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Infrarot-A-Messgeräte

Infrarotstrahlung ist zwar auch als Wärme spürbar und über die Temperatur - wenn auch mit einigen Unsicherheiten - messbar, trotzdem haben einige Halter den Wunsch diese Strahlung auch besser quantifizieren und mit dem Sonnenlicht vergleich zu können. Hintergrund ist insbesondere das Wissen aus dem medizinischen Fachgebiet der “Photo-Bio-Modulation” (PBM, [1374Hamblin, M. R. (2016). Photobiomodulation or low-level laser therapy. Journal of Biophotonics, 9(11-12), 1122–1124.]), das besagt, dass IRA-Strahlung mit etwa 300 W/m² = 30 mW/cm² [1371Barolet, D. (2021). Near-Infrared Light and Skin: Why Intensity Matters. In Challenges in Sun Protection S.Karger AG.] direkt auf die Körperzellen wirkt und z.B. positive Wirkung auf Wundheilung hat. Häufig ist es im Terrarium jedoch nötig das Terrarium aktiv mit Ventilatoren zu kühlen wenn man Halogenlampen in der Intensität und dem Abstand einsetzt, der nötig ist um 300 W/m² zu erreichen. Besonders muss man hier das Engagement der britischen Reptilienhalter Roman Muryn und Joseph Brabin erwähnen [1111Muryn, R. (2019). Next level heating: Why infrared wavelengths matter. Peregrine Reptile News, 12–21.; 1187Muryn, R., & Perron, D. (2020). The power of infrared for reptiles. On The Animals at Home Network Podcast.]

Aktuell setzt sich besonders das RS PRO Solar Power Meter ISM400 als Standard-Messgerät durch. Ich empfehle dieses Messgerät zu kaufen um eine Vergleichbarkeit zu haben.

Messgeräte zur Infrarotmessung: Von links nach rechts: ISM400 (400 - 1100 nm), LS122 (1000 - 1700 nm), Solarmeter 10.0 (400 - 1100 nm).

Fotovoltaik-Solar-Power-Meter

Es gibt zahlreiche “Solar-Power-Meter” die dazu gedacht sind die Sonnenstrahlung zu messen, die von Fotovoltaik-Solaranlagen zur Stromerzeugung genutzt werden kann. Die Messgeräte messen im Bereich 400 nm bis 1100 nm.

Beispiele

Für das Solarmeter 10.0 gibt der Hersteller eine spektrale Empfindlichkeitskurve an. Für die anderen Messgeräte gibt es leider - auch auf Nachfrage - keine genaueren Informationen. Andere Quellen [1417Brooks, D. (2007) Measuring sunlight at earth's surface: Build your own pyranometer. . Retrieved September 4, 2024, https://instesre.org/co ... nometer/pyranometer.htm] geben deutlich abweichende typische Kurven an. Es gibt also große Unsicherheit bezüglich der tatsächlichen spektralen Empfindlichkeit, die ja nach verwendeter Streuscheibe und Linse auch noch stark verändert werden kann.

Relative spektrale Empfindlichkeit des Solarmeter 10.0 und eines typischen Sensors nach Brooks2007

Zusätzlich wird die Interpretation der Messwerte aber auch durch eine weitere Besonderheit erschwert: Die Messgeräte sind darauf kalibriert, die globale solare Bestrahlungsstärke im Bereich 280 nm - 4000 nm anzuzeigen, obwohl sie nur den Bereich 400 nm - 1100 nm messen. Für das NIST Referenzspektrum der Sonne sollte das Solarmeter 10.0 den korrekten Wert von 1000 W/m² für die Globale Bestrahlungsstärke anzeigen. Diese interne Umrechnung des Solarmeter 10.0 von 400 nm - 1100 auf 280 nm - 1000 nm bedeutet, dass man sehr vorsichtig sein muss, wie man den angezeigten Messwert interpretiert, wenn man damit andere Lichtquellen als das ungefilterte Sonnenlicht misst.

Siehe dazu auch diese englischsprachige Zusammenfassung mit zahlreichen Bildern: PDF

Linshang LS122 Solar Power Meter

Ein weiteres Messgerät ist interessant: Das Linshang LS122 Solar Power Meter misst laut Herstellerangaben im Wellenlängenbereich 1000 nm - 1700 nm (mit einem Maximum bei 1400 nm). Damit misst es zu einen weiter in den Infrarotbereich hinein und gleichzeitig weniger der sichtbaren Strahlung.

Relative spektrale Empfindlichkeit des LS122

Thermosäule

Ein weiteres Messgerät, das meines Wissens aber nur Quentin Dishmann im Terraristik-Kontext anwendet ist eine Thermosäule. Dieses elektrische Bauteil wandelt Wärme in elektrische Spannung um und hat eine sehr flache Sensitivitätskurve über einen weiten Spektralbereich.

Professionelle Pyranometer zur Messung der globalen Sonnenbestrahlung basieren auf Thermosäulen. Es gibt aber auch günstigere Modelle basierend auf einem SiC-Halbleiter, wie die obigen Fotovoltaik-Messgeräte.

Typische Messwerte einiger Lichtquellen

Ich habe Anfang 2024 mehrere möglichst unterschiedliche Lichtquellen mit dem Solarmeter 10.0, dem RS ISM 400 und dem LS122 gemessen.

Alle Lampen wurden mehrfach in verschiedenen Abständen gemessen um statistische Messunsicherheiten zu verringern und daraus ein “typischer” Messwert ermittelt. Zusätzlich gibt es auch einen Messwert mit einem VIS-pass-Filter. Dieser Filter, Heliopan Digital, ist laut Hersteller transparent zwischen 380 und 680 nm und blockiert UV und IR. Es gibt jedoch ein weiteres Transmissionsband oberhalb von 1120 nm, das im Datenblatt aber nicht detailliert erkennbar ist.

Die Messwerte zeigen, dass sich Solarmeter 10.0 und ISM400 deutlich unterscheiden. Wegen der Kalibration für Sonnenlicht erwartet man, dass die Messwerte für ungefiltertes Sonnenlicht nahezu identisch sind, was auch zutrifft (1018, 999). Aber bereits Sonnenlicht+Filter zeigt deutliche Abweichungen (385, 221). Auch bei allen anderen Lampen weichen die Werte von einander ab, zum Teil sehr stark, wie z.B. 40 vs. 25 bei der weißen LED oder 885 vs. 396 bei der UV-MH+Filter. Das zeigt, dass das Solarmeter 10.0 offenbar eine höhere Empfindlichkeit für sichtbares Licht hat und das ISM400 eine höhere Empfindlichkeit im IRA-Bereich.

Die hohen Messwerte des LS122 für den Karbonstrahler bestätigen, dass dieses Messgerät im längerwelligen Infrarotbereich misst. Aber auch hier zeigen die Messwerte überraschendes: Der Messwert für eine Standard-LED, die kein IRA abstrahlt, ist nicht Null. Das Messgerät muss also einen Ausläufer oder ein Nebenmaximum der Empfindlichkeit im sichtbaren Bereich haben.

Leider ist es mir (bisher?) nicht gelungen eine spektrale Empfindlichkeit für alle drei Messgeräte anzunehmen, so dass sich die Messwerte rechnerisch aus dem Spektrum der Lampe vorhersagen lassen.

[1387Griffiths, T. (2023). Radiometer comparison: rs pro ism400, solarmeter 10.0, ls 122 ir.] [1388Muryn, R. (2023). Using a solar irradiance meter model "rspro solar power meter ism400" for measuring the ir radiated by tungsten/halogen lamps - a validation statement.]

Zielwert: ISM400 300 - 550 W/m²

Viele Reptilienarten sonnen im natürlichen Habitat dann, wenn der Infrarot-A-Wert etwa 200 - 350 W/m² ist. Um diesen Wert im Terrarium durch Glühlampen nachzubilden, kann das ISM400 helfen: Es müssen alle anderen Lichtquellen außer der Glüh/Halogenlampen ausgeschaltet werden. Anschließend zielt man auf einen ISM400-Messwert von 300 - 550 W/m².

Warum dieser Wert? Anhand der vom Hersteller angegebenen spektralen Empfindlichkeit des Solarmeter 10.0 gilt das der angezeigte Messwert unter einer Glühlampe ungefähr der IRA-Bestrahlungsstärke entsprechen sollte. Allerdings ist aus dem obigen Versuch bekannt, dass die spektrale Empfindlichkeit so für das SM10.0 nicht stimmen kann und für das ISM400 deutlich anders ist. Ein weiteres Experiment von Quentin Dishman mit einem Thermosäulen-Sensor zeigt, dass der ISM400-Messwert einer Glühlampe x 0.6 ungefähr der IRA-Bestrahlungsstärke (700-1400nm) entspricht und der Messwert x 1.18 etwa der totalen Bestrahlungsstärke [1418Dishman, Q. Thermopile, ism400, incandescent.; 1420Dishman, Q. (2024). Ism400 validation addendum: verification of accuracy under tungsten lamps. Retrieved September 12, 2024, from https://www.facebook.co ... posts/3305370689597504/].

Viele Terrarien überhitzen jedoch, wenn man versucht diese Werte auf dem gesamten Sonnenplatz (Größe des Tieres!) zu erreichen. Dann ist eine aktive Kühlung nötig.

Infararot-Spreadcharts

Basierend auf den Messwerten lassen sich dann ähnlich wie beim UV-Index Spreadcharts erstellen. Die ersten solchen Charts stammen von Thomas Griffitis, der damit auch die Farbskala geprägt hat [1382Griffiths, T. (2022). Power density halogen lamp charts. Retrieved November 15, 2022, from https://www.facebook.co ... /posts/2782388505229061; 1386Griffiths, T. (2023). Note on my position on the use of the “power density charts”.]

Literatur

[1374] Hamblin, M. R. (2016). Photobiomodulation or low-level laser therapy. Journal of Biophotonics, 9(11-12), 1122–1124.
[1371] Barolet, D. (2021). Near-Infrared Light and Skin: Why Intensity Matters. In Challenges in Sun Protection S.Karger AG.
[1111] Muryn, R. (2019). Next level heating: Why infrared wavelengths matter. Peregrine Reptile News, 12–21.
[1187] Muryn, R., & Perron, D. (2020). The power of infrared for reptiles. On The Animals at Home Network Podcast.
[1417] Brooks, D. (2007) Measuring sunlight at earth's surface: Build your own pyranometer. . Retrieved September 4, 2024, https://instesre.org/co ... nometer/pyranometer.htm
[1387] Griffiths, T. (2023). Radiometer comparison: rs pro ism400, solarmeter 10.0, ls 122 ir.
[1388] Muryn, R. (2023). Using a solar irradiance meter model "rspro solar power meter ism400" for measuring the ir radiated by tungsten/halogen lamps - a validation statement.
[1418] Dishman, Q. Thermopile, ism400, incandescent.
[1420] Dishman, Q. (2024). Ism400 validation addendum: verification of accuracy under tungsten lamps. Retrieved September 12, 2024, from https://www.facebook.co ... posts/3305370689597504/
[1382] Griffiths, T. (2022). Power density halogen lamp charts. Retrieved November 15, 2022, from https://www.facebook.co ... /posts/2782388505229061
[1386] Griffiths, T. (2023). Note on my position on the use of the “power density charts”.