Improvements in spectroradiometric measurements and applications

 |  Login

Show simple item record

dc.contributor Aalto-yliopisto fi
dc.contributor Aalto University en
dc.contributor.advisor Kärhä, Petri, Dr., Aalto University, Department of Signal Processing and Acoustics, Finland
dc.contributor.author Pulli, Tomi
dc.date.accessioned 2017-09-05T09:02:51Z
dc.date.available 2017-09-05T09:02:51Z
dc.date.issued 2017
dc.identifier.isbn 978-952-60-3739-4 (electronic)
dc.identifier.isbn 978-952-60-7557-0 (printed)
dc.identifier.issn 1799-4942 (electronic)
dc.identifier.issn 1799-4934 (printed)
dc.identifier.issn 1799-4934 (ISSN-L)
dc.identifier.uri https://aaltodoc.aalto.fi/handle/123456789/28031
dc.description.abstract Irradiance refers to the density of the radiant flux of electromagnetic radiation incident on a surface. Spectrally resolved measurements of irradiance are required in many fields, such as in solar ultraviolet radiation monitoring, in ozone retrieval, and in photometry. Spectral irradiance is commonly measured using scanning or array spectroradiometers equipped with a mono-chromator. In order to fulfill the accuracy requirements for a given application, several instrument properties need to be considered, including the quality of the entrance optics, the linearity characteristics of the instruments, and the stray light. This thesis describes a ray-tracing method for simulating radiation transport in the entrance optics which can be used to aid in the optimization of the angular response of the instruments. The quality of entrance optics is especially important in global measurements of solar irradiance. The thesis also presents the nonlinearity characterization results for two array spectroradiometers. Significant nonlinearities were detected for the studied spectroradiometers. Furthermore, in this thesis, the stray light properties of Brewer spectrophotometers, used globally in solar ultraviolet and ozone monitoring, were studied through direct measurements, filter characterizations, and simulations. Stray light from wavelengths outside the nominal measurement range of the instruments were found to cause significant issues in the solar ultraviolet spectral irradiance measurements.  Photometry is a field of science that focuses on measuring the brightness perception in humans caused by radiation. Spectral irradiance measurements are commonly used in photometry to determine spectral correction factors. Spectral irradiance data can also be used directly to calculate the corresponding photometric quantity, illuminance. However, this technique is rarely used in applications with high accuracy requirements, due to the uncertainties of absolute spectral irradiance determination. Instead, filtered broadband detectors, photometers, are used in the measurements. This thesis presents a method for determining the illuminance of white LED sources using a combination of relative spectral irradiance measurement and a highly accurate unfiltered broadband detector. This method can improve the uncertainty of illuminance measurements of white LEDs by eliminating the need for a separate spectral responsivity characterization of the photometer. en
dc.description.abstract Irradianssilla viitataan pinnalle saapuvan sähkömagneettisen säteilytehon tiheyteen. Spektrisen irradianssin mittauksia hyödynnetään useilla aloilla, kuten auringon ultraviolettisäteilyn seuraamisessa, otsonikerroksen paksuuden määrittämisessä ja fotometriassa. Spektrisen irradianssin mittaukseen käytetään tyypillisesti monokromaattorilla varustettuja skannaavia tai kennopohjaisia spektroradiometrejä. Sovellusten tarkkuusvaatimusten täyttämiseksi käyttäjän tulee ottaa huomioon lukuisia mittalaitteiden ominaisuuksia, kuten sisääntulo-optiikan laatu, sekä laitteen lineaarisuus- ja hajavalo-ominaisuudet. Tässä väitöskirjassa kuvataan mittalaitteiden sisääntulo-optiikan simulointiin soveltuva menetelmä, jota voidaan käyttää hyväksi mittalaitteiden kulmavasteen optimoinnissa. Sisääntulo-optiikan laatu on erityisen tärkeää mitattaessa auringon irradianssia koko taivaankannelta. Väitöskirjassa esitetään myös kahden kennopohjaisen spektroradiometrin epälineaarisuus-mittausten tulokset. Mittauksissa havaittiin tutkittavien laitteiden toiminnassa merkittäviä epälineaarisuuksia. Työssä tutkittiin myös Brewer-spektrofotometrien hajavalo-ominaisuuksia suorien mittausten, suodatinkarakterisointien ja simulointien avulla. Brewer-spektrofotometrejä käytetään maailmanlaajuisesti auringon ultraviolettisäteilyn ja otsonikerroksen paksuuden seurannassa. Laitteen nominaalisen aallonpituusalueen ulkopuolelta peräisin olevalla haja-valolla todettiin olevan merkittävä vaikutus mittaustuloksiin auringon UV-säteilyn spektri-sen irradianssin mittauksissa. Fotometria on tieteenhaara, joka keskittyy valon ihmisessä aiheuttaman kirkkausvaikutelman mittaamiseen. Spektrisiä irradianssimittauksia hyödynnetään yleisesti fotometriassa spektristen korjauskerrointen määrittämiseen. Spektrisestä irradianssista voi laskea myös suoraan vastaavan fotometrisen suureen, valaistusvoimakkuuden. Menetelmää käytetään kuitenkin vain harvoin suurta tarkkuutta vaativissa sovelluksissa absoluuttisen spektrisen irradianssin määrittämiseen liittyvien epävarmuuksien takia. Tämän sijaan mittauksissa käytetään tyypillisesti suodatettuja laajakaistaisia ilmaisimia, fotometrejä. Tässä väitöskirjassa esitetään valkoista valoa tuottavien ledilähteiden valaistusvoimakkuuden määrittämismenetelmä, joka perustuu suhteellisen spektrisen irradianssin mittaamiseen ja tarkan suodattamattoman laajakaistaisen ilmaisimen käyttöön. Menetelmällä voidaan pienentää valkoisten ledien valaistusvoimakkuusmittausten epävarmuutta poistamalla fotometrien spektrisen vasteen määrittämisen tarve. fi
dc.format.extent 77 + app. 53
dc.format.mimetype application/pdf en
dc.language.iso en en
dc.publisher Aalto University en
dc.publisher Aalto-yliopisto fi
dc.relation.ispartofseries Aalto University publication series DOCTORAL DISSERTATIONS en
dc.relation.ispartofseries 148/2017
dc.relation.haspart [Publication 1]: Tomi Pulli, Petri Kärhä, and Erkki Ikonen. A method for optimizing the cosine response of solar UV diffusers. Journal of Geophysical Research: Atmospheres, 118, 7897–7904, July 2013. DOI: 10.1002/jgrd.50642
dc.relation.haspart [Publication 2]: Tomi Pulli, Saulius Nevas, Omar El Gawhary, Steven van den Berg, Janne Askola, Petri Kärhä, Farshid Manoocheri, and Erkki Ikonen. Nonlinearity characterization of array spectroradiometers for the solar UV measurements. Applied Optics, 56, 3077–3086, March 2017. DOI: 10.1364/AO.56.003077
dc.relation.haspart [Publication 3]: Tomi Pulli, Tomi Karppinen, Saulius Nevas, Petri Kärhä, Kaisa Lakkala, Juha M. Karhu, Meelis Sildoja, Anna Vaskuri, Maksim Shpak, Farshid Manoocheri, Lionel Doppler, Steffen Gross, Joop Mes, and Erkki Ikonen. Out-of-range stray light characterization of single-monochromator Brewer spectrophotometers. Submitted to a peer-reviewed journal, May 2017.
dc.relation.haspart [Publication 4]: Tomi Pulli, Timo Dönsberg, Tuomas Poikonen, Farshid Manoocheri, Petri Kärhä, and Erkki Ikonen. Advantages of white LED lamps and new detector technology in photometry. Light: Science and Applications, 4, e332, September 2015. DOI: 10.1038/lsa.2015.105
dc.subject.other Electrical engineering en
dc.subject.other Physics en
dc.title Improvements in spectroradiometric measurements and applications en
dc.title Spektroradiometristen mittausten parannukset ja sovellukset fi
dc.type G5 Artikkeliväitöskirja fi
dc.contributor.school Sähkötekniikan korkeakoulu fi
dc.contributor.school School of Electrical Engineering en
dc.contributor.department Signaalinkäsittelyn ja akustiikan laitos fi
dc.contributor.department Department of Signal Processing and Acoustics en
dc.subject.keyword metrology en
dc.subject.keyword irradiance en
dc.subject.keyword spectroradiometer en
dc.subject.keyword mittaustekniikka fi
dc.subject.keyword irradianssi fi
dc.subject.keyword spektroradiometri fi
dc.identifier.urn URN:ISBN:978-952-60-3739-4
dc.type.dcmitype text en
dc.type.ontasot Doctoral dissertation (article-based) en
dc.type.ontasot Väitöskirja (artikkeli) fi
dc.contributor.supervisor Ikonen, Erkki, Prof., Aalto University, Department of Signal Processing and Acoustics, Finland
dc.opn Bais, Alkiviadis F., Prof., Aristotle University of Thessaloniki, Greece
dc.contributor.lab Metrology Research Institute en
dc.rev Blumthaler, Mario, Prof., Medical University of Innsbruck, Austria
dc.rev Kyrö, Esko, Prof., Finnish Meteorological Institute, Finland
dc.date.defence 2017-08-31


Files in this item

This item appears in the following Collection(s)

Show simple item record

Search archive


Advanced Search

article-iconSubmit a publication

Browse

My Account