるほど、拡散素子による光線強度減衰の
度合いも高くなってしまう。閉鎖孔によって拡散ディス
クの密度が保証され、汚れにくくなる。
【0013】拡散素子が孔を有し、その孔の少なくとも
80%が100μm未満、好ましくは10μm未満の最
大孔ザイズを有する紫外線センサで、特に良好な結果が
達成される。孔のサイズが小さいほど個々の拡散中心が
小さくなり、拡散素子の容積全体に亘る拡散性が均質に
なる。その場合、孔のサイズ分布ができるだけ狭い範囲
にあることが特に有利である。所望の無方向的な拡散の
多くの部分は、孔のサイズが、測定される紫外線の波長
の範囲内にある場合に特に達成される。
【0014】拡散素子のSi02含量が少なくとも9
9.9重量%である紫外線センサが好適な実施態様であ
り、その際に、クリストバライト含量が多くとも1重量
%である。このような拡散素子によって、特に高い機械
的強度と極めて優れた放射線耐性が達成される。波長範
囲が300nmと400nmの間にある紫外線をこのよ
うな拡散素子に照射した場合、ソラリゼーションは認め
られなかった。クリストバライト含量がより低いことに
よって、高い光線透過性と光学特性、特に拡散ディスク
の容積全体に亘る紫外線の拡散特性の均一な分布が保証
される。
【0015】紫外線センサを密度が少なくとも2.15
g/cm3 である石英ガラスからなる拡散素子で製造する
と、特に好適であることが実証された。このような拡散
素子は、機械的、光学的強度が高く、同時に拡散特性に
優れ、光線強度の減衰が少ない。
【0016】特に取扱い易さ及び測定の再現性と安定性
の高さに関して、拡散素子が開放孔がない平滑な表面を
有している紫外線センサが優れていることが実証され
た。このような拡散素子は、特に汚れにくく、汚れた場
合でも清浄し易い。平滑な表面は、例えば火炎研磨によ
って達成できる。その際に、同時に完全に透明な表面層
が得られる。
【0017】拡散素子が入射口を閉鎖する紫外線センサ
の実施態様が好適である。このようなセンサでは、拡散
素子を組立て易く、交換する場合も簡単である。拡散素
子をハウジングと連結することもできる。この態様によ
って、測定される紫外線が妨害されずに全方向から直接
拡散素子に照射され、そこから特に光検出器に均一に拡
散されるので、高い測定精度が保証される。その際に、
拡散素子はハウジング上に載置され、従って入射口は外
側から閉鎖される。入射口を内側から閉じることもでき
るが、その場合は、入射光線の(光検出器の入射面に対
して)180°及び0°の一定の角度範囲が検出されな
いという難点がある。しかし、用途によっては、その大
きさがハウジング内の拡散素子の具体的な配置によって
左右される、上記の角度範囲での検出は省略してもよい
場合がある。
【0018】紫外線センサのその他の好適な実施態様で
は、拡散素子自体がハウジングを形成する。このような
構成は石英ガラス−拡散材料の再加工によって可能にな
る。ハウジングは、例えば光検出器を覆う一体のキャッ
プの形式で製造できる。ハウジングは容易に気密に製造
でき、内部に配設した部品を化学的腐食及び機械的負荷
から防護する。このような紫外線センサは組立てが簡単
であり、メインテナンスもし易い。このような態様で
は、ハウジング全体を紫外線センサ用の入射口と見なす
ことができる。
【0019】拡散素子と光検出器との間に可視光線用の
光学フィルタを備えた紫外線センサが特に好適であるこ
とが実証された。それによって、可視光線の波長範囲で
も反応する光検出器を有する紫外線センサの、紫外線ス
ペクトル範囲での測定精度が高まる。このフィルタは独
立した部品として形成することができる。しかし、例え
ば積層の形式で拡散素子又は光検出器と一体に形成して
もよい。
【0020】入射口の側部が金属製スリーブによって境
界形成され、このスリーブ内部に拡散素子と光検出器
の、少なくとも入射口側の上部とが配設された紫外線セ
ンサの実施態様が特に有利であることが実証された。拡
散素子と光検出器の上部を側面から囲む金属製スリーブ
によって、光線が拡散素子を迂回して光検出器に照射
し、測定結果に誤差が生ずることが防止される。内側が
反射性に構成された金属スリーブによって、拡散素子か
ら光検出器への光の誘導が行われる。拡散素子と光検出
器との間にフィルタを備える場合は、フィルタ側も金属
スリーブで囲まれる。
【0021】
【実施例】次に、本発明の実施例について添付図面を参
照して説明する。
【0022】図1では、紫外線センサ全体に符号1が付
されている。紫外線センサ1は紫外線光検出器2と、可
視光線用のフィルタ3と、不透明の、非晶質の石英ガラ
ス製の拡散ディスク4を備えている。フィルタ3は光検
出器2と拡散素子4との間に取り付けられている。紫外
線センサ1は上方から石英ドーム5によって覆われ、こ
れがセンサ1の光学系を損傷から保護している。拡散デ
ィスク4とフィルタ3との間の光線の誘導性を高めるた
め、双方の部品3,4の間には内側が反射性に構成され
たスチール製スリーブ6が設けられている。
【0023】拡散ディスク4は、この実施例及び下記の
実施例で、Si02含量が99.94重量%であり、ク
リストバライト含量は0.5重量%である。その不透明
性は閉鎖孔によるものであり、その容積比は約1%であ
り、孔の80%の最大孔サイズは3μm未満である。拡
散ディスクの厚さは通常は1ないし2mmである。拡散
ディスクの、波長範囲が300nmから400nmの紫
外線の直接透過性は、壁厚が1mmである場合は約10
%である。入射光線の残りの部分は、減衰部分を除く
と、空間の全方向に拡散する。それによって、均一な拡
散性が達成されるので、拡散ディスク4に照射する紫外
線の強度は入射角度のコサインで算出される。それによ
って、所望のとおり、測定結果は方向に左右されない。
【0024】拡散ディスク4は非晶質の石英ガラス製、
すなわち粒界がない均質な材料製であるので、機械的強
度が高く、機械加工が可能である。石英ガラスによっ
て、紫外線に対する拡散ディスク4の高い放射線耐性が
保証される。石英ガラスは密度が2.18g/cm3 であ
り、開放孔がない平滑な表面を有している。そのため
に、拡散ディスク4は火炎研磨によって、透明で、孔が
ない表面層が作製される。これは清浄し易く、石英ガラ
スと容易に溶着し、石英ガラスを透過する水素やヘリウ
ムガスを除いて、気密性である。従って、この拡散ディ
スクは取扱いが簡単であり、製造が簡単で経済的な紫外
線センサ1を製造できる。
【0025】図2に示した紫外線センサ1の実施例で
は、ハウジング全体に符号7が付されている。ハウジン
グ7はステンレス鋼製のスリーブ状部分8を有してお
り、この内部に光検出器2と、不透明な、非晶質の石英
ガラス製の拡散ディスク4が収容されている。光検出器
2と拡散ディスク4との間には、可視光線用のフィルタ
3が取り付けられている。ステンレス鋼製のスリーブ8
は、光検出器2とは反対側の端部に、紫外線用の入射口
に配設された拡散ディスク4を具備している。拡散ディ
スク4はステンレス鋼製のスリーブ8内に配設され、こ
のスリーブの上方に開放された端部には、拡散ディスク
4の一部に張り出す縁部10が形成されている。
【0026】図2に示した本発明の紫外線センサ1は耐
候性計測器の紫外線の監視に特に適している。
【0027】図3に示した本発明のセンサの実施例で
は、ステンレス鋼製ハウジング7の内部に、SiCをベ
ースにした光電管11と、不透明で、非晶質の石英ガラ
ス製の拡散ディスク4とが配設されている。ハウジング
7は、内側が反射性のスリーブ状部分8と、図2の実施
例で前述したように、拡散ディスク4の一部に張出し、
入射口9の境界を形成する縁部10とを有している。拡
散ディスク4は光電管11の真上にある。SiCをベー
スにした光電管11は可視光線を検出しないので、この
実施例では可視光線用のフィルタは必要ない。
【0028】図4に示した本発明のセンサの実施例で
は、ステンレス鋼製ハウジング7の内部に、Siをベー
スにした光電管2と、不透明で、非晶質の石英ガラス製
の拡散ディスク4と、可視光線用の光学フィルタ12と
が配設されている。フィルタ12は拡散ディスク4上に
蒸着された酸化チタン製の誘電層から成っている。この
場合も、ハウジング7は内側が反射性のスリーブ状部分
8を具備し、その縁部は、この実施例では、紫外線セン
サ1の入射口9の境界を形成している。拡散ディスク4
は光電管2の真上にある。
【0029】図5に示した本発明の紫外線センサ1の実
施例では、拡散素子は光電管2と光学フィルタ3とを囲
む拡散キャップ13の形式で構成されている。このキャ
ップ13は、図1の実施例に関連して、拡散ディスク4
について前述したと同様の特性を有する、不透明で、非
晶質の石英ガラス製である。それが例えば切断、研磨、
又は穿孔等により機械的に加工できることによって、こ
のようなキャップを拡散性の石英ガラスから製造するこ
とが可能である。このキャップによって、内部の部品を
化学的腐食から保護するだけではなく、機械的負荷から
も保護する。
【0030】図6に示した、図5のA部分の拡大図で
は、Si02被覆層の形式の光学フィルタ3がキャップ
13の内側の、紫外線センサ用の入射口9の領域に配設
されていることが判る。この実施例では、入射口9の側
方は、光を透過せず、内側が反射性の金属管14によっ
て境界形成され、その内部にはこの場合も、光検出器2
が配設されている。
【0031】次に、拡散素子の製造方法を一実施例に沿
って詳細に説明する。
【0032】本発明の紫外線センサ用の拡散素子を製造
するための鋳型は、スリップ鋳造方法によって製造する
ことが好ましい。このような鋳型の製造方法の実施例
は、DE43 38 807に記載されており、製造方法に関する
その内容は、本明細書で参考文献として参照されてい
る。この方法によって製造された鋳型は、拡散素子とし
て、例えば拡散ディスク又は、拡散用キャップとして、
直接、又は機械的、化学的加工の後に使用される。
【0033】
【発明の効果】拡散素子が、空間内の配向が統計的に均
一に分布された内部境界面を有する石英ガラスを含量す
ることによって、安定した、再現性がある測定結果が得
られ、製造が簡単で経済的な紫外線センサが得られる。
【図面の簡単な説明】
【図1】拡散ディスクを有する紫外線センサの一実施例
を示すものである。
【図2】本発明による紫外線センサの別の実施例を示す
ものである。
【図3】本発明による紫外線センサの別の実施例を示す
ものである。
【図4】本発明による紫外線センサの別の実施例を示す
ものである。
【図5】本発明による紫外線センサの別の実施例を示す
ものである。
【図6】図5のA部分の拡大図である。
【符号の説明】
1 紫外線センサ 2 紫外線光検出器 3 フィルタ 4 拡散ディスク 5 石英ドーム 6 スチール製スリーブ 7 ハウジング 8 スチール製スリーブ 9 入射口 10 縁部 11 光電管 12 フィルタ 13 キャップ 14 金属管
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 フランク・ケルナー ドイツ連邦共和国、63546 ハムメルスバ ッハ、ノルトストラーセ 4 (72)発明者 ベルント・ルードルフ ドイツ連邦共和国、63755 アルツェナウ、 アム・エルツェグラーベン 2

Claims (11)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 紫外線用の入射口を有し、内部に前記入
    射口から入射する紫外線を測定するための光検出器が配
    設されたハウジングと、光検出器の前に、紫外線の入射
    方向を向いて配設されたSi02含有拡散素子とを有す
    る紫外線センサにおいて、前記拡散素子が、空間内の配
    向が統計的に均一に分布された内部境界面を有する石英
    ガラスを含有することを特徴とする紫外線センサ。
  2. 【請求項2】 前記拡散素子が、閉鎖細孔を有する請求
    項1記載の紫外線センサ。
  3. 【請求項3】 前記細孔の容積割合が0.5%から10
    %の間であり、好ましくは5%未満である請求項1記載
    の紫外線センサ。
  4. 【請求項4】 前記拡散素子が孔を有し、その孔の少な
    くとも80%が100μm未満、好ましくは10μm未
    満の最大孔サイズを有する請求項1〜3のいずれか一項
    に記載の紫外線センサ。
  5. 【請求項5】 前記拡散素子が、少なくとも99.9重
    量%のSi02 含量を有し、多くとも1重量%のクリス
    トバライト含量を有する請求項1〜4のいずれか一項に
    記載の紫外線センサ。
  6. 【請求項6】 前記拡散素子の密度が、少なくとも2.
    15g/cm3 である請求項1〜5のいずれか一項に記載の
    紫外線センサ。
  7. 【請求項7】 前記拡散素子が、開放細孔を有しない平
    滑な表面を有する請求項1〜6のいずれか一項に記載の
    紫外線センサ。
  8. 【請求項8】 拡散素子が、入射口を閉鎖する円板の形
    状に形成されている請求項1〜7のいずれか一項に記載
    の紫外線センサ。
  9. 【請求項9】 拡散素子がハウジングを形成している請
    求項1〜8のいずれか一項に記載の紫外線センサ。
  10. 【請求項10】 前記拡散素子と、光検出器との間に、
    可視光線用の光学フィルタが配設されている請求項1〜
    9のいずれか一項に記載の紫外線センサ。
  11. 【請求項11】 前記入射口の側部がスチール製スリー
    ブによって境界形成され、このスリーブ内部に前記拡散
    素子と、光検出器の、少なくとも入射口側の上部とが配
    設されている請求項1〜10のいずれか一項に記載の紫
    外線センサ。
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