Ny teknologi for selvkalibrering av måleinstrumenter

Fra Justervesenets radiometrilab: I dag gjøres kalibreringer ved at måleinstrumenter transporteres til Justervesenet eller andre kalibreringslaboratorier for å finne sin korreksjon og nøyaktighet. Der kalibreres de med sporbarhet til nasjonale normaler som er konsistente i SI systemet. Foto: Thomas Framnes

Fra Justervesenets radiometrilab: I dag gjøres kalibreringer ved at måleinstrumenter transporteres til Justervesenet eller andre kalibreringslaboratorier for å finne sin korreksjon og nøyaktighet. Der kalibreres de med sporbarhet til nasjonale normaler som er konsistente i SI systemet. Foto: Thomas Framnes

Av
DEL

Justervesenet utvikler ny teknologi for måling av optisk effekt slik at nøyaktigheten bygges direkte inn i måleinstrumentet. Det gjør instrumentene i stand til å kalibrere seg selv der de er i bruk.

Optisk teknologi brukes i økende grad i samfunnet til bl.a. kommunikasjon, medisinske og industrielle anvendelser.

Hvor man tidligere snakket i fasttelefon ble signaler sendt via elektriske signaler. Nå sendes telefon, internett og kringkastingssignaler via optisk fiber til brukere. Blodprøver blir i økende grad analysert på stedet ved raske optiske metoder istedenfor langsomme kjemiske prosesser som krever at prøvene må inn til spesielle laboratorier. Belysning gjøres med energieffektive LEDs i motsetning til gammeldagse glødelamper. Lasere har i økende grad tatt over for materialbearbeiding i industrien som sveising, 3D-printing, kutting og markering, i stedet for elektriske eller mekaniske metoder. Dette er eksempler på at fotonikkindustrien tar mer og mer over for tradisjonell industri. Ledende europeiske eksperter mener derfor at det 21. århundre vil være fotonikkens århundre på samme måte som det 20. århundre var elektronikkens århundre.

Strøm og varme: Detektoren kombinerer to ulike måleteknikker for måling av optisk effekt. I fotostrøm-modus omgjøres innkommende stråling til en elektrisk strøm, mens i termisk modus omgjøres strålingen til varme.

Strøm og varme: Detektoren kombinerer to ulike måleteknikker for måling av optisk effekt. I fotostrøm-modus omgjøres innkommende stråling til en elektrisk strøm, mens i termisk modus omgjøres strålingen til varme.

Optisk effekt ved ulike bølgelengder er nøkkelstørrelsen som brukes til å kalibrere måleutstyr for bruk i jordobservering og klimaovervåking. I mange tilfeller brukes satellittbaserte målinger og/eller referansestasjoner til å kalibrere utstyret. Mye av dette utstyret ligger på avsidesliggende og ofte vanskelig tilgjengelige steder. Selvkalibreringsteknologien som Justervesenet utvikler vil styrke nøyaktigheten og robustheten i slike målinger og bidra til at instrumentene som brukes i klimaovervåking kan kalibrere seg selv på stedet hvor de er. Dette kan i framtiden tenkes gjort fjernstyrt fra laboratorier eller gjennom innebygde algoritmer på stedet.

Lab på en chip

Lab på en chip-teknologien, der to måleteknikker kombineres, gjør det mulig for detektoren å kalibrere seg selv. Dette gjøres gjennom et eksperiment som går igjennom tre steg. Først måler man fotostrømmen fra fotodioden med lyset på. Deretter bryter man strømkretsen fra fotodioden og måler temperaturøkningen som den absorberte lyseffekten gir på fotodioden. Deretter kalibreres den termiske responsen til systemet ved at lyset slås av og strøm sendes gjennom fotodioden. Da kan man måle hvor stor elektrisk effekt som må til for å få tilsvarende temperaturøkning som lyseffekten gir.

Det kreves noe teknologiutvikling for å få dette prinsippet til å fungere optimalt, og Justervesenet har vært pådriveren i dette arbeidet gjennom nasjonalt og internasjonalt samarbeid med andre institutter, fagmiljøer og studentprosjekter. Dette arbeidet har gitt gode resultater som har vakt oppsikt på internasjonale konferanser i optisk måleteknikk.

Flytter laboratoriet: Fra venstre: Senioringeniør Chi Kwong Tang, sjefingeniør Jarle Gran og overingeniør Marit U. Nordsveen står bak arbeidet med metoden som kan «flytte laboratoriet» ut til instrumentet. Foto: Thomas Framnes

Flytter laboratoriet: Fra venstre: Senioringeniør Chi Kwong Tang, sjefingeniør Jarle Gran og overingeniør Marit U. Nordsveen står bak arbeidet med metoden som kan «flytte laboratoriet» ut til instrumentet. Foto: Thomas Framnes

Direkte kobling til SI

Det arbeides nå med å forbedre dette måleprinsippet videre. Spesielt lovende er det å ta prinsippet ned til kryogene temperaturer. 3D-simuleringer av ladningstransporten i fotodiodene tilsier at man bør kunne gjennomføre måling og sammenligning av to ulike optiske måleprinsipper som er ca. 100 x bedre enn det man vanligvis kan gjøre i dag. Justervesenet leder derfor nå arbeidet mot en søknad til et nytt Europeisk finansiert prosjekt for å kunne utvikle denne teknologien. I dette arbeidet samarbeides det med andre norske forskningsmiljøer som SINTEF, IFE og HSN/USN. Det nye prosjektet tar sikte på å utvikle teknologien som gjør det mulig å måle fundamentale konstanter, og dermed oppnå en direkte link mot det nye SI-systemet som trolig blir vedtatt i 2018.

Lab på en chip-teknologien, støttet av nøyaktige simuleringsmodeller og forbedrede detektorer, vil være enklere realiserbar enn eksisterende sporbarhet og gi nye muligheter for måling av optisk effekt og avledede størrelser. Teknologiutviklingen vil i tillegg gagne norsk næringsliv gjennom billigere og enklere sporbarhet, men først og fremst gjennom kunnskapen som erverves og samarbeidet som etableres mellom ulike fagmiljøer.

Justervesenet

  • Justervesenet er et direktorat for måleteknikk underlagt Nærings- og fiskeridepartementet, og har totalt rundt 100 ansatte. Justervesenet har ansvaret for at Norge har en måleteknisk infrastruktur med både nasjonal og internasjonal tillit.
  • Justervesenet yter bistand innen kvalitetssikring og måleteknikk, og er et kompetansesenter for næringsliv og myndigheter.
  • I tillegg til hovedkvarteret på Kjeller, har Justervesenet regionskontorer for tilsyn i Tromsø, Trondheim, Bergen og Stavanger.

Artikkeltags